« L’étape la plus difficile de la synthèse de l’ammoniac ne se déroule pas dans un ballon » En 1908, l’appareil de laboratoire de Haber et Le Rossignol pouvait produire environ 2 kilogrammes d’ammoniac par jour.

(L’étape la plus difficile de la synthèse de l’ammoniac ne se déroule pas dans un ballon)
En 1908, l’appareil de laboratoire de Haber et Le Rossignol pouvait produire environ 2 kilogrammes d’ammoniac par jour. Il devait fonctionner à une température de 500 à 550 degrés Celsius et sous une pression de 100 à 200 atmosphères, avec un catalyseur à base d’osmium.
La molécule d’azote est très stable. Pour faire réagir l’azote avec l’hydrogène, il ne suffit pas de mélanger les deux gaz. La température, la pression et le catalyseur doivent agir de concert. L’ammoniac produit doit ensuite être séparé, tandis que les gaz d’azote et d’hydrogène n’ayant pas réagi sont remis en circulation.
Les expériences ont déjà prouvé que l’azote de l’air pouvait être fixé sous forme d’ammoniac. Mais de nombreux défis de taille nous séparent encore d’une usine capable d’en produire en continu.
Le premier obstacle est le catalyseur. L’osmium est rare et ne convient pas à une production industrielle à grande échelle. De 1909 à 1912, l’équipe de Mittasch mène chez BASF une sélection systématique et teste plus de 2 500 catalyseurs. Elle finit par mettre au point un catalyseur à base de fer, composé de plusieurs éléments et contenant des promoteurs. Cette sélection ne consiste pas à choisir au hasard, dans le tableau périodique, un élément moins cher : il faut ajuster sans cesse la composition et le mode de préparation pour obtenir à la fois une activité, une durée de vie et un coût industriel acceptables. Ce qui est « viable » en laboratoire doit être réalisé avec des matériaux que les usines peuvent se procurer et dont elles peuvent assumer le coût.
Le deuxième obstacle est plus discret : l’hydrogène sous haute pression attaque l’acier. Les premiers réacteurs en acier doux ne fonctionnent qu’environ 80 heures avant de céder sous l’effet de la décarburation. La solution de Bosch ne consiste pas à simplement épaissir les parois d’acier : il ajoute à l’intérieur du réacteur un revêtement en fer doux et aménage des rainures entre les couches intérieure et extérieure, afin que l’hydrogène qui s’y diffuse puisse s’échapper.
On comprend alors que l’expression « mise à l’échelle expérimentale » est inexacte. Une installation industrielle ne consiste pas à agrandir un ballon d’un facteur dix mille : elle impose de repenser le catalyseur, les matériaux, la pression, l’étanchéité et la circulation des gaz. Si un seul de ces éléments ne peut fonctionner durablement, les résultats prometteurs du laboratoire ne franchiront pas les portes de l’usine. Cela explique aussi pourquoi le travail de Bosch ne consistait pas à simplement « compléter » les résultats de Haber. L’équipement haute pression lui-même faisait partie intégrante de cette invention.
Le 9 septembre 1913, l’usine BASF d’Oppau entre en service, avec une capacité de 30 tonnes d’ammoniac par jour. De quelque 2 kilogrammes par jour à 30 tonnes, le changement ne concerne pas seulement les quantités : il marque l’avènement d’une capacité industrielle reproductible et facile à entretenir. Les matières premières doivent être acheminées en continu, la réaction répétée, les équipements capables de résister à l’épreuve du temps, pour que le produit quitte l’usine de manière régulière.
Par la suite, Haber reçoit le prix Nobel de chimie en 1918 pour la synthèse de l’ammoniac ; Bosch, lui, partage en 1931 avec Bergius le prix Nobel de chimie pour ses méthodes chimiques à haute pression. Entre ces deux prix s’étend la distance qui sépare une réaction scientifique d’un système d’ingénierie.
La synthèse de l’ammoniac a ensuite permis la production d’engrais et a aussi servi à approvisionner les forces armées en nitrates en temps de guerre. La technologie n’a pas une seule issue.
Ce qu’il faut retenir avant tout de cette invention, ce n’est pas qu’un génie a soudain trouvé la réponse, mais que de nombreuses personnes ont transformé cette réponse en une machine capable de résister à la haute pression, dont les matériaux pouvaient être remplacés et qui pouvait fonctionner jour après jour. Pour que l’invention sorte du ballon, il a fallu tout le travail minutieux qui a suivi.