SOUFRE

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Présent à l'état natif dans les régions volcaniques, le soufre est connu depuis les temps les plus reculés. Il est cité dans la Bible et dans L'Odyssée. Son nom vient du sanscrit sulvere qui a donné sulfur en latin. Ses usages anciens furent la désinfection et la poudre noire. Les impuretés toujours présentes dans le soufre ont conduit les chimistes à lui supposer longtemps les compositions les plus variées : bitume pour Nicolas Lemery (1645-1715) ; mélange d'acide sulfurique et d'une substance volatile pour Johann Kunckel (1630 env.-1703 env.) ; cire naturelle pour de nombreux autres ; il est enfin considéré comme élément par Antoine Laurent de Lavoisier et par Louis-Joseph Gay-Lussac, ce qui n'empêche pas Humphry Davy de lui attribuer une composition analogue à celle des hydrocarbures. Le soufre formerait 0,06 p. 100 du poids de la croûte terrestre jusqu'à 20 km de profondeur. Quoique faisant partie, dans le tableau de Mendeleïev, du même groupe que l'oxygène, il s'en distingue par une variété exceptionnelle d'aspects et de réactions.

Par action du soufre élémentaire sur des substances organiques, beaucoup de composés, sulfurés ou non, peuvent être obtenus, avec formation, en général, d'hydrogène sulfuré. Un cas particulièrement important de ces réactions est la vulcanisation du caoutchouc qui, par action du soufre sur un caoutchouc naturel, fournit un produit ayant de meilleures propriétés mécaniques. On pense que la vulcanisation provient d'une réticulation du caoutchouc naturel par la formation de liaisons chimiques, par l'intermédiaire d'atomes de soufre, entre les macromolécules qui le constituent.

Les types de composés organiques sulfurés sont très nombreux, et, si l'analogie du soufre et de l'oxygène, qui appartiennent à la même famille de la classification périodique des éléments, peut être invoquée pour décrire certains dérivés sulfurés, ce n'est pas toujours le cas et de très loin.

La chimie organique du soufre comprend, en effet, nombre de composés qui n'ont aucune contrepartie dans la chimie organique des dérivés oxygénés.

L'analogie se manifeste essentiellement quand le soufre est divalent, encore qu'il y ait, là aussi, de notables différences. Les dérivés du soufre quadrivalent peuvent être rapprochés de l'anhydride sulfureux SO2, et les dérivés du soufre hexavalent de l'anhydride sulfurique SO3.

La description du métabolisme des diverses substances contenant du soufre nécessite une extrême schématisation. En effet, le soufre existe dans la nature et dans les organismes vivants (animaux, végétaux et micro-organismes) sous des formes très variées, tant minérales (sulfures métalliques, sulfates) qu'organiques : acides aminés (méthionine et cystéine), vitamines et coenzymes (thiamine, coenzyme A et biotine), antibiotiques. Il existe également dans le cartilage des animaux supérieurs sous forme d'acide chondroïtine-sulfurique. Or les voies de synthèse ou de dégradation de ces substances ne sont pas les mêmes dans tous les organismes considérés.

Le soufre est un produit d'une grande importance industrielle (cf. acide sulfurique) : la production minière annuelle mondiale de soufre sous toutes ses formes est de 72 millions de tonnes en 2007. Les modes de production utilisés sont nombreux, depuis l'extraction à la vapeur jusqu'au traitement des pétroles en passant par le grillage des sulfures métalliques. Cette diversité d'origine, donc de prix de revient, complique l'équilibre entre la production et la consommation. Aussi, malgré les efforts réalisés pour améliorer cette situation, le marché du soufre est-il instable.

L'élément soufre

Propriétés physico-chimiques

Le soufre possède un atome dont la couche externe contient six électrons. Cette couche se divise en deux sous-couches qui comprennent respectivement deux et quatre électrons. En faisant l'acquisition de deux électrons, le soufre se comporte comme un élément divalent électronégatif ; en perdant des électrons, il est électropositif. Il peut être alors tétravalent ou hexavalent. Le soufre retient moins bien que l'oxygène ses électrons de la couche externe ; il les partage volontiers avec d'autres éléments ou avec d'autres atomes de soufre. Il en résulte des molécules qui ont de 2 à 106 atomes de soufre. Celles-ci forment des chaînes ou des circuits élémentaires sans branches latérales. Le lien qui unit ces atomes était mal compris jusqu'à ces derniers temps. La spectroscopie par électrons apporte enfin un espoir de solution.

Le soufre solide se présente sous un grand nombre d'état allotropes. Comme le sujet est encore controversé, on ne citera ici que les allotropes bien établis.

Concrétions de soufre natif

Photographie : Concrétions de soufre natif

Le soufre, lorsqu'il n'est pas composant de sulfures (comme la pyrite) ou de sulfates (comme le gypse), donne généralement de très beaux cristaux d'un jaune vif, rares et fragiles. À l'état natif, on le trouve et on l'exploite le plus souvent sous forme de concrétions qui peuvent... 

Crédits : G. Mouly-Héras

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Variétés allotropiques

Les cycles à six atomes forment des cristaux rhomboédriques (soufre ρ). Les cycles à huit atomes donnent lieu à une grande variété de cristaux : orthorhombiques, ou soufre α, forme habituelle du soufre stable jusqu'à 96 0C ; monocliniques, ou soufre β, qui est la forme stable courante entre 96 0C et le point de fusion du soufre (112 0C) ; cristaux monocliniques γ qui apparaissent dans certaines conditions en feuilles brillantes fondant à 106,8 0C. Chauffé jusqu'à l'obtention d'un liquide de haute viscosité, puis trempé et extrait au sulfure de carbone, le soufre donne un produit fibreux ou plastique. Le résidu correspond au soufre insoluble, ou soufre ω. Par action de l'hydrogène sulfuré sur l'acide sulfureux, on obtient un soufre colloïdal hydrophile ; par condensation de la vapeur de soufre dans l'eau, on obtient un soufre colloïdal hydrophobe. Le comportement du soufre à haute pression a été étudié par Percy W. Bridgman jusqu'à 98 kbar à température normale, et jusqu'à 49 kbar à 125 0C. On n'observe pas de modification de structure, mais les propriétés mécaniques sont altérées. La viscosité du soufre liquide varie avec la température comme l'indique la figure. L'accroissement brusque de viscosité est expliqué, selon les théories classiques des polymères, par la formation de longues chaînes de soufre. Le soufre liquide est un solvant qui a été utilisé comme milieu de réaction pour produire du soufre à partir d'hydrogène sulfuré et d'anhydride sulfureux. Le soufre gazeux est un mélange de molécules à deux, quatre, six et huit atomes. Les principaux solvants du soufre sont le sulfure de carbone, le benzène, le [...]

Percy Bridgman

Photographie : Percy Bridgman

Le physicien américain Percy Williams Bridgman (1882-1961). Il obtient le prix Nobel de physique en 1946, pour ses travaux sur les propriétés de la matière soumise à de très hautes pressions, 

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Soufre : viscosité

Dessin : Soufre : viscosité

Viscosité du soufre en fonction de la température 

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Concrétions de soufre natif

Concrétions de soufre natif
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Percy Bridgman

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Soufre : viscosité

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Soufre : pays producteurs

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Pour citer l’article

Fernande CHATAGNER, René LECLERCQ, Noël LOZAC'H, Serge MASSON, « SOUFRE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 29 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/soufre/