Sciences · Chimie
Distillation
La distillation sépare les constituants d’un mélange liquide : on vaporise le plus volatil, puis on recondense sa vapeur. Elle exploite les différences de température d’ébullition.
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La distillation est l’une des plus anciennes techniques de la chimie. Les alchimistes de l’Antiquité tardive et du monde arabe médiéval utilisaient déjà l’alambic pour préparer eaux de fleurs et essences. Elle reste aujourd’hui indispensable : raffinage du pétrole, production d’alcools forts, séparation des gaz de l’air, dessalement de l’eau de mer ou purification de solvants au laboratoire. Elle complète les autres techniques de séparation des mélanges.
Le principe
Quand on chauffe un mélange de deux liquides, la vapeur qui se forme est plus riche en constituant le plus volatil, celui qui a la température d’ébullition la plus basse. En refroidissant cette vapeur, on obtient un liquide enrichi en ce constituant. La distillation repose donc sur deux changements d’état successifs : vaporisation puis liquéfaction.
Le montage de laboratoire
| Élément | Rôle |
|---|---|
| Ballon et chauffe-ballon | contiennent et chauffent le mélange |
| Pierre ponce ou grains de régulation | régularisent l’ébullition et évitent les projections |
| Tête de colonne avec thermomètre | mesure la température de la vapeur qui passe ; le bulbe se place au niveau de la sortie latérale |
| Réfrigérant (condenseur) | tube refroidi par une circulation d’eau froide, entrée par le bas, sortie par le haut |
| Erlenmeyer ou éprouvette | recueille le distillat |
Le montage ne doit jamais être fermé : un système hermétique chauffé exploserait.
Distillation simple
Elle suffit lorsque les températures d’ébullition sont très différentes (écart de plus de 50 à 80 °C environ) ou pour séparer un liquide d’un solide dissous.
Distillation fractionnée
Quand les températures d’ébullition sont proches, on intercale entre le ballon et la tête une colonne de fractionnement (colonne de Vigreux, à plateaux ou à garnissage). Dans cette colonne, la vapeur se condense et se revaporise de nombreuses fois ; chaque cycle l’enrichit un peu plus en constituant volatil. Une colonne efficace équivaut à de nombreuses distillations simples successives.
On recueille alors des fractions successives, repérées par la température en tête de colonne, qui reste à peu près constante tant qu’un même constituant passe.
Le raffinage du pétrole
Dans une raffinerie, le pétrole brut chauffé vers 350 à 400 °C entre dans une colonne de distillation de plusieurs dizaines de mètres. Les fractions légères montent et sont soutirées en haut, les lourdes en bas :
| Fraction | Domaine d’ébullition approximatif | Usage |
|---|---|---|
| Gaz (propane, butane) | < 20 °C | gaz de pétrole liquéfié |
| Essences et naphta | 20 à 180 °C | carburant, pétrochimie |
| Kérosène | 150 à 250 °C | carburant d’avion |
| Gazole | 250 à 350 °C | diesel, fioul domestique |
| Résidu | > 350 °C | fiouls lourds, bitume, après distillation sous vide |
Détails dans la fiche pétrole et raffinage.
Les variantes
- Distillation sous vide : abaisser la pression abaisse les températures d’ébullition ; on distille ainsi des composés qui se décomposeraient à haute température.
- Entraînement à la vapeur (hydrodistillation) : la vapeur d’eau entraîne des composés peu solubles dans l’eau à moins de 100 °C. C’est la méthode d’extraction des huiles essentielles de lavande, de menthe ou d’eucalyptus.
- Distillation de l’air liquide : l’air liquéfié vers −196 °C est distillé pour séparer le diazote (ébullition −196 °C), l’argon (−186 °C) et le dioxygène (−183 °C).
L’alcool et l’azéotrope
La production d’eaux-de-vie (cognac, whisky, rhum) distille un liquide fermenté contenant quelques pour cent d'éthanol (78 °C) et beaucoup d’eau (100 °C). La distillation enrichit le distillat en alcool, mais elle bute sur une limite : un mélange d’environ 95,6 % d’éthanol en masse bout à température constante (78,2 °C), avec une vapeur de même composition que le liquide. Ce mélange est un azéotrope. Pour obtenir de l’éthanol absolu, il faut une autre technique (tamis moléculaires, ajout d’un troisième solvant).
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre distillation et évaporation ?
L’évaporation élimine le solvant pour récupérer le solide dissous ; la vapeur est perdue. La distillation récupère la vapeur en la condensant, ce qui permet de séparer et de garder les liquides.
Pourquoi place-t-on des grains de pierre ponce dans le ballon ?
Leurs aspérités favorisent la formation régulière de petites bulles et empêchent la surchauffe suivie d’une ébullition brutale, qui provoquerait des projections.
L’eau distillée est-elle potable ?
Elle n’est pas toxique, mais elle ne contient aucun sel minéral : elle n’est pas destinée à être bue régulièrement à la place de l’eau du robinet ou de l’eau minérale. Voir l'eau.