Nitrous oxide

Le protoxyde d'azote, également appelé oxyde nitreux ou monoxyde de diazote, et communément connu sous le nom de gaz hilarant ou simplement protoxyde, est un oxyde d'azote de formule chimique N₂O. À température ambiante, c'est un gaz incolore, ininflammable, avec une odeur et un goût légèrement sucrés. Chauffé, il devient un puissant oxydant, semblable à l'oxygène moléculaire. En médecine, il est utilisé comme anesthésique et analgésique, notamment en chirurgie et en dentisterie, et figure sur la Liste des médicaments essentiels de l'Organisation mondiale de la santé. Son surnom de « gaz hilarant » a été inventé par Humphry Davy, en référence à l'euphorie brève qu'il procure lorsqu'il est inhalé, ce qui en fait également une drogue récréative aux effets dissociatifs. L'abus chronique peut provoquer des lésions neurologiques en inactivant la vitamine B12. Au-delà de la médecine, le protoxyde d'azote sert d'oxydant dans les propergols de fusées et les carburants de course automobile, ainsi que de gaz propulseur pour la crème fouettée. Sur le plan environnemental, c'est un polluant : en 2020, les niveaux atmosphériques ont atteint 333 parties par milliard, augmentant d'environ 1 ppb chaque année. C'est un destructeur majeur de l'ozone stratosphérique, comparable aux CFC, et le troisième gaz à effet de serre le plus important, contribuant significativement au réchauffement climatique. Environ 40 % des émissions d'origine humaine proviennent de l'agriculture, où les microbes du sol décomposent les engrais azotés en protoxyde d'azote. La réduction de ces émissions est un objectif clé des politiques climatiques.

Le gaz a été synthétisé pour la première fois en 1772 par le philosophe naturel et chimiste anglais Joseph Priestley, qui l'a appelé « air nitreux déphlogistiqué » ou « air nitreux inflammable ». Il a décrit sa production — en chauffant de la limaille de fer humidifiée avec de l'acide nitrique — dans son livre de 1775, Experiments and Observations on Different Kinds of Air. La première application médicale majeure est venue de Thomas Beddoes et James Watt, qui ont co-écrit Considerations on the Medical Use and on the Production of Factitious Airs (1794). Ce travail était important pour deux raisons : Watt avait inventé une machine pour produire des « airs factices » (y compris le protoxyde d'azote) et un appareil respiratoire pour les inhaler, et Beddoes avait proposé que la tuberculose et d'autres maladies pulmonaires puissent être traitées en inhalant ces gaz. La machine comprenait trois parties : un four pour brûler le matériau, un récipient d'eau avec un tuyau en spirale pour laver les impuretés du gaz, et un cylindre équipé d'un gazomètre à partir duquel le gaz pouvait être transféré dans des sacs en soie hermétiques et portables. L'appareil respiratoire reliait l'un de ces sacs via un tube à un embout buccal. En 1794, cet équipement était prêt, ouvrant la voie aux essais cliniques. Ceux-ci ont commencé en 1798 lorsque Beddoes a fondé l'Institution pneumatique à Hotwells, Bristol. Dans son sous-sol, une machine à grande échelle produisait des gaz sous la supervision du jeune Humphry Davy, qui était encouragé à expérimenter de nouveaux gaz pour les patients. Le premier grand travail de Davy a été l'étude du protoxyde d'azote, publiée dans Researches, Chemical and Philosophical (1800). Dans ce livre, il a noté l'effet analgésique du gaz (page 465) et son potentiel pour un usage chirurgical (page 556). Il a également inventé le nom de « gaz hilarant ». Malgré la découverte par Davy que l'inhalation de protoxyde d'azote pouvait soulager la douleur chez les personnes conscientes, il a fallu attendre encore 44 ans avant que les médecins ne l'essaient comme anesthésique. Entre-temps, l'usage récréatif lors de « fêtes du gaz hilarant » pour la classe supérieure britannique est devenu populaire à partir de 1799. Le gaz rend généralement les utilisateurs stuporeux, rêveurs et sédatés, bien que certains ressentent de l'euphorie et des rires incontrôlables. L'un des premiers producteurs commerciaux aux États-Unis fut George Poe, un cousin du poète Edgar Allan Poe, qui a également liquéfié le gaz pour la première fois. La première utilisation du protoxyde d'azote comme anesthésique sur un patient a eu lieu le 11 décembre 1844, lorsque le dentiste Horace Wells, avec l'aide de Gardner Quincy Colton et John Mankey Riggs, a démontré l'insensibilité à la douleur lors d'une extraction dentaire. Au cours des semaines suivantes, Wells a traité 12 à 15 patients à Hartford, Connecticut, n'échouant que dans deux cas. Malgré la communication de ces résultats à la société médicale de Boston en décembre 1844, la méthode n'a pas été immédiatement adoptée — probablement parce que la première démonstration publique de Wells en janvier 1845 a été partiellement infructueuse, laissant les collègues dubitatifs. Elle n'est entrée en usage général qu'en 1863, lorsque Colton a commencé à l'utiliser dans ses cliniques de la « Colton Dental Association » à New Haven et New York. Au cours des trois années suivantes, Colton et ses associés l'ont administré avec succès à plus de 25 000 patients. Aujourd'hui, le protoxyde d'azote est utilisé en dentisterie comme anxiolytique et complément à l'anesthésie locale. Il n'a pas été jugé assez puissant pour les interventions chirurgicales majeures dans les hôpitaux, où l'éther diéthylique est devenu l'agent de choix.