Le protoxyde d'azote, ou monoxyde de diazote, oxyde nitreux, hémioxyde d'azote ou gaz hilarant, est un composé chimique de formule .
Ce gaz incolore a une odeur et un goût légèrement sucré. Il est utilisé en anesthésie, en chirurgie, en odontologie, en pédiatrie comme adjuvant (en mélange équimolaire avec du dioxygène) pour ses propriétés anesthésiques et antalgiques. Il est dit « gaz hilarant » car euphorisant à l'inhalation, d'où son usage comme drogue récréative hallucinogène.Lose S, CedrAgir/Trend, Tendances récentes et nouvelles drogues, décembre 2018 (OFDT, Observatoire français des drogues et des toxicomanies).. Comme comburant, il accroît la puissance des moteurs en compétition automobile. Avec l'acétylène , il est utilisé dans certains appareils d'analyse (spectrométrie d'absorption atomique.).
Ses émissions sont d'origine naturelle (forêts, océans) et humaine (agriculture, industrie chimique, principalement ; plus de 20 % d'augmentation dans l'air depuis l'époque pré-industrielle). Présent à l'état de traces dans l'air sec (), c'est un gaz à effet de serre plus puissant que le . Il est également devenu le premier contributeur à la destruction de la couche d'ozone. Des études scientifiques publiées en 2021 concluent que son coût social a été sous-estimé, car ne tenant pas compte de l'appauvrissement de la couche d'ozone stratosphérique, effet qui à lui seul pourrait augmenter de 20 % son impact négatif pour la santé humaine. Selon la même étude, ses liens avec d'autres effets de la pollution azotée pourraient rendre son dans l'atmosphère.. Les engrais azotés, sont responsables d'une grande partie de l'augmentation des émissions de ces dernières années. Sa concentration dans l'atmosphère croît depuis (+ 2 % par décennie au rythme des années 2010), ce qui est préoccupant, car c'est un gaz à effet de serre persistant, à haut pouvoir réchauffant, qui s’accumule dans l'atmosphère où il contribue au dérèglement climatique. Au début des années 2020, la croissance récente des émissions de dépasse certains des scénarios d'émission les plus pessimistes. Ce gaz est sous-estimé dans les inventaires nationaux qui ne tiennent pas compte de certaines sources naturelles et des limites méthodologiques d'attribution des sources anthropiques.
Production et synthèse vignette|Schéma montrant la production de protoxyde d’azote en laboratoire. Le protoxyde d'azote est préparé par décomposition du nitrate d'ammonium fondu entre et selon la réaction suivante Cotton F. A. et Wilkinson G. (1972), Advanced Inorganic Chemistry, a comprehensive text, , Interscience Publishers, John Wiley & Sons, . :
→ + 2
Il se forme toujours 1 à 2 % d'azote et du monoxyde d'azote NO. Ce dernier est éliminé par passage dans du sulfate de fer(II). Le nitrate d'ammonium utilisé doit être exempt d'ions chlorures Cl− qui catalysent la formation de . Cependant, le chauffage de solutions de nitrate d'ammonium dans l'acide nitrique ou dans l'acide sulfurique produit du protoxyde d'azote pur, même en présence de petites quantités d'ions chlorures.
Le protoxyde d'azote est également formé lors de l'une des réactions successives de la dénitrification (l'enzyme catalysant la réaction figure entre parenthèses) : 2 NO + 2 H+ + 2 e− → + H2O (oxyde nitrique-réductase)
Propriétés chimiques Très stable dans l'atmosphère, très peu soluble dans l'eau, il est hautement soluble dans les huiles et dans les corps gras.
Réactivité Ce gaz ne réagit pas à température ambiante avec les dihalogènes (, ou ), ni avec les métaux alcalins (Li, Na, K).
Il peut néanmoins se fixer sur certains cations métalliques en tant que ligand et forme des complexes comme 2+.
Il peut aussi oxyder des métaux de transition à basse valence dans les complexes.
Il n'est pas modifié par l'ozone O3, mais (couche d'ozone protectrice de la biosphère contre les UV solaires).
À haute température, il se décompose en diazote et dioxygène : 2 → 2 +
Il réagit avec de nombreux composés organiques et il dope les combustions grâce à son fort pouvoir oxydant.
Il a ainsi servi de comburant pour doper les moteurs d'avions de chasse à haute altitude durant la Seconde Guerre mondiale et ceux de voitures de compétition (tuning automobile et dragsters). Il peut aussi occasionner de violentes explosions accidentelles et de gros dégâts dans les fours d'incinérateur de déchets municipaux quand des cartouches de grande capacité de gaz euphorisant y aboutissent malencontreusement.
Propriétés bio-physiologiques Le protoxyde d'azote est un agoniste des récepteurs opioïdes et des récepteurs gabaergiques, et un antagoniste des récepteurs du glutamate (récepteurs NMDA) ce qui explique ses effets anxiolytique, antalgique et le fait qu'il perturbe la mémoire.
Historique thumb|upright=1.4|left|, Aquatinte de Thomas Rowlandson, . upright=1.4|thumb|left|Illustration satirique de 1830, intitulée , décrivant Humphry Davy administrant une dose de gaz hilarant à une femme. En 1772, Joseph Priestley découvre le protoxyde d'azote. et le décrit dans .
En 1798, Humphry Davy découvre entre autres ses propriétés euphorisantes. Le protoxyde d'azote est utilisé dès la fin du comme « gaz hilarant » dans les foires.
En 1844, le dentiste Horace Wells découvre ses effets anesthésiants, qu'il expérimente sur lui-même. Malheureusement, impatient de faire connaître sa découverte, Wells se lance sans expérimentation approfondie préalable, dans des démonstrations devant un public médical à Hartford (Connecticut) et à Harvard, qui sont des échecs retentissants. Dépité, Wells abandonne définitivement la dentisterie. Il faudra attendre les recherches et démonstrations réussies de William Thomas Green Morton avec l'éther (octobre et novembre 1846 à Boston) pour que l'anesthésie soit utilisée par les chirurgiens, ce qui a permis à la chirurgie de faire un bond en avant (la douleur était l'une des deux grandes limites de la chirurgie, avec l'infection). Le protoxyde d'azote est remis à l'honneur par un dénommé Colton, montreur de spectacles au gaz hilarant, qui, associé au dentiste J.H. Smith, installent une clinique à New York puis exportent leur procédé en Europe.
En 1961, des médecins anglais l'utilisent pour la première fois en obstétrique où il atténue la douleur et a un rôle d'anxiolyse.
Dans les années 1980, son usage est grandement amélioré par l'association avec de l'oxygène car le premier risque à son utilisation reste l'asphyxie par manque d'oxygène. La médecine l'utilise donc en mélange équimolaire avec de l'oxygène (MEOPA). Le protoxyde d'azote remplace alors progressivement l'éther et le chloroforme en obstétrique.
En 1998, il reçoit un statut de médicament antalgique.
En , il obtient en France l'autorisation de mise sur le marché (AMM), alors qu'il est déjà régulièrement utilisé sous cette forme durant le . Auparavant, il était distribué (hors de la classification médicament comme les autres gaz médicaux) dans la majorité des blocs opératoires et a constitué l'un des agents de l'anesthésie générale durant le ; sa faible puissance anesthésique restreignant son usage à des actes assez peu douloureux, et au rôle d'adjuvant de médicaments plus puissants dont il permet de réduire les doses en diminuant certains effets indésirables.
Fin 2009, en France, l'Afssaps modifie la réglementation afin que le MEOPA puisse être utilisé hors des établissements hospitaliers« Annexe 1 : Rectificatif d'AMM en date du » , Centre national de ressources de lutte contre la douleur., régularisant la situation de ceux qui l'utilisaient (en France au moins depuis 1996 « à domicile » chez des patients adultes sidéens pour soulager la douleur d'ulcérations cutanées associées au syndrome de Kaposi et chez certains malades âgés porteurs d'ulcères cutanés ou d'escarres rendus trop somnolents par un traitement antérieur, ou sporadiquement en pédiatrie à domicile, pour soulager des douleurs majeures quand les produits morphiniques ne suffisaient plus chez des enfants en soins palliatifs. Il était en outre utilisé ponctuellement par des médecins, par exemple en dermatologie ou en ORL au domicile de patients adultes, puis très régulièrement chez les enfants () sans remboursement par la Sécurité sociale car ce moyen antalgique était hors nomenclature).
Des médecins signalent que ; les principaux effets indésirables sont des nausées et vomissements, « Annexe 3 : Recommandations AFSSAPS concernant le MEOPA () » , Centre national de ressources de lutte contre la douleur. (un groupe d'expertsGroupe présidé par le , avec le , les , Elisabeth Fournier Charrière, Nada Sabourdin qui ont coordonné les sous-groupes de travail ; le de l'Afssaps assurant la coordination générale. L'Association Pediadol (pediadol.org) a contribué à la facilitation logistique de ces recommandations. réunis par l'Afssaps considère dans son rapport. que ).
L'Afssaps précise :tout mésusage ou abus doit être prévenu. Dans ce contexte, un reclassement dans la catégorie des médicaments réservés à l'usage professionnel a été retenu ; ce mélange gazeux ne peut donc être distribué qu'aux professionnels de santé concernés et non directement aux patients. La modification des conditions de prescription et de délivrance a entraîné la révision complète des RCP des spécialités concernées. En outre, compte-tenu de l'ensemble des risques liés à l'utilisation des spécialités à base de MEOPA, l'Afssaps conditionne leur mise à disposition en dehors des établissements de santé à la mise en application d'un plan de gestion des risques (PGR) national commun. Il repose sur un engagement des laboratoires à la mise en place des mesures de gestion et de minimisation des risques suivantes : la réalisation d'une surveillance de pharmacovigilance et de pharmacodépendance renforcée avec l'incitation des professionnels de santé à notifier les effets indésirables, les cas d'abus, de pharmaco dépendance, d'usage détourné et de mésusages liés à l'utilisation du MEOPA ; pendant les deux premières années, la transmission semestrielle à l'Afssaps des rapports périodiques actualisés de Pharmacovigilance accompagnés de la synthèse française des cas rapportés, du bilan des consommations et des conditions d'utilisation du produit ; la sécurisation et la traçabilité de la distribution et de la récupération, avec notamment la vérification à la commande de la qualité et de la formation du demandeur ; la sécurisation et traçabilité de l'utilisation : volumes des bouteilles limité à cinq litres et sécurisation des bouteilles ; la réalisation d'un plan de formation des professionnels : médecins, pharmaciens et personnel soignant ; la mise à disposition d'un document d'information destiné aux patients (en cas de stockage à domicile.).
L'année suivante (2010), la réserve hospitalière s'ouvre à la dentisterie. L'Afssaps lance un suivi national de pharmacovigilance et de pharmacodépendance du ; en particulier, les vols de doivent lui être déclarés.
En 2001 (en France), les indications en hospitalisation au domicile pédiatrique ont intégré les trois cas suivants : actes médicaux invasifs et répétés, insuffisamment calmés par d'autres moyens antalgiques faibles (Emla, antalgiques ) tels que des injections intramusculaires pour une chimiothérapie, la réfection de pansements sur peau lésée ; soins médicaux jugés normalement peu douloureux par les médecins, mais source d'angoisse ou d'anxiété marqués pour un enfant particulier (tels que des pansements de cathéter veineux central, des prélèvements sanguins veineux périphériques itératifs) ; soins réitérés durant des mois devenant source de difficultés marquées d'acceptation Daniel Annequin, « Un an après la sortie du MEOPA de la réserve hospitalière. État des lieux » , Unité fonctionnelle de lutte contre la douleur, hôpital d'enfants Armand-Trousseau de Paris, Centre national de ressources de lutte contre la douleur (consulté le 28 octobre 2018)..
Sources et évolutions