les apports de la chimie au respect de l’environnement
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Les apports de la chimie au respect de l’environnement
Le programme
Notions et contenus Compétences exigibles
Chimie durable:- Économie d’atomes;- Limitation des déchets- Argo ressources- Chimie douce- Choix des solvants- RecyclageValorisation du dioxyde de carbone
Extraire et exploiter des informations en lien avec:- La chimie durable,- La valorisation du dioxyde de carbone.
pour comparer les avantages et les inconvénients de procédés de synthèse du point de vue du respect de l’environnement.
La chimie verteQuelques dates:1987: la commission mondiale sur
l’environnement et le développement introduit le concept de développement durable:
Début des années 1990: l’agence américaine pour la protection de l’environnement développe le concept de chimie verte
La chimie verte
Elle a pour but de concevoir des produits et des procédés chimiques permettant de réduire ou d’éliminer l’utilisation et la synthèse de substances dangereuses
Les douze principes de la chimie verte
12 principes
Eviter les déchets
Concevoir des produits
chimiques plus sûrs
Utiliser des matières
premières renouvelables
Concevoir des produits non persistants
Maximiser l’économie
d’atomeSynthèses chimiques moins nocives pour l’environnement et
pour l’humain
Solvants et auxiliaires plus
sûrs
Minimiser les besoins
énergétiques
Réduction des dérivés
Utilisation de catalyseurs
Limiter les risques
d’accidentsAnalyse en temps réel pour éviter
la pollution inutile
L’économie d’atome
On veut maximiser le nombre d’atomes de réactifs transformés au cours de la synthèse.
Diminution de la quantité de sous-produits
Réduction de la pollution
L’économie d’atome
En chimie conventionnelle:rendement:
En chimie verte:utilisation atomique (UA)
L’économie d’atomeExemple:
H3C C CH2
CH3
Br H
+ NaOC2H5 H3C C CH2
CH3
+ HOC2H5 + NaBr
Utilisation atomique: U.A = 27
Pour un rendement de 100%, seuls 27% en masse des atomes sont dans le produit recherché
73% de déchets
La catalyse : un pilier de la chimie verte
Réduction de la consommation d’énergie
Augmentation de la sélectivité des réactions
Diminution des quantités de réactifs utilisés
La catalyse : synthèse de l’ibuprofèneProcédé Boots: 6étapes
O
B + H3O+ H + O OH
O
C
C + NH2OH
N
OH
+ H2O
D
H O
O OO
O
O O
ClO
O
NaO
+ + CH3COOHA
A + +
B
+ OH + NaCl
La catalyse : synthèse de l’ibuprofèneProcédé Boots: 6 étapes
N
D +H2O
E
UA =
Pour produire 13000 tonnes d’ibuprofène, on forme 20000 tonnes de déchets
O
HOIBUPROFENE
E + 2H2O + NH3
La catalyse : synthèse de l’ibuprofèneProcédé BHC: 3 étapes faisant appel à la catalyse
UA =
L’acide éthanoïque est un sous produit valorisable.
H O
O OO
+ + CH3COOHA
HF cat
A + H2Ni de Raney
OHB
B + CO
O
HOIBUPROFENE
Les réactifs verts
- Procédé historique au phosgène:
RNH2 + COCl2 R N C O + 2 HClR'OH
RHN C
O
OR'
uréthaneisocyanate
Très toxique
- Procédé Monsanto sans phosgène
RNH2 + CO2 R N C O + H2OR'OH
RHN C
O
OR'
uréthaneisocyanate
Non toxique, facile d’accès, renouvelable
Exemple: la synthèse de l’isocyanate (industrie des polymères)
Les solvants vertsLes solvants actuels:- Composés organiques volatils- Souvent inflammables- 80 à 90% des déchets de l’industrie
pharmaceutique proviennent du solvant utilisé- Nocifs d’un point de vue de l’écologie et de la
santé
Le 5ème principe de la chimie verte pousse à limiter l’utilisation de ces solvants, à trouver de plus sécuritaires.
Les solvants vertsLes solvants verts:- Faible toxicité pour l’environnement- Facile à récupérer et recyclable.
Le choix d’un solvant « vert » doit permettre de maintenir des vitesses de réaction, des rendements et des sélectivités de réaction applicables à l’échelle industrielle
!
Les solvants vertsLe CO2 supercritique:- Substitut des solvants
organiques apolaires.- Non toxique, non polluant, non inflammable, bon marché.- Point critique: 31°C, 73,8 bars:- Forte variation du pouvoir
solvant en fonction de la température et de la pression
extraction sélective de composés
Les solvants vertsLe CO2 supercritique:- Travail à basse température possibilités de développer des procédés d’extraction conservant les propriétés chimiques de molécules qui seraient dégradées par des techniques telles que la distillation ou l’hydrodistillation.
- La séparation du solvant et de la substance à extraire se fait par simple dépressurisation: le CO2 redevient gazeux, on récupère l’extrait sous forme liquide.
Plus de problèmes de récupération des résidus de solvant comme avec un solvant organique
Les solvants vertsLe CO2 supercritique: applications industrielles
- Depuis les années 70: décaféination du café, extraction résines de houblon pour la fabrication de la bière.
- Agroalimentaire: extraction d’arômes de produits naturels (vanille, thym, épices…)
- Industrie pharmaceutique: extraction de molécules bio-actives de plantes médicinales
- Textiles: solvant de nettoyage (afin d’éviter les solvants chlorés)
- Chimie: séparation des produits/réactifs au cours d’une réaction
Les agro-ressourcesLa chimie du végétal:
Objectif: augmenter de 20 à 30% en vingt ans la proportion de biomasse exploitée pour la chimie et l’industrie.
Les agro-ressourcesLes biocarburants de 1ère génération
Les agro-ressources
Les biocarburants de 1ère génération: les limites
- Concurrence avec les cultures à usage alimentaire.
- Utilisation d’engrais et de pesticides pour une culture intensive des végétaux.
- Utilisés comme additifs à hauteur de 10%
Les agro-ressourcesLes biocarburants de 2ème génération
- Exploitation de la lignocellulose (présente dans la paroi des cellules des végétaux) du bois, paille, résidus et déchets forestiers, cultures dédiées.
- Pas de concurrence avec les cultures à usage alimentaire
- Peuvent se substituer aux carburants actuels.
Les agro-ressourcesLes biocarburants de 3ème génération (en développement)
- Utilisation des sucres ou lipides produits naturellement par les microalgues
- Pas de mobilisation de surfaces agricoles ou forestières
- Productivité élevée (rendement 10 à 30 fois supérieur au colza)
- Utilisation du CO2 pour le processus de photosynthèse donc absorption des rejets industriels carbonés
Les agro-ressourcesLes biocarburants de 3ème génération (en développement)
- Utilisation des sucres ou lipides produits naturellement par les microalgues
- Pas de mobilisation de surfaces agricoles ou forestières
- Productivité élevée (rendement 10 à 30 fois supérieur au colza)
- Utilisation du CO2 pour le processus de photosynthèse donc absorption des rejets industriels carbonés
Les agro-ressourcesLe développement de produits bio-sourcés
Solutions développées par le groupe Roquette, leader de la chimie du végétal en France
Bibliographie-sitographie
La chimie et la nature, Jacques Amouroux, éditions EDP Sciences
Les défis du cea n° 170 Mai 2012http://culturesciences.chimie.ens.fr/content/les-biocarburan
ts-de-la-1%C3%A8re-%C3%A0-la-3%C3%A8me-g%C3%A9n%C3%A9ration
http://www.supercriticalfluid.org/ifs/userfiles/Dossier%20thematique%20sur%20les%20fluides%20supercritiques%20dec%202010.pdf
http://spcfa.ac-creteil.fr/spip.php?article656http://
culturesciences.chimie.ens.fr/content/solvants-et-chimie-verte-13-les-solvants-en-chimie-organique
http://culturesciences.chimie.ens.fr/node/815http://culturesciences.chimie.ens.fr/node/787http://www.ac-nancy-metz.fr/enseign/physique/sc_index.htm
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