dr stéphane sarrade conférence culture et sciences pour
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Dr Stéphane Sarrade – Conférence Culture et Sciences pour Tous, Poitiers, octobre 2015
Dr Stéphane Sarrade – Conférence Culture et Sciences pour Tous, Poitiers, octobre 2015
Stéphane SARRADE…
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supercriticalfluid.org
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www.pole-trimatec.fr
www.stephanesarrade.unblog.fr
@SSarrade
La Chimie Verte
De l’Environnement
aux Matériaux,
en passant par
l’Energie et
les Solvants
d’extraction de
demain…
Dr Stéphane Sarrade – Conférence Culture et Sciences pour Tous, Poitiers, octobre 2015
Un peu de Chimie...
Dr Stéphane Sarrade – Conférence Culture et Sciences pour Tous, Poitiers, octobre 2015
Un peu de Chimie ??
Dr Stéphane Sarrade – Conférence Culture et Sciences pour Tous, Poitiers, octobre 2015
Les Paradoxes de la Chimie Verte
?
Comment concilier l’Industrie Chimique avec son Environnement?
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Les Médicaments : Santé et Pharmacie
La Nourriture : Agriculture et Agro-Alimentaire
Les 5 Principaux Enjeux des Citoyens de notre Planète
L’Eau Potable: Traitement de l’eau
L’Energie: Industrie, Transport et Habitat
L’Environnement: Préservation et Climat
2015: 7 Milliards d’habitants
2030-2050: 9 Milliards d’habitants
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Limiter l’impact de la Chimie sur les Consommateurs
Limiter l’impact de la Chimie sur les Opérateurs
Limiter l’impact de la Chimie sur l’Environnement:
- limiter les prélèvements de matières premières
- limiter les rejets de déchets
Les 3 Objectifs principaux de la Chimie Verte
+
+
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Les 12 principes fondateurs de la chimie verte
Paul Anastas et al.
Green Chemistry: An Overview 1991
Green Chemistry Theory and practice 1998
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Les 12 principes fondateurs de la chimie verte
Paul Anastas et al. – 1991 « Green Chemistry »
1. Prévenir et limiter la production des déchets
2. Concevoir des produits et des composés chimiques avec peu ou pas de toxicité
3. Faire des réactions chimiques avec des produits/réactif avec peu ou pas de
toxicité
4. Préférer les matières premières renouvelables à celles fossiles
5. Utiliser au maximum les catalyseurs dans les réactions chimiques afin de
minimiser les quantités de réactifs utilisés et de déchets produits
6. Minimiser l’utilisation de composés réactionnels intermédiaires
7. Favoriser le meilleur rendement réactionnel possible : utiliser au maximum les
matières premières pour minimiser les déchets produits
8. Utiliser des solvants plus sûrs et moins toxiques
9. Rechercher l’efficacité énergétique de la réaction : travailler à Tet P ambiante
10. Concevoir des produits chimiques qui se décomposeront en composés inertes
et qui ne s’accumuleront pas dans l’environnement
11. Analyser en continu toutes les réactions de transformations pour détecter
immédiatement la production de sous-produits afin de les minimiser/éliminer
12. Concevoir des produits chimiques dans des formes appropriées (liquide, solide
ou gazeuse…) afin de limiter les risques d’accident : explosions, incendies,…
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Utiliser des solvants propres, non toxiques et compatibles avec
l’environnement
Utiliser au mieux les matières premières qui, transformées doivent
se retrouver le plus largement possible dans le produit final
limitant ainsi la production de sous-produits
Produire des quantités minimales de déchets et dans des
formes adaptées (solide, liquide ou gazeuse) limitant leur
dissémination et favorisant leur recyclage
Utiliser au mieux l’énergie, en terme de rendement,
d’économie, de source de rejets
Les grands principes… Que faut-il en retenir?
4 Axes Majeurs de Recherches
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Utiliser des solvants propres pour l’extraction:
- CO2 supercritique, H2O sous pression, Liquides Ioniques,
Biosolvants …
Utiliser au mieux les matières premières:
- Matières premières végétales, Bioraffinage, produits
biodégradables et inertes, …
- Séparation Membranaire moléculaire
Produire des quantités minimales de déchets et dans des
formes adaptées :
- Oxydation Hydrothermale en phase H2O supercritique,
- Oxydation voie humide, …
Utiliser au mieux l’énergie:
- Photovoltaïque, Batteries, Gazeïfication de Biomasse, Piles A
Combustible (PEFMC & SOFC), Biocarburants, LED, …
Les Principaux Domaines de Recherches
en Chimie Verte
Dr Stéphane Sarrade – Conférence Culture et Sciences pour Tous, Poitiers, octobre 2015
Dr Stéphane Sarrade – Conférence Culture et Sciences pour Tous, Poitiers, octobre 2015
Utiliser au mieux les matières premières:
- Matières premières végétales, Bioraffinage,
produits biodégradables et inertes, …
Les Principaux Domaines de Recherches
en Chimie Verte
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Les biopolymères
Les Principaux Domaines de Recherches
en Chimie Verte
Rilsan® PA11:
polyphtalamide (PPA) dérivé de l’huile
de ricin, Rilsan® PA11 est un polymère
d’origine 100% renouvelable.
Marchés et Applications
Pétrole & Gaz: câbles ombilicaux, tubes flexibles ,
Applications très exigeantes dans l’automobile et les transports: circuits d’essence,
circuits de transfert de fluides (freinage, embrayage, refroidissement), connecteurs
rapides et raccords,
Industrie textile: tissus techniques et haut de gamme, brosses,
Produits de consommation: poches de transfusion, couche supérieure des skis, pièces de
boîtier de téléphone portable
2012: Rilsan® HT contient jusqu’à 70% de carbone d’origine renouvelable, rupture
technologique en remplacement du métal, du caoutchouc ou des polymères fluorés dans
des assemblages de tubes (+ aussi alternative polyamide)
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Les Principaux Domaines de Recherches
en Chimie Verte
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Les Principaux Domaines de Recherches
en Chimie Verte
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Les Principaux Domaines de Recherches
en Chimie Verte
APPLICATIONS DU BIO -PVC
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Utiliser des solvants propres pour l’extraction:
- CO2 supercritique, H2O sous pression, Liquides
Ioniques, Biosolvants, …
Les Principaux Domaines de Recherches
en Chimie Verte
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L’Eau: le solvant classique
pour la chimie de 2015
Modélisation
de la dissociation de HI
(0,161 nm) Dans l’eau
HI: Acide iodhydrique ou
iodure d'hydrogène
H20: Eau
H3O+: Ion hydronium
H5O2+: Cation de Zundel
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L’Eau: le solvant classique
pour la chimie de 2015
Modélisation
de la dissociation de HI
(0,161 nm) Dans l’eau
HI: Acide iodhydrique
ou iodure d'hydrogène
H3O+: Ion hydronium
H5O2+: Cation de Zundel
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l’Eau sous différentes formes Pre
ssio
n
Température
liquide
vapeur
glace
supercritique
Point triple
Point critique
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XVIIIème siècle : Machine de Papin
1822 : Le Baron Cagniard de la Latour découvre…
… un « état particulier »
Un peu d’histoire…
+ +
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1822 : Cagniard de La
Tour publie dans le
journal de l’Académie
Royale des Sciences
Un peu d’histoire…
Portrait of Cagniard de
la Tour, courtesy of the
Universidade do Minho,
Portugal.
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Température
Pre
ssio
n
Tc
Température
LIQUIDE SUPERCRITIQUE
GAZ
Exemple du CO2
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Exemple du CO2
Pre
ssio
n
Diagramme des
phases du
Dioxyde de
Carbone (CO2)
Point
critique
du CO2:
31 °C
73 bars
LIQUIDE
SUPERCRITIQUE
GAZ
Température
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« Ca ressemble à quoi du CO2
supercritique??? » Pre
ssio
n
LIQUIDE
SUPERCRITIQUE
GAZ 31°C
73
bars
Température
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De la chimie verte avec le CO2 ?
Ses propriétés :
Le CO2 SC est utilisé comme un solvant :
Remplacer les solvants organiques
En faisant varier la pression et la température, on
modifie son comportement :
• Soit il est un bon solvant (CO2 supercritique),
• Soit il est un très mauvais solvant (CO2 gazeux).
Stable
Ininflammable,
Incolore
inodore
Pas cher
Non toxique
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Prototype
extracteur
Unité de Développement
Industriel: ECOSS
Des procédés avec le CO2…
Schéma du cycle d’extraction par
CO2 supercritique
Autoclave Echangeur
chaud
Compresseur
Vanne de
détente
Echangeur
froid
Séparateur
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Usine Agrisana (Italie)
• Extraction de produits biologiques
Produits alimentaires, pharmaceutiques,
cosmétiques, …
• Imprégnation de matrices diverses
Cuir, Papier, Bois, Céramiques,Tissus,
Polymères, …
• Mise en forme et texturation de produits
Principes actifs, Oxydes métalliques,
Polymères, …
• Réactions chimiques en phase homogène
Synthèse, Hydrolyse, …
Applications du CO2 Supercritique
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• Extraire
•Décontaminer
•Nettoyer
•…
Applications du CO2 Supercritique
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Pompe
Réserve
de CO2
Vanne de
décompression
Autoclave
contenant
le café
caféine
Séparateur
CO2 pur
CO2 supercritique
Extraire: Fabriquer Café
Décaféiné (et même du Thé…)
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Maxwell House Coffee: USA, 80.000 T/y
Italy: 10.000 T/y
Extraire: La réalité du CO2 SC
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Pompe
Réserve
de CO2
Vanne de
décompression
Autoclave
contenant
le café
caféine
Séparateur
CO2 pur
CO2 supercritique
Extraire: Purifier des Arômes et
des Phyto-produits…
UHDE (D)
Vanille, rose, poivre, paprika …
Fenouil, persil, cumin, coriandre…
Ribe rubrum L (tocophérol)
Chrysanthemum parthenium (terpènes)
Serenoa repens (décogestionant))
Eucalyptus
Polyphénols (anti-oxydants)
AGRISANA (I) KRUPP (D)
Extrait
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Extraire: La réalité du CO2 SC
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Natural Products 2 x 0.5 m3 Spices 3 x 0.5 m3
Coffee & Tea 3 x 3 m3 Cork 3 x 18 m3
Extraire: La réalité du CO2 SC
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Décontaminer: Éliminer le goût
de bouchon du vin
Ce goût de bouchon du vin provient essentiellement
d’une molécule présente dans le liège : le TCA
• 5 molécules de TCA parmi un milliards d’autres
molécules ….. et le vin est bouchonné !!!
• Nécessité de nettoyer en profondeur le liège avant
l’embouteillage avec un procédé adapté
Le problème des bouchons en liège est qu’ils induisent
potentiellement le goût de bouchon dans le vin !!
OCH3
H H
Cl
Cl Cl
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2004: Les 1er bouchons tests sont partis aux 4 coins du monde..
2005: Inauguration de la première usine OENEO
2006: Production à plein régime, 800 millions de bouchon par an…
Le Procédé DIAMANT- Prix de
l’Innovation Vinitech 2004
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2004: First cork stoppers produced
2005: Inauguration of OENEO Plant In SPAIN
2006: DIAM 1 - Production of 800 millions cork stoppers per year
2010: DIAM 2 - Production of 1.4 billion of cork stoppers per year
2015: DIAM 3 – Third Plant available this year in France (Céret 66)
The DIAMANT Process
Innovation Vinitech Award 2004
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Usines OENEO
Cork purification Plant, DIAM Bouchage, San Vicente de Alcantara (Spain) DIAM 1: 3x8 m3 / 150 bar – DIAM 2: 3x11 m3 / 150 bar – DIAM 3: 3x18 m3 / 150 bar
2015: Capacité 8000 t/an, 1.4 milliards de bouchon
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Usine OENEO 20M€ et 2500 t/an de capacité de traitement
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Prototype de foulon CO2 : - Tannage aqueux : 1 Tonne de peau # 15 Tonnes d’effluents
- Tannage CO2 : PAS d’effluents aqueux
- Alternative aux Procédés Polluants
- Impact limité sur l’Environnement
- Prototypes de 500 l en France et
1700 l en Allemagne
Imprégner:
Tannage de Peaux par CO2 Supercritique
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Coloration des tissus Objectif: Remplacement des solvants aqueux ou organiques
DyeCoo (Feyecon + NIKE + IKEA) SC CO2 coloration des tissus à Taiwan
Imprégnation des Textiles
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•Recycler
•Valoriser
•Protéger l’Environnement
•…
Applications du CO2 Supercritique
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Valoriser avec les FSC …
Récupération du squalene par CO2 SC à partir de résidus d’huile
d’olives:
-Squalène: Complément alimentaire
-Squalane: Principe actif (anti cancéreux) Pharmaceutique ou anti-
oxydant pour la cosmétique
-Source végétale: Résidus de désodorisation d’huile d’olive (40% w)
-Séparation Squalène/Acides Gras libres: CO2 SC + Membranes
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Décomposition et Valorisation de
Déchets Plastiques par Hydrolyse dans
l’eau supercritique:
-Réaction d’hydrolyse par OHT:
-Récupération:
-Acide Téréphtalique
-Ethylène Glycol
-Avantages:
-Temps de réaction (30 min)
-Pas d’additifs (Catalyseurs…)
Valoriser avec les FSC …
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Avant décomposition
pellets de PET +eau
Après décomposition
Acide Téréphtalique
(en fines particules)
+
solution aqueuse
d’éthylène glycol
Décomposition de Pellets de PET par Hydrolyse
dans l’eau supercritique:
Valoriser avec les FSC …
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•Mettre en forme des produits organiques
•Synthétiser des composés inorganiques
Applications du CO2 Supercritique
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Mise en Forme: Fabriquer des
médicaments…. Les nouveaux principes
actifs/médicaments ne sont pas
solubles dans les solvants usuels…
Nous sommes composés
de 70% d’eau !!!
Effets secondaires:
Comment Faire????
Il faut miniaturiser tout cela…
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Mise en Forme des Médicaments:
Micronisation par CO2…
Procédé RESS
Rapid Expansion of Supercritical Solutions
CO2 SC
P.A.
Unité de
Précipitation
Buse
CO2
gazeux
Unité
d’extraction
Expansion
Fritté
Inox
Autoclave
d’extraction
(10 litres)
Séparateurs
(10, 10 et 20
litres)
Pompe HP (Q: 500
kg.h-1 à 300 bar)
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Mise en Forme des Médicaments par
CO2: Ca marche???
Chercheurs # Mal de Tête # Molécules Modèles : Paracétamol et Ibuprofène
Initial After RESS Treatment
Biodisponibilité:
– Mesures des Taux de Dissolution dans une solution proche des fluides
corporels: Augmentation x 1000
– Pour une mise en oeuvre industrielle de ce procédé PIERRE FABRE
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Centre de Recherches à Gaillac (81)
Précipitation de composés pharmaceutiques :
Pierre FABRE
Aire Technique
Aire Cytotoxique
Aire Poudre
Séparateurs Cyclones
Pompes CO2
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La dernière équation…
5 Enjeux Majeurs 3 Objectifs d’impact 4 Axes de Recherche + +
= 12 Principes de la Chimie Verte
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La dernière équation…
5 Enjeux Majeurs 3 Objectifs d’impact 4 Axes de Recherche + +
= 12 Principes de la Chimie Verte
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En Guise de Conclusion…
• La matière dans tous ses états, même supercritique!!!
• Des curiosités de laboratoire aux Usines…
• Que peut on faire ??? De la Chimie bien sûr!!!: – Extraire
– Décontaminer
– Dépolluer
– Imprégner
– Mettre en forme – texturer des médicaments
– Fabriquer des céramiques
– …
Où en sommes nous et que faut il faire?
Dr Stéphane Sarrade – Conférence Culture et Sciences pour Tous, Poitiers, octobre 2015
Que Faut il faire ?
Dr Stéphane Sarrade – Conférence Culture et Sciences pour Tous, Poitiers, octobre 2015
Que Faut il faire ?
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Que Faut il faire ?
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Que Faut il faire ?
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Que Faut il faire ?
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Que Faut il faire ?
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Que Faut il faire ?
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Que Faut il faire ?
La Folie est de toujours se
comporter de la même
manière et de s'attendre à
chaque fois à un résultat
différent…
Albert Einstein
Dr Stéphane Sarrade – Conférence Culture et Sciences pour Tous, Poitiers, octobre 2015
Nous changeons progressivement
Think Global and Act Local: Beijing 2009
Think Global and Act Local: IKEA Montpellier 2013
Dr Stéphane Sarrade – Conférence Culture et Sciences pour Tous, Poitiers, octobre 2015
Think Global and Act Local: Tokyo 2009
Disponible sur catalogue: Poitiers 2015
Nous changeons progressivement
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Pour La chimie de Demain
Changeons tout !!!
Pour limiter l’émission de COV,
des GES, le réchauffement
climatique, Jetons ensemble les
bases de la CHIMIE VERTE…
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Changement Climatique:
Une réalité avérée
2015
L’ère des
nanosciences
Dr Stéphane Sarrade – Conférence Culture et Sciences pour Tous, Poitiers, octobre 2015
Merci de votre attention…