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La chimie, une histoire de foils

Alors c’est fait ! Armel le Cléac’h, skipper de Banque Populaire VIII, après sa 2e place en 2013 remporte la version 2016-2017 du Vendée Globe. Après 74 jours de mer et 45 000 km en milieu marin (1), il pulvérise le
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Alors c’est fait ! Armel le Cléac’h, skipper de Banque Populaire VIII, après sa 2e place en 2013 remporte la version 2016-2017 du Vendée Globe. Après 74 jours de mer et 45 000 km en milieu marin (1), il pulvérise le record de François Gabart, le premier à être descendu en dessous des 80 jours (78 jours).

Sur les 29 monocoques qui ont pris le départ le 6 novembre 2016, 7 étaient de la nouvelle génération, pourvus de « foils », ces appendices en forme de moustaches qui dépassent du haut de la coque quand ils sont relevés. Six de ces bateaux de la classe 60 pieds IMOCA ont été conçu par le cabinet d’architecture navale de G. Verdier en collaboration avec le cabinet VPLP. Sur le papier ces monocoques se ressemblaient beaucoup : mêmes tailles, mâts à peu près de même hauteur, coque et quille standardisées grâce à la chimie des composites et à la maîtrise des alliages métalliques. Seul le poids de l’ordre de 3 tonnes pouvait différencier ces coursiers de la mer :

  • la coque est presque entièrement en matériau composite carbone, obtenu par moulage de couches de fibres de carbone pré-imprégnées de polyester (2) (3) ;
  • la quille comporte à sa base un bulbe de forme aérodynamique en métal lourd, relié à la coque par un voile de quille de plusieurs mètres en acier ou en titane forgé en lame de couteau en tôle ployée ou soudée (4) ou encore en fibres de carbone (5) ;
  • les voiles sont tissées en fibres artificielles comme le Kevlar (6) ou le polyéthylène téréphtalate (PET) ou même encore en fibres de carbone, tissées sur mesure en fonction de la modélisation des forces appliquées sur le mât (7).

Mais ce qui fait l’originalité de cette nouvelle génération ce sont les « foils »qui de part et d’autre de la coque remplacent la dérive. Leur forme donne un appui latéral et avec la vitesse, ils déjaugent le navire. Une fois acquise une vitesse de 13 à 17 noeuds, le foil accroche et toute augmentation de la vitesse du vent se traduit en vitesse pure. Leur action soulage la coque qui se lève doucement pour réduire la trainée et surtout diminue la gîte afin de porter plus de voile et d’augmenter la vitesse.
Les foils, après modélisation et essais, ont été fabriqués par une entreprise bretonne du Morbihan. Ils sont en fibres de carbone entremêlées en 3D, technique dérivée de l’aéronautique et de la fabrication des aubes des réacteurs, conçues pour éviter le délaminage du composite lors d’une collision avec un oiseau. Dans le cas des foils, il n’y a pas de garantie de casse en cas de collision en pleine vitesse avec un cétacé ou un « ofni » (objet flottant non identifié). C’est la prise de risque de ces navigateurs aventuriers qui ne cessent de faire avancer la technologie marine.

Jean-Claude Bernier
Janvier 2017

Quelques ressources pour en savoir plus :
(1) Les grandes questions en sciences chimiques de l’environnement marin
(2) Les matériaux composites dans le sport
(3) Les polymères ce qu’il faut savoir (vidéo, 4:25)
(4) Chimie et construction navale
(5) Les composites carbone/carbone
(6) La grande aventure des polyamides
(7) Le textile, un matériau multifonctionnel
 

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Colloque La Chimie et les Sens - 22 février 2017

Le prochain colloque La Chimie et les Sens aura lieu le mercredi 22 février 2017 à la Maison de la Chimie, à Paris. Le plein usage de nos sens : goût, odorat, toucher, vision et ouïe est un bien particulièrement précieux
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Le prochain colloque La Chimie et les Sens aura lieu le mercredi 22 février 2017 à la Maison de la Chimie, à Paris.

Le plein usage de nos sens : goût, odorat, toucher, vision et ouïe est un bien particulièrement précieux pour chacun d’entre nous. Ils contribuent, chacun dans son registre propre, quotidiennement et de manière décisive, à la qualité de notre vie et de nos relations avec notre entourage. Corrélativement les pathologies qui peuvent les affecter sont très handicapantes. Parce que ces sens sont source de profondes satisfactions et motivations, notre comportement y est très sensible. Aujourd’hui, ce que l’on appelle le « design sensoriel » est ainsi devenu un outil de promotion de vente important.

Les objectifs de ce colloque sont de faire mieux connaître et comprendre ce que sont la neurochimie, la chimie et la physico chimie sensorielle et leurs nombreuses et récentes applications. Il réunit des experts scientifiques universitaires et industriels de tous les domaines concernés : santé, pharmacologie, agro-alimentaire, textiles…

Les principaux domaines d’innovation pour préserver et satisfaire nos sens seront présentés. Les défis à résoudre seront illustrés. Ce colloque est ouvert à un large public, avec une attention particulière aux lycéens et étudiants ainsi qu’à leurs enseignants. Le niveau des interventions se veut accessible à tous pour permettre des échanges fructueux. Nous souhaitons que le programme préparé à votre attention réponde pleinement à ces objectifs et à votre attente.

Bernard Bigot
Président de la Fondation internationale de la Maison de la Chimie

 

Réservez votre journée du mercredi 22 février 2017 pour participer au colloque (accessible au grand public).

L'inscription se fait en ligne. Elle est gratuite mais obligatoire.

Inscription en ligne

Programme (PDF)

- Question du mois
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Dans quoi boire le champagne ?

Nous avons vu en décembre que le champagne contenait du gaz carbonique sous pression qui ne demandait qu’à se libérer sous forme de bulles qui remontent doucement à la surface du vin et participent à l’effervescence
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Nous avons vu en décembre que le champagne contenait du gaz carbonique sous pression qui ne demandait qu’à se libérer sous forme de bulles qui remontent doucement à la surface du vin et participent à l’effervescence joyeuse, synonyme de fête. Le verre dans lequel on boit le champagne doit répondre par son élégance à l’image de prestige de ce breuvage mais aussi permettre d’en apprécier toutes les qualités.

Éviter le métal

Il existe pour boire le champagne des récipients en métal précieux, argent ou métal doré, mais ils ne conviennent pas car on ne peut ni observer la couleur du vin, ni la finesse du dégagement des bulles.

Les arômes tant appréciés

Les analyses ont montré que l’éclatement des bulles de gaz carbonique jouait un rôle majeur dans la libération des arômes. Ceux-ci sont des molécules organiques amphiphiles qui comportent soit une partie hydrophile qui les font rester majoritairement dans le vin, soit une partie hydrophobe qui les fixe de préférence à l’interface gaz–liquide de la bulle. Les analyses par IR-FT et SM (1) des aérosols de surface, comparées aux analyses du liquide in situ, ont montré des concentrations plus élevées d’acides gras ou de dérivés estérifiés tels que l’acide palmitoléique (2), l’acide tétradécanoïque (3) et d’autres, qui apportent les notes métalliques, fruitées, herbacées… Ces concentrations organoleptiques participent au plaisir olfactif puis gustatif du champagne.

D’où l’attention particulière à porter sur la nature du verre et à son nettoyage qui ont une grande influence sur la formation et la persistance des bulles qui sont de vrais ascenseurs à arômes.

Flûte ou coupe ?

La forme du verre à champagne doit être fonctionnelle. Les verres à fond rond ou les verres à fond pointu ne dégagent ni les mêmes mousses ni les mêmes lignes de bulles.

La flûte à champagne par sa hauteur de la colonne de liquide permet le bel examen visuel du vin et à la condition d’y laisser quelques microfibres, d’admirer la formation progressive de fines bulles. Si la flûte est suffisamment ouverte, le dégustateur peut y approcher le nez et goûter tous les arômes qui se dégagent de l’aérosol.

La coupe à champagne plus populaire dans les pays du sud est pourtant indéfendable. La mousse s’y forme mal et le bouquet se disperse. On y boit avec le nez qui trempe dans le breuvage et la surface liquide–air y est trop vaste, l’effervescence se calme trop vite.

C’est maintenant le verre « tulipe » à forme d’œuf tronqué sur une jambe pleine allongée qui a la côte. Il permet de jouir d’une mousse réduite et de la montée des fines bulles tout en permettant de respirer les arômes qui se dégagent en surface.

Fuyez la coupe ou flûte en plastique !

Faut-il rappeler le scandale qui est de boire le champagne dans une coupe en plastique ! Le PET (4) a une énergie de surface bien plus faible que celle du verre, la tension de surface liquide/solide y est très différente et sa surface est classée comme hydrophobe. Le liquide n’a pas tendance à s’y accrocher et ce sont les bulles qui le remplacent et grossissent sur les parois en cachant malheureusement la douce ascension des fines bulles.

Pour votre plaisir olfactif ou gustatif, choisissez bien votre matériel, mais dans tous les cas ne l’utilisez qu’avec modération !


(1) IR-FT : analyse par infrarouge à transformée de Fourier ; SM : spectrométrie de masse
(2) acide palmitoléïque acide (Z)-hexadéc-9-énoïque : CH3 –(CH2)5-CH=CH-(CH2)7-COOH
(3) acide tétradécanoïque CH3–(CH2)12–COOH
(4) PET : poly(éthylène-téréphtalate) polymère de motif répétitif -[O-(CH2)2-O-CO-paraPh-CO]n-

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Frimas, rhumes et grippes…

Si vous avez regardé la carte d’épidémiologie fin 2016 et début 2017 vous avez sûrement constaté que « le rouge est mis » pour les épidémies saisonnières : rhumes, grippes, etc. Heureusement la chimie et même la
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Si vous avez regardé la carte d’épidémiologie fin 2016 et début 2017 vous avez sûrement constaté que « le rouge est mis » pour les épidémies saisonnières : rhumes, grippes, etc. Heureusement la chimie et même la phytochimie sont là pour vous soulager (ou essayer).

Contre la fièvre vous auriez pu comme nos lointains ancêtres sucer de l’écorce de saule connue pour ses propriétés fébrifuges depuis l’antiquité (1). Ce n’est cependant qu’en 1838 qu’un chimiste, Piria, du laboratoire de Jean-Baptiste Dumas en a extrait l’acide salicylique (2) et il fallut attendre 1853 pour que Charles Gerhardt fasse la synthèse chimique de son dérivé acétylé moins agressif pour l’estomac. La société Bayer mis au point la synthèse industrielle et pris un brevet en 1899 sous le nom « aspirin ». C’est sous ce nom qu’est commercialisé le médicament fabriqué aussi en France par la société chimique des usines du Rhône à partir de 1910 (3). On en consomme environ encore 40 000 t en France. Son action antalgique, anti-inflammatoire et antipyrétique en a fait sous différentes marques le top des antigrippaux. Son action d’anti-agrégat des plaquettes du sang a conduit à rechercher un substitut qui est le paracétamol (4). Celui-ci a été découvert un peu par hasard par deux médecins strasbourgeois qui s’intéressaient à la parasitose intestinale et qui s’étaient fait livrer par erreur de l’acétanilide à la place du naphtalène. C’est le dérivé hydroxylé NHCOCH3 – φ – OH qui révéla des activités antipyrétiques sans action sur l’agrégation plaquétaire encore appelé acétaminophène. Le paracétamol fut largement produit et commercialisé après 1950. Avec peu de réactions secondaires sauf surdosage, il s’en consomme 260 millions de doses en France.

La chimie a aussi d’autres molécules (5) à son arc : la pseudoéphédrine comme vasoconstricteur local pour le nez, l’ibuprofène pour les douleurs musculaires, les extraits de dérivés terpéniques (6), mais leur efficacité reste à démontrer (7).

In fine, en cas d’attaque virale, à part les deux antalgiques et les pulvérisations de sérum physiologique proche de l’eau de mer (8) riche en chlorure de sodium pour dégager le nez, il faut faire preuve de patience : « un rhume non traité dure une semaine, un rhume traité dure sept jours ».

Jean-Claude Bernier
 janvier 2017

Quelques ressources pour en savoir plus :

(1) Du saule à l’aspirine
(2) L’aspirine, une origine végétale
(3) Aspirine (produit du jour de la SCF)
(4) Paracétamol (produit du jour SCF)
(5) De la conception du médicament à son développement : l’indispensable chimie
(6) La nature au labo : la phytochimie (vidéo 9:08)
(7) La neuropharmacologie : un triomphe dans l’exploration du cerveau, un échec à dépasser dans la création de thérapeutiques innovantes
(8) La nature pour inspirer le chimiste : substances naturelles, phytochimie et chimie médicinale
 

- Question du mois
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Pourquoi y-a-t-il des bulles dans mon champagne ?

Le champagne est une boisson alcoolisée effervescente, elle est faite à partir de jus de raisins sucré. Sous l’influence de levures qui sont des champignons microscopiques, le sucre se transforme en alcool avec formation
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Le champagne est une boisson alcoolisée effervescente, elle est faite à partir de jus de raisins sucré. Sous l’influence de levures qui sont des champignons microscopiques, le sucre se transforme en alcool avec formation de dioxyde de carbone et dégagement de chaleur. Après assemblage de vins « tranquilles » on fait la dernière fermentation à l’intérieur même de la bouteille. Après diverses opérations qui se terminent par la fermeture avec le fameux bouchon en forme de champignon, c’est la bouteille de champagne classique que nous connaissons et qui va être stockée 2 à 4 ans dans des caves immenses.

Réaction de transformation du sucre en présence des levures :

C6H12O6 → 2 C2H5OH +2 CO2 + Q (chaleur)

Pourquoi les bulles apparaissent-elles dans le verre ?

Dans la bouteille, le dioxyde de carbone se trouve en partie dissous dans le vin et en partie à l’état gazeux. Un équilibre s’établit et la pression du gaz est alors proportionnelle à la concentration en gaz dissous. Ainsi pour une pression de 5 à 6 bars, il y a environ 12 grammes de CO2 dissous, ce qui représente environ 6 litres susceptibles de s’échapper à l’état gazeux à pression et température normales.

Ainsi, quand on ouvre la bouteille, la pression diminue brutalement à 1 bar. Les 6 litres de CO2 dissous veulent s’échapper : c’est ce qui produit le bruit du bouchon qui saute et l’effervescence du vin. Quand on le verse dans le verre, les bulles de gaz carbonique naissent et montent dans le champagne.

Naissance des bulles

Le processus de formation des bulles qui contribuent au plaisir de ce vin de fête est intéressant. On estime qu’il y a par bouteille un potentiel de 11 millions de bulles ! Il y a nucléation, c’est-à-dire naissance d’une petite bulle microscopique, autour d’une petite poche d’air ou d’une microfibre. Elle grossit de quelques microns (millième de mm) à un millimètre et monte vers la surface à la vitesse de 15 cm par seconde. On recommande de servir le champagne à 7/8°C dans des verres assez hauts (des flûtes) qui ne viennent pas directement du lave-vaisselle mais qui ont été préalablement essuyés avec un torchon textile pour y laisser quelques fibres. Ces fibres serviront de germes pour la nucléation et permettront un dégagement harmonieux des bulles.

J’entends déjà les critiques qui disent que ces dégagements de gaz carbonique vont nuire au changement climatique !! Rassurons-nous ; chaque année 330 millions de bouteilles contenant chacune 12 g de CO2 sont ouvertes de par le monde. Au total cela représente le dégagement d’environ 3600 tonnes de CO2. Devant les émissions totales mondiales de 39 milliards de tonnes, ce n’est même pas le dix millionième de cette quantité !

Mais que cela ne vous empêche pas de boire le champagne avec modération !

 

Remarque : le dioxyde de carbone est aussi appelé gaz carbonique et a pour formule chimique CO2.

 

Prochaine question du mois : Dans quel verre faut-il boire le champagne ? (s’il en reste !)
 

Image d'illustration
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Halte aux pics de pollution

Un nouvel épisode de pollution a frappé les grandes villes comme Paris, Lyon ou Grenoble la seconde semaine de décembre. Lorsque la capitale suffoque, c’est toute la province qui s’enrhume ! C’est la persistance d’un
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Un nouvel épisode de pollution a frappé les grandes villes comme Paris, Lyon ou Grenoble la seconde semaine de décembre. Lorsque la capitale suffoque, c’est toute la province qui s’enrhume ! C’est la persistance d’un anticyclone centré sur la France et de faibles vents d’est qui ont entrainé ces pics de pollution. Ils ont été caractérisés par des concentrations en particules fines PM10 (≤ 10 μm) mais surtout PM2,5 (≤2,5 μm) parfois 10 fois au-dessus du seuil d’alerte et donc très nocives pour les voies respiratoires (1).

D’après un rapport de pneumologues la pollution aux particules fines provoquerait l’équivalent de 48 000 décès prématurés. De même, un rapport européen « Europe’s Dark Cloud » vient de dénoncer l’usage des centrales thermiques au charbon (2) qui entrainerait aussi en Europe 22 000 décès prématurés dont 2 900 en Allemagne et 4600 en Pologne. Mais ces nuages portés par les vents amèneraient aussi la pollution particulaire et en métaux lourds chez les voisins, responsable par exemple en France de 1 380 décès prématurés (3).

Les causes de ces pics de pollution sont diverses. Dans Paris, les experts estiment que c’est le trafic routier qui est responsable des 2/3 des émissions d’oxyde d’azote et de 55 % des émissions de particules fines. Autres sources : le chauffage dont les foyers ouverts (4) et l’industrie.

Des progrès ont cependant été faits depuis 10 ans ; la chimie a fait de bons efforts pour limiter la pollution automobile (5) les pots catalytiquesont progressés et les filtres de particules équipent maintenant tous les véhicules de moins de 10 ans (6). La chimie atmosphérique permet de mieux comprendre les processus de pollution (7). L’électrochimie permet d’année en année de gagner sur les possibilités de stockage en énergie des batteries des véhicules électriques. L’industrie notamment chimique a réduit de façon importante ses émissions polluantes notamment de SO2 (8).

Le gouvernement vient d’annoncer de nouvelles mesures pour lutter contre ces pollutions urbaines : des facilités d’achat pour les véhicules électriques (9), l’instauration des vignettes autorisant ou non les automobiles en ville ; malheureusement il n’a pas la maitrise de la météo. Une initiative intéressante menée par une équipe de chercheurs de l’INRIA (10) est d’inciter les habitants à être leur propre agent anti-pollution avec la mise au point d’une application sur smartphone et un site Citylab@inria qui donne l’accès à tous les citoyens aux centaines de capteurs de pollution urbains.

 

Jean-Claude Bernier
 décembre 2016

Quelques ressources pour en savoir plus :

(1) - La qualité de l’air en question
(2) - Faudra-t-il retourner au charbon ?
(3) - Les défis de la santé et du bien-être en ville (conférence - vidéo)
(4) - Pollution et feux de cheminées
(5) - Un exemple de matériau spécifique : pots catalytiques et dépollution automobile
(6) - Améliorer les pots catalytiques (vidéo 3:00)
(7) - La chimie atmosphérique : contexte, récents développements et applications
(8) - La chimie face aux défis de la transformation du système énergétique
(9) - Stockage de l’électricité : élément clé pour le déploiement des énergies renouvelables et du véhicule électrique
(10) - Exposition individuelle et collective aux pollutions urbaines (conférence - vidéo)

 

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La chimie dans les TIC parmi les finalistes du 29e prix Roberval

L'ouvrage La chimie dans les TIC (collection Chimie et ... Junior), écrit par une équipe Mediachimie composée de Constantin Agouridas, Jean-Claude Bernier, Danièle Olivier et Paul Rigny, a été retenu parmi les finalistes
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L'ouvrage La chimie dans les TIC (collection Chimie et ... Junior), écrit par une équipe Mediachimie composée de Constantin Agouridas, Jean-Claude Bernier, Danièle Olivier et Paul Rigny, a été retenu parmi les finalistes du 29e Prix Roberval, catégorie Jeunesse. Félicitations !

Ouvrage :
La chimie dans les TIC (Technologies de l'Information et de la Communication)
Editeur : EDP Sciences
ISBN : 978-2-7598-1675-0


Prix Roberval

Soutenu par la Délégation générale à la langue française et aux langues de France, le Conseil départemental de l'Oise, la ville de Compiègne, Sorbonne Universités, l’Université de Technologie de Compiègne (UTC), l’Agence Universitaire de la Francophonie et la Délégation Générale du Québec en France, le Prix ROBERVAL, organisé par le service des Cultures Scientifique, Technique et Industrielle de l’UTC, dirigé par Élisabeth Brunier, récompense chaque année des œuvres en langue française expliquant la technologie.

Ces œuvres récompensées sont destinées au grand public, à la jeunesse ou à l'enseignement supérieur et peuvent prendre la forme de livres ou de productions audiovisuelles.
Le prix est un hommage rendu à Gilles Personne de ROBERVAL, natif de l'Oise, génial inventeur de la balance qui porte son nom. C'est un bel exemple de technologie au service de tous.

En savoir plus sur le prix Roberval

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Noël aux tisons ?

Avez-vous fait provision de bois pour votre cheminée ? Car le Réseau de Transport de l’Électricité (RTE) vient de nous annoncer début novembre que la sécurité d’approvisionnement cet hiver 2016-2017 s’annonce délicat. Ce
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Avez-vous fait provision de bois pour votre cheminée ? Car le Réseau de Transport de l’Électricité (RTE) vient de nous annoncer début novembre que la sécurité d’approvisionnement cet hiver 2016-2017 s’annonce délicat. Ce sont en effet 21 réacteurs nucléaires (1) qui étaient arrêtés dans l’hexagone au lieu de la dizaine habituellement stoppés pour maintenance ou rechargement de combustible (2). Dix-huit le sont à la demande de l’Autorité de la Sûreté Nucléaire (ASN) suite à la découverte d’anomalies de concentration de carbone dans les aciers (3) des parties basses des générateurs de vapeur.

Il faut d’abord dire que c’est suite à l’analyse des fonds de cuve et couvercle du réacteur EPR de Flamanville qu’ont été découvertes des ségrégations de carbone sur cet acier faiblement allié  16 MND5 (C≤0,2 % et Mn, Ni, Mo). Par la suite des contrôles sur les viroles basses des générateurs de vapeur notamment à Fessenheim, ont été aussi trouvées des concentrations supérieures de carbone sur des aciers faiblement alliés à peu près de même type. Au lieu de valeurs de l’ordre de 0,2 % des teneurs de 0,30 à 0,39 % ont été relevées au-delà de la valeur limite réglementaire de 0,32 %.

Il faut alors rappeler quelques souvenirs de métallurgie sur le diagramme Fe-C (4) et notamment les courbes TTT (Température, Temps, taux de Transformation) qui donnent les taux de ferrie, austénite et bainite liés aux valeurs de carbone stables en fonction des températures de traitement et vitesses de refroidissement. On conçoit qu’au cours du forgeage de lingots de plus de 100 tonnes les parties externes n’ont pas forcément la même courbe de refroidissement que celles du cœur. Celles-ci, plus lentes, peuvent donner lieu à transformation et donner une structure aciculaire avec peut-être de la cémentite (Fe3C) et donner une fragilité plus grande au choc mécanique ou thermique (5). Dans ces générateurs de vapeur, dans la virole basse, le choc thermique est possible car se rencontrent le circuit primaire (eau à 350°C) du réacteur et le circuit secondaire (eau 120 °C) de l’échangeur. Les tests de résilience dans ces parties basses ont donné des valeurs comprises entre 34 et 64 joules avec une moyenne de 52 J relativement satisfaisante, mais compte tenu des niveaux élevés de sécurité dans le nucléaire, des vérifications complémentaires sont en cours.

Déjà plusieurs réacteurs ont pu redémarrer ; RTE pour faire face aux pics de consommation cet hiver a plusieurs solutions : les échanges avec nos voisins grâce à l’interconnexion, les appels à l’effacement de gros consommateurs industriels, et d’autres mesures exceptionnelles pour éviter le « black-out » (6). Rassurons-nous et peut-être que l’hiver ne sera pas très rigoureux si on en croit le changement climatique (7).

Jean-Claude Bernier
 novembre 2016

Quelques ressources pour en savoir plus :

(1) – La chimie et sa R et D dans l’industrie nucléaire
(2) – L’uranium (produit du jour la SCF)
(3) – Les enjeux de la chimie dans la production d’électricité
(4) – Site PhaseDiagram-Web
(5) – Chimie et construction navale
(6) – La chimie face aux défis de la transformation du système électrique
(7) – Chimie et changement climatique