Socle :
- Les systèmes naturels et les systèmes techniques
- Les représentations du monde et l'activité humaine
Programme Cycle 4 :
- L’énergie et ses conversions : Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d’énergie
Source : D’après l’article Les matériaux stratégiques pour l’énergie de Bruno Goffé publié dans l’ouvrage « Chimie et enjeux énergétiques », EDP Sciences, 2013, ISBN : 978-2-7598-0973-8
Socle :
- Les systèmes naturels et les systèmes techniques (travail sur la prise de conscience de l’impact de l’activité humaine sur l’environnement)
- Les représentations du monde et de l’activité humaine (travail sur la compréhension des problématiques actuels qui peuvent se poser à l’humanité, mais aussi sur la nécessité de considérer l’humanité dans le futur)
Programme Cycle 4 :
- Décrire la constitution et les états de la matière
- Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d’énergie
Source : Les enjeux de la chimie dans la production d'électricité. L’importance de la chimie dans le secteur nucléaire, D’après l’article Les enjeux de la chimie dans la production d’électricité de Jean-Pierre West publié dans l’ouvrage « Chimie et enjeux énergétiques », EDP Sciences, 2013, ISBN : 978-2-7598-0973-8
Socle :
- Les systèmes naturels et les systèmes techniques (travail sur la prise de conscience de l’impact de l’activité humaine sur l’environnement)
- Les représentations du monde et de l’activité humaine (travail sur la compréhension des problématiques actuelles qui peuvent se poser à l’humanité, mais aussi sur la nécessité de considérer l’humanité dans le futur)
Programme Cycle 4 :
- Décrire la constitution et les états de la matière
- Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d’énergie
Source : Les enjeux de la chimie dans la production d'électricité. Et demain, quelles énergies ?, D’après l’article Les enjeux de la chimie dans la production d’électricité de Jean-Pierre West publié dans l’ouvrage « Chimie et enjeux énergétiques », EDP Sciences, 2013, ISBN : 978-2-7598-0973-8
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Comment fabrique-t-on du savon ?
Rubrique(s) : Question du mois
On a trouvé des textes décrivant l’obtention de savon datant de – 3000 av. J.-C., mais son usage existe probablement depuis la préhistoire. Le mot sapo en gaulois a donné en français le mot savon.
Le savon à travers les siècles
À travers les siècles le mode de fabrication a toujours utilisé deux substances :
- un corps gras, une graisse animale (de bœuf, de mouton, de cochon ou de sanglier…) ou une huile végétale (d’olive, d’arachide, de coprah, de palme...)
- une base alcaline, présente dans les cendres issues de combustion de plantes ou de bois. Le produit basique présent dans les cendres est un carbonate de sodium ou de potassium (Na2CO3 ou K2CO3).
Pendant des siècles la fabrication est restée artisanale, avec les matières premières régionales aussi bien pour le corps gras que pour les cendres.
En 1823, le chimiste français Eugène Chevreul comprend la réaction qui se passe quand on chauffe ensemble la graisse et la base pour former le savon. Cette réaction est appelée saponification. Il identifie aussi la nature ionique des entités constituant les savons.
Quels sont les constituants des corps gras ?
Les corps gras sont des triesters naturels du glycérol appelés aussi triglycérides.
Ils sont formés à partir de glycérol de formule HOH2C-CHOH-CH2OH (
) et d’acides dits « gras », RCOOH, où R est une très longue chaîne carbonée H3C-(CH2)n-, (n pouvant aller de 3 à 35 ) (1).
Par exemple le triester de l’acide palmitique a pour formule 
La réaction de saponification
La réaction de saponification est réalisée de nos jours à l’échelle industrielle en chauffant des corps gras en présence de soude NaOH ou de potasse KOH. On obtient des ions carboxylates à longues chaînes carbonées (2).
Avec la soude on obtient des carboxylates de sodium donnant des savons durs et avec la potasse des carboxylates de potassium donnant des savons mous ou liquides.
On trouve dans le commerce un très grand choix de savons, du fait d’une très grande variété de matières premières parmi les corps gras naturels. Ainsi, il peut y avoir autant de savons « à l’huile d’olive » qu’il y a de variétés d’huiles d’olive !
Historiquement, une teneur de 72 % en masse d’acides gras était garantie dans le savon de Marseille traditionnel, uniquement préparé à partir d'huile d'olive.
Le rôle du savon
Dans l’ion carboxylate l’extrémité de la chaîne COO- est hydrophile (qui aime l’eau) et la longue chaîne R est lipophile (qui aime la graisse). Ces deux propriétés simultanées permettent d’ôter la graisse d’un vêtement, de la peau ou de tout objet et de l’entrainer avec l’eau(3).
En cette période propice aux virus, respectez les consignes de lavage des mains préconisées par « Santé publique France ». Le lavage des mains au savon permet par la friction et la formation de mousse de déloger la saleté et les virus, puis de les évacuer avec le rinçage. Mais le savon ne tue pas les virus ni les bactéries.
Françoise Brénon et l'équipe Question du mois de Mediachimie
(1) Les triglycérides ont pour formule générale
CH2-O-CO-R1 où R1, R2 et R3 sont des longues chaînes carbonées qui peuvent différer.
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CH-O-CO-R2
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CH2-O-CO-R3
(2) Par exemple, pour un corps gras avec la même chaîne R, la réaction de saponification a pour bilan
Le carboxylate de sodium a pour formule RCOO –, Na+
Le carboxylate de potassium a pour formule RCOO –, K+
(3) Schématiquement la molécule ionique de savon est représentée ainsi :
La tache de graisse va être emprisonnée par les queues lipophiles des molécules qui s’organisent autour d’elle en sphère, les parties hydrophiles étant en contact avec l’eau. L’ensemble est appelé une micelle.
Exemple d’une goutte d’huile piégée
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La phytoremédiation des métaux lourds
Rubrique(s) : Zoom sur...
Certaines activités industrielles peuvent créer des pollutions de sols avec des éléments métalliques (ETM - Éléments Traces Métalliques). La phytoremédiation consiste à dépolluer les sols en utilisant des plantes susceptibles de fixer les métaux lourds, de survivre et aussi de se reproduire dans ces conditions a priori hostiles. Elle permet aussi de re-végétaliser des terrains.
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Et si le cobalt manquait... quel serait l'avenir des voitures électriques ?
Rubrique(s) : Éditorial
La récente décision du régime de Kinshasa (RDC, république démocratique du Congo) de taxer les volumes d’extraction du cobalt (1) des sociétés minières non à 2 % mais à 10 % considérant que ce métal devient stratégique n’est pas sans incidence sur notre consommation. Le cobalt et ses sels sont utilisés pour les alliages spéciaux, les carbures des outils de coupe, les catalyseurs, les aimants (2) mais surtout en 2017 à plus de 50 % pour les batteries ion–lithium, alors que cette utilisation ne représentait que 10 % en 2010. Les milliards de smartphones, nos outils électroniques nomades et les gigantesques objectifs de véhicules électriques en sont responsables. En effet dans tous ces objets ou automobiles le fonctionnement électrique est assuré par des batteries stockant l’énergie qui sont majoritairement des batteries ion–lithium (3).
Dans ces systèmes électrochimiques (4), lors de la décharge le lithium perd un électron qui produit le courant dans le circuit extérieur, l’ion Li+ migre alors à travers l’électrolyte et s’intercale dans la cathode constituée de feuillets de LiCoO2 .C’est dire qu’à côté du lithium il y a dans chaque batterie une quantité non négligeable de cobalt. On estime que par kWh il faut environ 600 à 800 g de Li2CO3 et de l’ordre de 180 à 230 g de cobalt. Cette quantité peut baisser si on utilise des batteries de type Li(CoNi)O2 ou Li (MnCo)O2 ou encore Li(CoMnAl)O2 (5) et passer par exemple de 60 % à 20 % de la masse en sacrifiant un peu sur la charge maximum.
Même si la capacité massique des batteries a doublé en dix ans et si le prix du Kwh va être divisé par deux en cinq ans d’ici 2023, la demande des constructeurs automobiles devient très pressante (6). Des marques comme Tesla ou Volkswagen annoncent pour les millions de voitures à produire des besoins annuels de 100 GWh et 200 GWh respectivement après 2020, ce qui représenterait au total de l’ordre de 69 000 tonnes de cobalt à cette échéance, soit près de 70 % de la production mondiale 2016 ! La multiplication des « gigafactories » de piles électriques (7) devrait permettre à l'horizon 2020 de produire en un an plus de batteries que la production mondiale totale jusqu'en 2014 !
Pour faire face à cet emballement les grands constructeurs veulent assurer leurs approvisionnements et passent de méga contrats avec (Contemporary Amperex Technology), LG Chem, BYD Auto, Samsung… La Chine rachète à Glencore la mine de Tenke Fungurume en RDC pour plus de 2 milliards US $. Dans la foulée le cours du cobalt flambe, de 40 000$/t en 2017 il atteint 87 000 $/t au printemps 2018, et pourtant la production qui était de 62 000 tonnes en 2013 a presque doublé en 2017. C’est la RDC qui domine le marché avec une production de 64 000 tonnes en 2017 suivie dans l’ordre par la Chine, le Canada, la Russie…
La France, grâce à la Nouvelle-Calédonie, est dans le top 10 avec 3 500 tonnes.Cette position dominante de la République démocratique du Congo est assez critique. En dehors des conditions quasi esclavagistes de l’extraction minière, la situation politique du régime de Kinshasa, aux prises avec des rebelles, fait craindre, avec la mainmise de la Chine sur les approvisionnements, une situation de pénurie. Les prévisionnistes tablent sur une augmentation de la demande de 1930 %. Les électrochimistes (8) peuvent cependant dégonfler cette « bulle » avec de nouveaux systèmes, Li-FePO4, Na-ion, Zn-air, Na-S … qui n’exigent plus de cobalt mais ne sont pas encore sur le marché pour l’immédiat.
Jean-Claude Bernier
Mars 2018
Pour en savoir plus
(1) Le cobalt (produit du jour SCF)
(2) Les matériaux stratégiques pour l’énergie
(3) Meilleurs matériaux pour batteries à ions-Li. L’approche déductive et inductive de la chimie (video-conférence)
(4) Stocker l’énergie pour communiquer (Chimie et… junior)
(5) Lithium–ion : de nouvelles batteries antiaériennes ?
(6) Stockage de l’électricité : élément clé pour le déploiement des énergies renouvelables et du véhicule électrique
(7) Elon Musk au secours des énergies renouvelables
(8) Les accumulateurs électrochimiques pour les transports : Li-ion et nouvelles chimies
Colloque Chimie et Biologie de Synthèse - les vidéos sont en ligne !
Rubrique(s) : Événements
Le colloque " Chimie et Biologie de Synthèse " a eu lieu le 14 février 2018. Il a réuni près de 1000 participants. Retrouvez dès maintenant l'intégralité du colloque en vidéo.
Guyton de Morveau (1737-1816), avocat de Dijon, se passionnait pour la chimie. Il fut l’un des premiers convaincus de la justesse des théories de Lavoisier et l’un des fondateurs de l’École polytechnique. Il est l’auteur d’un Traité des moyens de désinfecter l’air.
En 1773, dit-il, l’hiver avait été si rigoureux que la terre était gelée à une grande profondeur, de sorte qu’on ne pouvait y creuser les tombes. Les cadavres, recouverts de chaux, furent entreposés dans les caves de l’église Saint-Médard. L’odeur devint bientôt si insupportable qu’il fallut fermer l’église. On avait en vain essayé des fumigations de vinaigre et allumé des brasiers sur lesquels on jetait différents parfums et des herbes odorantes. On sait aujourd’hui que l’odeur de cadavre est due à différentes amines volatiles, issues du catabolisme des protéines, prosaïquement dénommées cadavérine, putrescine, etc. Ayant remarqué que les vapeurs de chlorure d’hydrogène (HCl) et d’ammoniac (NH3) se combinent en chlorure d’ammonium, solide ionique inodore, Guyton en fit l’essai en grand le 6 mars. Du sel commun fut ajouté à de l’acide sulfurique concentré dans une grande cloche de verre renversée. La cloche fut placée sur un bain de cendres froides progressivement chauffées par un grand réchaud. Le chlorure d’hydrogène qui s’en dégageait se combinait avec les amines nauséabondes volatiles en composés solides. Le lendemain, après avoir aéré pour renouveler l’air, toute mauvaise odeur avait disparu. Quatre jours après l’église fut rendue au culte, selon lui, « sans danger et même sans inquiétude ».
Le procédé fut appliqué pour désinfecter l’air des hôpitaux militaires sous la Convention, le Directoire et le Premier Empire. Les destructeurs d’odeurs modernes visent toujours à limiter la diffusion des molécules malodorantes par transformation chimique (oxydation ou hydrogénation des huiles), adsorption (charbon actif) et encapsulation, par exemple.
cadaverine
En savoir plus :
- Quelques rencontres historiques entre la chimie et les sciences de la santé, Josette Fournier, L’Actualité chimique (janvier 2004) pp. 9-18
- Traité des moyens de désinfecter l’air, de prévenir la contagion et d’en arrêter les progrès, Guyton de Morveau
Au début du XIXe siècle, les chimistes se voient submergés par le nombre de nouvelles matières organiques qu’ils entreprennent de mieux connaitre. L’analyse progresse en particulier grâce à Gay-Lussac et Thenard, Berzelius et au tube à cinq boules que Liebig ne va pas tarder à mettre au point.
Provenant d’organismes vivants – les autres étaient dites inorganiques – ces matières étaient réputées ne pas pouvoir être préparées en laboratoire car elles requéraient, pour leur formation, le concours d’une force, d’un élan, spécifique du vivant : la force vitale.
En 1828, Friedrich Wöhler réalise la « synthèse » de l’urée, saluée par tous comme marquant un tournant décisif pour la science. Il a préparé ce que seule la nature (animale) avait jusqu’alors pu produire. Les matières issues du vivant sont donc régies par les mêmes lois, connues, de la chimie minérale et l’homme (le chimiste) devient une sorte de démiurge des temps modernes. Tel est du moins le point de vue de Bertelot.
Wöhler est tout à fait ravi d’avoir préparé cette substance, synthèse partielle à partir de composés dont il ne donne pas la provenance (isocyanate d’argent et sel d’ammoniac, ou isocyanate de plomb et ammonique liquide). Il n’en revient pas d’avoir préparé une substance artificielle qui a en tout point les propriétés de l’urée tellement étudiée par Proust et d’autres.
Voici comment Wôhler en parle à son ami Berzelius, dans sa lettre du 22 février 1828 : « Je devrais recevoir bientôt une lettre de toi, mais comment attendre davantage ? Je ne peux, pour ainsi dire pas retenir mes eaux chimiques… il me faut te le dire : je peux faire de l’urée sans avoir besoin de reins, qu’il soient d’animal, d’homme ou de chien. Le cyanate d’ammonium est de l’urée… »
Berzelius lui répond le 7 mars : « A la vérité, Herr Doktor a trouvé l’art d’accéder à l’immortalité. L’aluminium et l’urée artificielle, voilà deux choses tout à fait différentes et qui se suivent de si près ! Ce seront deux pierres précieuses enchâssées dans votre couronne de laurier. Et… si par hasard l’urée artificielle venait à manquer ? On pourra alors recourir au pot de chambre ! »
Le nom de Liebig est connu de tous, et même en France. Un chimiste, allemand, connu de tous ? C’est que la soupe Liebig existe toujours. Tout supermarché la vend. En fait, il s’agissait, à l’époque, d’extrait de viande.
La petite histoire raconte que Justus Liebig (1803-1873) avait un ami dont la petite fille ne mangeait plus et dépérissait à vue d’œil. Liebig, célèbre réformateur de la chimie organique moderne et fondateur de la chimie agricole, lui fit préparer un bouillon de viande très riche que la fillette accepta de prendre à petites doses. Elle recouvra la santé.
Il n’empêche. C’est le désir de lutter contre le gaspillage qui a animé nos premiers écolo-chimistes, qu’ils inventent des fosses à fumier, pour limiter la déperdition du pouvoir fertilisant des fumiers de ferme (Boussingault), ou qu’ils songent aux extraits de viande. En effet, dans les années 1860, les bœufs du Brésil et d’Uruguay étaient abattus pour leur seul cuir ! Une dizaine d’années plus tôt, Liebig, dans ses Lettres sur la Chimie, avait consacré de longues pages à vanter les qualités de l’extrait de viande qui réparerait bien mieux les forces épuisées des malades que ces bouillons d’os que l’on donne dans les hospices, à l’Hôtel-Dieu en particulier. « Des os de quatre bœufs, on pourrait réellement en créer un cinquième », disait d’Arcet, l’industriel qui construisait et installait les appareils extracteurs dans les grands établissements philanthropiques parisiens. Liebig avait combattu les tenants de la gélatine, qui n’a aucune valeur nutritive, et la controverse entre les plus grands chimistes de l’époque, sous la présidence de Magendie, avait occupé l’Académie des Sciences des dizaines d’années durant.
Giebert, qui s’occupait au départ de la construction de voies ferrées dans ces pays d’Amérique du Sud, fonde donc, avec l’accord de Liebig, la société Fray Bentos Giebert et Cie, qui prépare à partir de 1864 le fameux extrait de viande : une tonne de viande de bœuf donne vingt-cinq kilos d’extrait.
Giebert attribua à Liebig la fonction de Directeur de la société avec un revenu de 1000 livres par an, et une rétribution de 5000 Livres à condition que la société prenne le nom de Liebig ; sa gloire et son renom permettant de se placer sur le marché financier de Londres et de devenir la Liebig Extract of Meat Company.
En savoir plus
- La chimie du XVIIe au XIXe siècle à travers la vie de quatre chimistes, au sujet de De Nicolas Lemery à Adolphe Wurtz : Sur quelques ouvrages d’histoire de la chimie, Danièle Fauque, Revue d’histoire des sciences, Vol. 57, n°2 (2004) pp. 493-508
- La science et la technologie de l'alimentation vues par la chimie du bouillon, Hervé This