Le bois fait partie de la biomasse renouvelable qui constitue en France un stock supérieur à 71 millions de m3. La combustion du bois s’opère en trois phases : la vaporisation, la pyrolyse et l’oxydation du carbone. Les réactions sont données ainsi que le pouvoir calorifique PCS ou PCI qui est de l’ordre de 5 kWh/kg. La rentabilité énergétique dépend du foyer et du mode de combustion. En milieu urbain, la forte contribution à la pollution de l’air est surtout due aux microparticules issues des foyers ouverts. Les inserts et chaudières à bois moderne labélisées par l’ADEME sont recommandés.
Source : L’Actualité chimique n° 393-394 (février-mars 2015) pp. 7-8
La chute du prix du baril de pétrole en 2015 est examinée en analysant ses conséquences, plutôt intéressantes pour les particuliers et industries énergivores, catastrophiques pour les pays producteurs et industries pétrolières.
La question de savoir si cette baisse va « tuer » les énergies renouvelables en abaissant le prix du kWh thermique est posée. La baisse concomitante du prix des matières premières telles le silicium et le cuivre et la diminution du coût des investissements de l’éolien et du solaire incitent à plutôt dire non. Il faut aussi rappeler que l’énergie décarbonée permet au moins l’économie des ressources fossiles.
Source : L’Actualité chimique n° 402 (décembre 2012) pp. 4-5
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Exemple d’utilisation du site Mediachimie en classe
Rubrique(s) : Événements
Lors d'une séance en classe de seconde en enseignement d'exploration « sciences et laboratoire », M. François Bourliot, professeur de physique-chimie au lycée Pierre Gilles de Gennes - ENCPB, utilise le site Mediachimie pour accompagner l’exploitation d’un TP.
À cette occasion, Mme Françoise Brénon, professeure de chimie et membre du comité éditorial de Mediachimie, présente ce site à l’aide d’exemples. Au cours de cette séance, deux vidéos ont été réalisées par le service vidéo de l’académie de Paris :
- une version courte (7 min) consacrée à la présentation de Mediachimie et dans laquelle M. François Bourliot explique pourquoi et comment il l'utilise dans son cours ;
- une version longue (14 min) inclut l’intégralité de la version courte et permet également de suivre une partie de la classe dans exploitation d'un TP d'exploration portant sur l’oxydo-réduction, avec l'utilisation de Mediachimie.
Le texte passe en revue l’histoire de ce métal, objet de toutes les convoitises depuis l’antiquité. On rappelle la course des alchimistes à la recherche de la pierre philosophale et l’origine historique des monnaies et tributs. La production minière actuelle de l’ordre de 2 500 tonnes par an auxquelles s’ajoutent environ 1000 tonnes issues du recyclage.
Très électronégatif, il est quasi inerte chimiquement ; son usage dans la bijouterie et l’électronique est complété en chimie par les propriétés catalytiques des nano particules d’or. Son utilisation essentielle est la valeur refuge bancaire et la référence aux valeurs des monnaies nationales. Quelques paragraphes exposent les variations de son cours boursier et quelques avis ou anecdotes historiques.
Source : L’Actualité chimique n° 369 (décembre 2012) p. 5
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Les peroxydes organiques et l’ouragan Harvey
Rubrique(s) : Éditorial
L’ouragan Harvey a ravagé la semaine dernière la côte est du Texas aux États-Unis. Il a fait au moins 33 victimes et il a aussi inondé une zone fortement industrielle près de Houston. C’est là que plusieurs sites de pétrochimie comme les raffineries ont dû s’arrêter noyées par les eaux mais des plateformes chimiques ont aussi souffert. C’est le cas de l’usine ARKEMA de Crosby au nord-est de Houston où plusieurs explosions suivies de dégagements de fumées ont été observées jeudi 31 août et vendredi 1er septembre. Les responsables de la filière américaine du groupe nous informent d’une situation jamais vécue, où 1,80 mètre d’eau dans l’usine ont fait sauter les alimentations électriques d’urgence et de secours. En conséquence les conteneurs de peroxydes organiques n’étaient plus réfrigérés et ont brûlé.
Qu’est-ce qu’un peroxyde organique ? Les peroxydes organiques sont des substances organiques liquides ou solides qui contiennent la structure bivalente -O-O- et qui, en tant que telles, sont considérées comme des dérivés du peroxyde d’hydrogène dans lesquels un ou les deux atomes d’hydrogène ont été substitués par des radicaux organiques. Ils dérivent presque tous d’une formule
et ils sont caractérisés par des doubles liaisons C=O et des ponts d’oxygènes greffés entre des radicaux carbonés. L’un des plus simples est le peroxyde d’hydrogène H-O-O-H ou eau oxygénée (1), antiseptique et comburant dans les fusées, mais aussi agent de synthèse oxydant en chimie organique. Les peroxydes sont utilisés en pharmacochimie (2) et aussi comme plastifiants (3), dans la fabrication des plastiques et des composites fibreux (4). Il y a plus de dix types de peroxydes organiques, citons le peroxyde de dibenzoyle utilisé comme agent thérapeutique contre l’acné et agent de blanchiment comme le peroxyde de lauroyle dans l’industrie alimentaire (5). D’autres peroxydes comme ceux des carbonates, de cétones et d’esters sont utilisés dans les polymères et diverses industries y compris cosmétiques (6), où l’on a besoin d’un réactif d’oxydation.
Ce sont des composés à la fois oxydants et comburants et donc instables car ils réunissent dans un même composé du carbone et de l’hydrogène (comburants) qui ne demandent qu’à réagir avec l’oxygène (oxydant) pour donner du CO2 et H2O. Ils se décomposent facilement sous l’action de la chaleur. La montée en température au-dessus de la « température de décomposition accélérée » (SADT en anglais) entraine une décomposition exothermique avec possibilité d’auto-accélération et auto-combustion d’où explosion (7).
C’est pourquoi on les stocke dans des containers refroidis où la température doit rester en général au-dessous de 20 °C. La panne d’alimentation électrique a provoqué la décomposition et la combustion des containers sur le site de Crosby, malgré toutes les précautions prise par les services de l’usine en doublant les circuits de réfrigération (8). La direction locale d’ARKEMA a décidé de déclencher l’incendie des produits restants en accord et liaison avec le « Chemical Safety Board », l’agence fédérale de sûreté chimique afin de mettre en sécurité le site (9).
Jean-Claude Bernier
Septembre 2017
Quelques ressources pour en savoir plus :
1) Découverte du peroxyde d’hydrogène (eau oxygénée)
2) Le vieillissement cutané : prévention et réparation
3) L’analyse des peintures automobiles
4) Matériaux composites à matrice polymère
5) Alimentation : les différentes facettes de la qualité
6) La chimie au cœur de l’innovation en parfumerie-cosmétique : le contexte économique et réglementaire et les défis de la recherche
7) Une enquête explosive
8) Apport de REACH dans l’amélioration de la connaissance des dangers des substances pour Arkema
9) Du produit aux installations : apport des sciences chimiques pour renforcer la sécurité
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La Chimie, l’Énergie et le Climat de la collection Chimie et junior est paru
Rubrique(s) : Événements
Le volume 4 de la collection Chimie et... Junior est paru.
L’avenir de la planète dépend de l’évolution du climat et des sources d’énergie utilisées et utilisables dans le futur. Comprendre les problèmes à résoudre pour faire les choix et les efforts nécessaires concerne tous les habitants de la Terre pour longtemps.
Dans le domaine du climat comme dans celui de l’énergie, les chimistes sont au service de la transition énergétique à travers de nombreux métiers qui se développent et se diversifient. Les fiches professionnelles permettent de mieux les connaître.
Enfin avec le coin des jeux testez en famille les connaissances en chimie et en mathématique dans ce domaine.
En savoir plus et commander l'ouvrage "La Chimie, l’Énergie et le Climat"
La collection Chimie et... Junior a pour objectifs :
- d’illustrer par des exemples issus de récents résultats de la recherche académique et industriel, le programme du cycle 4 des collèges ;
- de faire agréablement découvrir aux collégiens et aux lycéens, l’importance des sciences de la chimie dans la vie quotidienne, notamment dans les domaines porteurs, afin de les aider à choisir leur orientation et à préparer leur avenir professionnel.
Les étapes du progrès des connaissances apparaissent très nettement en cristallographie.
Dès l’Antiquité les formes des cristaux suscitaient l’admiration. Mais c’est entre 1750 à 1850 que l’on trouve l’origine de la cristallographie géométrique avec la découverte de la loi des constantes d’angles entre les faces d’un cristal quels que soient son développement et les considérations de symétrie avec les 32 classes de symétrie réparties en 7 systèmes cristallins. C’est après la découverte des rayons X que l’on a mis en évidence les données relatives aux familles des plans réticulaires. L’aspect théorique a été introduit avec la notion du facteur de structure Fhkl : ce dernier a permis la compréhension structurale des polyèdres de coordination et des liaisons cristallines. Les cristaux organiques et biologiques ont pu être abordés avec l’introduction des grands instruments de mesure !
Source : L'Actualité chimique n° 387-388-389 (juil.-août-sept.-oct. 2014) p 29-40
La mise en place de catalyseurs innovants et efficaces nécessite une modélisation par la chimie théorique. La méthode de la théorie de la fonctionnelle de densité permet alors d’aborder des systèmes assez « grands » tels que des systèmes de plus de 1000 atomes et est la méthode de choix pour l’étude théorique des catalyseurs hétérogènes et de la réactivité catalytique. Il faut mettre au point des chemins de réaction.
La sélectivité de l’hydrogénation du butadiène sur le platine pour conduire exclusivement au butène et le profil des réactions sont proposés : l’étape clé est la deuxième hydrogénation du butadiène ! Ainsi le platine ne donne que 70 % de monosélectivité, alors que l’alliage Pt-Sn conduit alors à la monohydrogénation exclusive !!
Source : L'Actualité chimique n° 382-383 (février-mars 2014) pp. 78-82
Des applications industrielles nombreuses sont présentées ici : traitement des sols, fertilisation des sols, purification de l’air, épuration des eaux, production d’énergie, préparations de réactifs.
Ainsi une souche de pénicillium permet d’obtenir de l’acide citrique à partir du saccharose contenu dans des mélasses pour une production mondiale estimée à près de 2Mt par an ! In tableau synthétique présente les avantages des procédés biotechnologiques : investissement assez faibles en raison des températures requises 20-40°C assez basses, simplicité des équipements, faible consommation d’énergie. Les inconvénients sont liés au manque de flexibilité et aux coûts liés au tri par exemple des déchets des ordures ménagères.
Source : L'Actualité chimique n° 375-376 (juin-juil.-août 2013) pp. 65-67
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Elon Musk au secours des énergies renouvelables
Rubrique(s) : Éditorial
Le point faible de l’électricité produite par les éoliennes ou les panneaux photovoltaïques (1), c’est l’intermittence. Les media nous ont habitués aux abus de langages « la puissance de ce parc photovoltaïque ou de cette ferme d’éoliennes permet d’alimenter une ville de 50 000 habitants » … Et bien non ! Que feront ces malheureux la nuit ou les jours nuageux et sans vent, privés de chauffage, d’éclairage, de téléphone et d’ascenseur ? Se pose donc le problème de stocker l’électricité (2) non pas à l’échelle de quelques watts pour votre smartphone mais à quelques centaines de mégawatts pendant au moins 24 heures.
Elon Musk, le médiatique président de TESLA, a saisi l’opportunité qui se présente en Australie-Méridionale, frappée de black-out répétitifs dus à l’arrêt de centrales au charbon, à l’excès de renouvelables et à la désorganisation de son réseau par des pluies diluviennes (3). Les industries du sud de l’Australie, et en particulier les zones portuaires d’Adélaïde et de Perth, réclament à cor et à cri la construction d’une centrale thermique à gaz pour les alimenter. Suite à un appel d’offre du gouvernement méridional, Elan Musk leur propose d’installer un stockage de 100 MW (129 MWh) à Jamestown près du parc éolien de Hornsdale géré par le français Neoen (4), utilisant sa technique Powerpack, composée de 788 armoires comportant chacune 16 batteries lithium-ion (5) avec leurs composants électroniques de charge/décharge et onduleurs programmés. Il propose au Premier ministre du gouvernement de le lui livrer en 3 mois, d’ici décembre 2017, au prix de 250 $ le KWh (ce qui fait tout de même 33 millions de $) et gratuitement s’il ne tient pas les délais ! On connaissait déjà ses batteries Powerwall de Tesla pour les particuliers désireux d’autoconsommer leur électricité solaire de 6 à 14 KWh mais là, il franchit un sacré palier. Il ne craint pas de dire que c’est la plus importante unité de stockage en batteries au monde ; ce n’est pas tout à fait exact car le chinois Rongke Power et l’américain UET construisent près de Dalian en Chine un ensemble de batterie flux vanadium (redox) d’une capacité de 200 MW (6). En dehors de la performance technologique, on peut réfléchir au prix fourni en prenant une durée de vie de 3 ans et 1000 cycles décharges/recharges qui met le prix à 0,25 € du KWh stocké. L’investissement pour un terawatt-heure (TWh) serait suivant cette technologie de 250.109 soit 230 milliards d’euros de 250.109 dollars, soit 230 milliards d’euros, et immobiliserait 300 000 tonnes de lithium. Calculez combien il faudrait pour stocker la moitié de la production photovoltaïque française, 4,5 TWh. C’est sûr, même en baissant les prix et en améliorant la durée de vie ce n’est pas encore la solution (7).
Jean-Claude Bernier
Août 2017
Quelques ressources pour en savoir plus :
(1) Un exemple d’énergie renouvelable : les panneaux solaires photovoltaïques
(2) Matériaux pour conversion et stockage de l’énergie : avancées et challenges
(3) Le challenge de l’électricité verte
(4) Stockage de l’électricité : élément clé pour le déploiement des énergies renouvelables et du véhicule électrique
(5) Piles à combustible et batteries au lithium
(6) Les enjeux de la chimie dans la production d’électricité
(7) L’hydrogène qui valorise les énergies renouvelables (vidéo 7:36)