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Vendée Globe 2020 : un peu de chimie, un peu de folie
Rubrique(s) : Éditorial
C’est le dimanche 8 novembre que sont partis des Sables d’Olonne les 33 voiliers du Vendée Globe 2020. Comme précédemment on s’attend à ce que le record de 2016 (1) soit battu compte tenu des innovations et nouveaux matériaux appliqués à ces voiliers IMOCA de 18 mètres préparés pour la course autour du monde depuis plusieurs années. Ce sont en effet des vitrines de technologie : mâts et coques en fibres de carbone, accastillages en titane, voiles en Kevlar ou fibres de carbone tissées, informatique et caméras embarquées du dernier cri. Mais cette année l’innovation la plus importante est sans doute la quasi-généralisation des « foils » (2).
Alors que dans la précédente édition 7 bateaux étaient pourvus de foils, cette année c’est plus de la moitié de la flottille, 19 navires sur 33, qui portent ces impressionnantes moustaches. De plus elles ont grandi. En 2016 les foils mesuraient 2 à 3 mètres, en 2020 ils font de 5 à 6 mètres. Conçus sur le même principe que les ailes d’avion, leur profil permet, lorsque plongés dans l’eau avec une certaine vitesse, de soulever la coque et donc de réduire les frottements et la prise au vent et ainsi gagner 20 à 30% en vitesse pure. Ces foils sont maintenant fabriqués par plusieurs entreprises du Morbihan. Ils sont en fibres de carbone entremêlées en 3D imprégnées de polyester (3). Un moule spécial en mousse reçoit les différentes couches de drapages sur plusieurs centimètres d’épaisseur. Après démoulage la cuisson permet de polymériser la résine (4) et donne la forme rigide du foil. Bien que légers les foils doivent cependant être très résistants car en plus des forces aérodynamiques ils supportent le poids du voilier qui se soulève et qui fait en tout 7 à 8 tonnes. Les cabinets d’études et les entreprises bretonnes ont dû repenser l’architecture des bateaux en fonction de ces foils et de leurs puits qui vont donner des allures inédites à ces « Imoca » de folie. Parallèlement c’est toute une industrie de R&D et de PME innovantes qui font de la Bretagne une vitrine des matériaux composites (5) de hautes performances qui est maintenant sollicitée pour des projets de navires de haute mer (6).
Il y a aussi cette année des originalités marquantes. Le skipper Sébastien Destremau sur son bateau « Merci » dans un souci écologique s’est équipé d’une « casquette » en carton. Dans le jargon nautique la « casquette » n’a rien d’un couvre-chef, c’est une pièce à l’arrière du bateau qui sert à protéger le barreur des embruns et du vent glacial. C’est la société DS Smith de Loire-Atlantique spécialisée dans les emballages recyclés qui a fourni 100 m2 de carton ondulé. Et c’est Stéphane Munoz « sculpteur cartonniste », créateur de meubles en papier rigide, qui a fabriqué la pièce de 3,6 m de longueur jusqu’à la veille du départ et qui a reçu un glaçage avec une résine époxy sans solvant. La casquette gardera-t-elle son imperméabilité lors du voyage ? Le skipper est engagé dans une démarche de réduction de son empreinte carbone (7) et il ne vise pas une place parmi les premiers de cette édition 2020.
Un autre bateau, l’Imoca « Newrest – Arts & Fenêtres » avec son skipper Fabrice Amedeo, mène aussi une démarche écologique. Il veut, avec trois laboratoires de l’IFREMER, de l’université de Bordeaux et de l’IRD, profiter de son périple dans des zones océaniques peu explorées pour recueillir et analyser les microplastiques. On sait qu’avec la dispersion des matières plastiques, on trouve dans les océans des milliards de billes de plastique de tailles comprises entre 300 et 50 microns qui suscitent des inquiétudes pour l’équilibre marin et des menaces pour la vie des poissons. Le bateau est équipé d’un capteur disposant de trois filtres de calibres différents. Le skipper devra changer les filtres toutes les 24 heures en notant sa position et recueillir les boites à filtres pour les analyses chimiques (8) ultérieures (polystyrène, polyéthylène, polyamide…) qui doivent permettre d’établir une cartographie de ces microplastiques dans les océans. Fabrice Amedeo ne vise pas le record de 74 jours : il emporte avec lui 85 jeux de filtres pour 85 jours en mer.
Cela rappelle l’aventure et le projet « Plastic Odyssey » lancés en 2018 par deux jeunes ingénieurs dont l’ambition est de faire marcher un navire avec les déchets plastiques trouvés sur les plages les plus polluées d’Afrique et d’Asie. Après une maquette de démonstration, ils ont acquis avec l’aide de nombreux sponsors et ONG un vieux navire océanographique le « Victor Hansen » qu’ils sont en train d’aménager avec un réacteur de pyrolyse à 400°C qui va dépolymériser ces déchets et les recycler sous forme d’une huile lourde récupérée par distillation, pouvant alimenter les moteurs de leur navire. Après avoir été bloqué plusieurs mois à Boulogne pour cause de désamiantage, le rétrofit est en cours. Ils pensent partir en 2021 pour un tour du monde avec multi-escales pédagogiques pour démontrer les possibilités du recyclage chimique des plastiques dont l’Europe et le monde auraient bien besoin.
Jean-Claude Bernier
Novembre 2020
Pour en savoir plus :
(1) Moins de 80 jours grâce à la chimie ?
(2) La chimie, une histoire de foils
(3) Les chimistes dans l’aventure des nouveaux matériaux
(4) Les polymères, ce qu’il faut savoir ! (vidéo)
(5) Les matériaux composites dans le sport
(6) Chimie et construction navale
(7) Papiers/cartons : les bons élèves du recyclage et du bilan carbone
(8) Techniques analytiques et chimie de l’environnement
Crédit photo : IMOCA Merci © Sébastien Destremau
La nature est une source importante de molécules bioactives pour traiter différentes maladies. Parmi celles issues (et dérivées) de la nature, prenons comme exemple la morphine, le Taxotère® et l’herbimycine A. Le chimiste a un rôle à jouer dans l’identification, l’extraction et la synthèse en grande quantité de ces molécules. Face aux maladies cancéreuses, le chimiste doit renouveler d’ingéniosité. Il utilise aujourd’hui des molécules naturelles qu’il associe à des anticorps (immunoconjugué) et il utilise des nouvelles techniques de vectorisation comme la microfluidique qui est la science de la manipulation des fluides à l’échelle micrométrique.
Partie des programmes associée :
- Programme de spécialité physique-chimie de terminale générale : Partie 4 – Élaborer des stratégies en synthèse organique
- Programme de spécialité physique-chimie de première générale : Partie 2.B – De la structure des entités à la cohésion et à la solubilité/miscibilité d’espèces chimiques
Agir pour respecter l’environnement ! Estimer si un système chimique est à l’équilibre ou non et prévoir dans quel sens il évoluera le cas échéant, permet d’appréhender des procédés industriels ou des méthodes d’analyse plus respectueux de l’environnement. Ainsi, il est possible d’élaborer des protocoles pour recycler les métaux contenus dans les effluents issus des traitements du cuir par exemple, en établissant une gamme de pH des précipitations sélectives des hydroxydes.
Terminale - STL
Objectifs : Identifier si un système est à l’équilibre ou non, notamment dans le cas des réactions de précipitation.
Déterminer une gamme de pH de précipitation sélective pour un mélange d’hydroxydes.
Réaliser et exploiter un titrage par la méthode de Charpentier-Volhard, un titrage indirect dont la réaction support est une réaction de précipitation, l’équivalence étant repérée par changement de couleur.
Chimie et développement durable / Composition des systèmes chimiques
Notions et contenus : Quotient de réaction ; constante d’équilibre de solubilité ; sens d’évolution spontanée d’un système ; solubilité et solution saturée ; précipitation sélective des hydroxydes en fonction du pH ; titrage indirect.
Source : Dossier pédagogique réalisé par les Éditions Nathan en partenariat avec La Fondation de la Maison de la Chimie et Mediachimie
L’acidité est un paramètre sensoriel très important du vin. Un vin à l’acidité trop faible ressortira plat et terne en bouche. À l’inverse, une acidité trop élevée conduira à un vin trop acidulé, agressif, voire aigre. La maîtrise et le suivi de son pH sont donc très importants. Quels sont les principaux acides du raisin ? Que se passe-t-il lors de la transformation en vin ?
Terminale - Spécialité PC
Objectifs : Anticiper l’évolution du pH en fonction de l’évolution de la quantité d’acide dans une solution.
Mettre en évidence la pertinence des pKa lorsque l’on veut comparer la force de deux acides.
Constitution et transformation de la matière
Thème : Déterminer la composition d’un système par des méthodes physiques et chimiques – Prévoir l’état final d’un système, siège d’une transformation chimique.
Partie : Analyser un système chimique par des méthodes physiques – Comparer la force des acides et des bases.
Notions et contenus : Relation pH = - log ([H3O+]/co)
Évolution du pH en fonction de la quantité d’acide dans une solution.
Connaître le caractère total d’une réaction.
Savoir utiliser un tableur grapheur.
Relation pH = pKa + log ([A-]/[AH]) ; savoir exploiter la relation précédente pour déterminer le pKa d’un couple ; comparaison de la force des acides en fonction du pKa.
Source : Dossier pédagogique réalisé par les Éditions Nathan en partenariat avec La Fondation de la Maison de la Chimie et Mediachimie
Les élèves réalisent des expérimentations pour comprendre la manière dont les savons et les solutions hydroalcooliques permettent de se défendre contre les micro-organismes pathogènes comme les coronavirus.
Cycle 3 – Sciences et Technologie
Objectifs : Modéliser un objet que l'on tente d'étudier. Confronter ses prédictions aux résultats des expériences et les comparer à une situation témoin. S'approprier une modélisation à plusieurs échelles.
Sciences et Technologie : Matière, mouvement, énergie, signal : Décrire les états et la constitution de la matière à l'échelle macroscopique.
Notions et contenus : Le savon et l’alcool détruisent le virus en dissolvant sa membrane de protection et le rendent incapable d'infecter des êtres vivants.
Cycle 4
Physique-Chimie : Organisation et transformations de la matière
SVT : Le corps humain et la santé
- Activité 1 - Comment détruire un virus ?
- Activité 2 - Modéliser l'action de différents produits sur notre "virus"
Séquence Comment détruire un virus ? (lien externe)
Source : La main à la pâte en partenariat avec La Fondation de la Maison de la Chimie et Mediachimie
La structure des molécules permet, entre autres, d’interpréter certaines de leurs propriétés physiques. Les applications qui en découlent sont nombreuses et permettent d’appréhender un avenir plus respectueux de l’environnement.
Première STL (PCM-SPCL)
Objectifs : Relier certaines propriétés physiques d’une espèce chimique à leur structure.
Comparer les solubilités d’une espèce chimique dans l’eau ou dans un solvant organique en analysant les structures du soluté et des solvants.
Concevoir et réaliser une extraction.
Chimie et développement durable/Synthèse chimique
Notions et contenus : Extraction par solvant. Propriétés physiques.
De la structure spatiale des espèces chimiques à leurs propriétés physiques
Notions et contenus : Formule chimique de molécules organiques. Polarité. Liaisons intermoléculaires. Lien entre structure et propriétés physiques.
Solvants et solutés
Notions et contenus : Solvants usuels, dissolution.
Source : Dossier pédagogique réalisé par les Éditions Nathan en partenariat avec La Fondation de la Maison de la Chimie et Mediachimie
L’ion permanganate MnO4- est un très bon oxydant participant à de nombreuses réactions d’oxydoréduction. En solution aqueuse, ce composé donne une teinte allant du rose au violet en fonction de sa concentration. Cette coloration en fait un réactif apprécié lors des titrages colorimétriques.
Première générale - Enseignement de spécialité
Objectifs : Apprendre les notions essentielles dans l’écriture d’une équation de réaction d’oxydoréduction.
Se familiariser avec les notions de titrage, d’espèce titrante et titrée, d’équivalence.
Constitution et transformations de la matière
Thème 1 - Suivi de l’évolution d’un système, siège d’une transformation
Partie B : Suivi et modélisation de l’évolution d’un système chimiques.
Partie C : Détermination d’une quantité de matière grâce à une transformation chimique.
Notions et contenus : Couple oxydant/réducteur. Équation de réaction d’oxydoréduction. Titrage avec suivi colorimétrique. Relation entre quantité de matière des réactifs à l’équivalence. Relation entre concentration massique et molaire.
Source : Dossier pédagogique réalisé par les Éditions Nathan en partenariat avec La Fondation de la Maison de la Chimie et Mediachimie
Pour vous aider dans vos choix d’orientation sur la plateforme d’admission post bac Parcoursup, ou à d'autres niveaux de votre scolarité, n’oubliez pas la chimie et ses disciplines voisines telles que le génie chimique, la biochimie, la science des matériaux. Ces disciplines vous offrent des formations scientifiques et technologiques de tous niveaux qui conduisent à des métiers très intéressants.
Vous vous demandez pourquoi choisier la chimie ? Alors découvrez « Les 10 bonnes raisons de devenir chimiste » et retrouvez notre article : « Où travaillent les chimistes ? ». Vous recherchez des informations sur les différents parcours de formations, c'est par ici : Niveau Bac, Bac+2/3 et Bac+5/8.
Pour vous aider à trouver votre chemin parmi toutes ces filières, visionnez la vidéo de la conférence : Les différentes filières de formation vers les métiers de chimistes pour une sortie sur le marché du travail à Bac +2/3 ou Bac +5/8 par Françoise Brénon - Village de la chimie à Paris.
Vous souhaitez travailler dans un secteur d'activité précis ? La série Les Chimistes dans… répond à vos questions ainsi que les fiches d’orientation réalisées en partenariat avec Nathan.
Vous visez un métier en particulier ? Parcourez nos fiches métiers et visualisez les vidéos.
Dans L’emploi en Chimie Questions/réponses vous trouverez d’autres informations telles que : Bourses d'emplois et de stages, Emploi, Secteurs industriels et économiques et recrutement des chimistes, À propos des salaires, Formation par l'apprentissage…
Et niveau collège vous trouverez des pistes avec la série Découverte des métiers au collège.
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Le couteau suisse de la génétique Nobélisé
Rubrique(s) : Éditorial
Le prix Nobel de chimie 2020 vient d’être attribué à la française Emmanuelle Charpentier et à l’américaine Jennifer Doudna. Elles sont récompensées pour la découverte d’un outil génétique formidable, le CRISP-Cas9. On connait tous l’ADN molécule charpente de nos génomes (1) et caractéristique de toutes les cellules, dont les nôtres. Pour modifier ou éditer le génome il faut pouvoir modifier les séquences de cette molécule. Jusqu’en 2012 on utilisait d’abord des nucléases dites à doigt de zinc, des méganucléases puis des nucléases de type activateur de transcription (2). Ces méthodes nécessitaient des opérations de biologie moléculaire et étaient longues et exigeantes en instruments et équipements spéciaux donc onéreuses.
Or, dans la nature, de nombreuses bactéries possèdent dans leurs génomes de longues séquences qui se répètent régulièrement appelées CRISPR (Clustered Regurarly Interspaced Short Palindromic Repeats). Ces séquences permettent aux bactéries de conserver la mémoire d’une infection par un virus pour s’en débarrasser lors d’une prochaine attaque.
En effet lors de l’infection par un virus, des séquences de celui-ci sont intégrées au sein des propres séquences CRISPR du génome de la bactérie. Lors d’une nouvelle infection, l’ADN viral au sein du CRISPR est recopié en ARN associée à la protéine Cas9 qui alors se fixe sur l’ADN du virus et l’inactive en le coupant (3).
Toute l’intelligence d’Emmanuelle Charpentier et de Jennifer Doudna a été de s’inspirer de ce mécanisme mis en jeu par des bactéries pour couper des brins d’ADN à un endroit précis du génome pour n’importe quelle cellule, comme un ciseau moléculaire. L’outil biologique est alors constitué d’une ARN guide associée à l’enzyme Cas9. Une fois l’ADN coupée on peut intervenir dans le système de réparation qui va recoller les deux extrémités du brin d’ADN soit :
- en ajoutant ou en enlevant des nucléides à chaque extrémité des morceaux du brin. On provoque alors une anomalie de la séquence cible, le gène devient alors inactif ou réparé.
- en ajoutant une séquence d’ADN synthétique (4) sur l’anomalie génétique repérée sur la séquence. Le système de réparation l’intègre au niveau de la coupure et le gène est corrigé et réparé.
Le schéma suivant résume assez bien l’opération. Cette méthode découverte par les deux chercheuses est précise, peu coûteuse et facile à mettre en œuvre, ce qui a permis à des milliers de laboratoires de l’utiliser dans le monde entier après 2015 car les applications sont nombreuses.
Sur les animaux, des chercheurs après identification des gènes responsables ont pu grâce à cette méthode augmenter la masse musculaire de chiens, créer des vaches laitières sans cornes.
Sur les végétaux par CRISPR on a créé des champignons de Paris qui ne brunissent pas lorsqu’on les coupe. On a aussi imaginé des plantes vivrières résistantes mieux à la sécheresse pour les pays chauds…
L’INSERM a ainsi travaillé sur les gènes d’anophèles pour donner une race de moustiques résistante au paludisme et qui en se multipliant ne peuvent plus transmettre ce fléau (5).
De nombreux chercheurs dont Jennifer Doudna ont attiré l’attention sur les problèmes éthiques posés par cette découverte qui peut multiplier à l’échelle de la planète les modifications génétiques. Déjà en Europe il y a une retenue générale sur les applications aux plantes « génétiquement modifiées ». Dans le monde il semble aussi y avoir un consensus sur les applications à l’homme et la recherche sur les fœtus. Plusieurs biologistes éminents se sont prononcés sur les dangers de modifier le patrimoine génétique germinal qui peut le transmettre à la descendance et toucher ainsi au patrimoine génétique de l’humanité. Pour l’instant, en 2020 Jennifer Doudna poursuit ses recherches à l’université de Californie à Berkeley et Emmanuelle Charpentier est directrice de l’Institut Max Planck « sur la science des pathogènes » à Berlin où elle continue ses recherches en biologie commencées à l’Institut Pasteur de Paris (1992-1995).
Jean-Claude Bernier
Octobre 2020
Pour en savoir plus
(1) La chimie dans les empreintes génétiques
(2) L’édition du génome : une révolution en marche
(3) Outils CRISPR pour étudier et combattre les bactéries pathogènes
(4) De la chimie de synthèse à la biologie de synthèse
(5) Les maladies tropicales négligées. Un modèle coopératif au service de l’innovation scientifique et médicale
Ciblage des défauts de réparation de l’ADN : nouvelles molécules et approches thérapeutiques utilisant la létalité synthétique
Manipulation génétique : des ciseaux moléculaires à double tranchant
Crédits : infographie © Ask Media pour le Parisien ; portraits © Nobel Media. III. Niklas Elmehed
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Prix Nobel de chimie 2020
Rubrique(s) : Événements
Le prix Nobel de chimie 2020 a été attribué à Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna pour la découverte des ciseaux à ADN Crispr-Cas9.
Pour découvrir cette méthode vous pouvez voir le reportage « Manipulation génétique : des ciseaux moléculaires à double tranchant » et l’article correspondant.
Pour approfondir les applications vous pouvez regarder les conférences suivantes ou lire les articles issus de ces conférences :