Vous trouverez ci-dessous une liste vers quelques ressources présentant des vidéos de présentations d’expériences, de techniques d’analyse ou de techniques expérimentales.
Le mystère de la cristallisation
Identification d’une molécule organique par IR et RMN
Présentation d’expériences
- Le mystère de la cristallisation
- La teinture d’un jeans
- La synthèse de l’indigo
- La couleur incolore
- Les insectes voient rouge
Techniques d’analyse
- Quelques vidéos en anglais (source Royal Society of Chemistry)
Techniques expérimentales
- Quelques vidéos en anglais (source MIT)
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Pourquoi met-on du sel sur les routes lorsqu’il gèle ?
Rubrique(s) : Question du mois
En plein hiver et particulièrement dans les régions très froides et montagneuses, il est nécessaire de lutter contre le manque d’adhérence des pneumatiques des véhicules sur sol gelé. On observe alors un ballet de saleuses, qu'on ne doit pas dépasser sur route. Mais que déversent-elles et pourquoi ?
Quels sont les effets du sel ?
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Le sel ou chlorure de sodium de formule chimique NaCl, est soluble dans l’eau liquide. On appelle saumure le mélange liquide eau-sel. L’eau pure devient solide à 0°C sous la pression atmosphérique. Mais si l’eau est salée, ce mélange devient solide à une température inférieure à 0°C.
Ce phénomène est traduit par la courbe de congélation (ci-contre) qui indique la température pour laquelle l’eau devient de la glace, en fonction de la teneur (1) en sel dans le mélange. Comme le montre cette courbe, plus on ajoute de sel, plus la température de congélation baisse. Mais il y a une limite, repérée par le point E, nommé eutectique ! (2) Ainsi inutile de mettre plus de 23 g de sel pour 100 g de mélange, car les cristaux de sel ajoutés restent solides sans pour autant abaisser davantage le point de congélation. Donc ne gaspillons pas !
Et s’il fait une température inférieure à - 21°C, on a beau mettre du sel, la glace ne fond pas (3). Dans la pratique l’ajout de sel n’est plus efficace pour dissoudre la glace en dessous de -10°C, le phénomène de dissolution étant trop lent.
Les salages des routes
Les salages préventifs (la baisse de température est annoncée et imminente) se font pour empêcher l'eau de geler sur la chaussée, pour des températures entre -2° et -8°C.
Les salages curatifs (le verglas ou la neige sont déjà là !) se font avec un mélange de chlorures de sodium, de calcium (CaCl2) ou de magnésium (MgCl2), pour des températures inférieures à -8°C. En effet avec ces sels, les courbes de congélation des mélanges eau/sel de calcium ou magnésium ont des températures eutectiques plus basses (4).
L’épandage par une saumure liquide préalablement préparée, permet une diminution de la quantité de sel utilisée et son effet est beaucoup plus rapide. Il faut des saleuses adaptées.
En Amérique du Nord et au Canada, il est utilisé presque exclusivement du chlorure de calcium, compte tenu des températures hivernales très basses.
Les quantités de sel (NaCl) utilisées sont considérables
Elles varient selon les conditions météorologiques et selon qu’il s’agit d’un traitement préventif ou curatif : la fourchette va de 10 g à 15 g voire 20 g de sel par m². En France les quantités consommées sont de l'ordre 500 000 t à 1 Mt suivant les hivers plus ou moins froids.
Dans les agglomérations françaises, le sel représente l’essentiel des produits fondants utilisés (>99,5%). Environ 51% de la production mondiale de sel est consacrée à l'entretien des routes dans les pays froids. Le sel est actuellement le fondant de verglas le plus économique (environ 80 € la tonne).
Environnement
Ce sel engendre une pollution saline des bords de route, des eaux de surface, mais aussi des nappes phréatiques. Cela a un impact sur les sols, perturbe le système racinaire des plantes, bouscule les écosystèmes aquatiques (rivières et lacs) et favorise la corrosion de certaines infrastructures métalliques.
Différents produits alternatifs (majoritairement des composés organiques) sont recherchés et testés à la fois sur leur efficacité pour la viabilité des routes et sur leur impact environnemental (biodégradabilité, influence sur la demande biochimique en oxygène, …). Il faut aussi que leurs coûts restent compétitifs.
Par exemple, des formiates de sodium, HCOONa ou de potassium, HCOOK, déjà utilisés au Canada et en Finlande, sont très efficaces mais leur biodégradabilité reste un souci et ils sont respectivement 12 et 22 fois plus chers que le sel.
L’Estorob Bio D-Icer est une huile végétale à base de colza, déjà principalement utilisé dans les aéroports. Ce produit est à la fois biosourcé et biodégradable et s'avère 7 fois moins corrosif que le formiate de potassium et l'acétate de potassium. Il n'est pas corrosif vis-à-vis des métaux et freins carbone des avions. Mais il est aussi 11 fois plus cher que le sel (5).
De nombreuses autres études et essais pour des solutions plus écoresponsables sont réalisés de par le monde et la route de « cinquième génération » dotée de multiples fonctionnalités est à venir ! (6)
Françoise Brénon et l'équipe Question du mois
(1) Il s’agit plus précisément de la fraction massique, w, définie par :
w = masse du sel / masse du mélange eau-sel
(2) La lettre E pour Eutectique, qui signifie en grec « qui fond bien ». En effet l’abscisse du point E correspond à la fraction massique eutectique pour laquelle le mélange eau/sel a la température de fusion/congélation la plus basse, appelée température eutectique.
(3) En dessous de -21°C, selon les proportions en sel ajouté, il ne coexiste que des solides : eau solide (glace), NaCl solide ou solides en mélanges hétérogènes.
Dans la pratique on peut déverglacer un sol jusqu’à -30°C avec du chlorure de calcium ou du chlorure de magnésium car leurs températures eutectiques valent respectivement environ -51 °C et -33°C.
(5) On consultera avec intérêt l’étude sur la phytotoxicité de produits alternatifs au sel de déneigement (PDF) réalisée par l’ENSAIA et l’Université de Lorraine.
Voir Les infrastructures des transports : les apports de la chimie dans les projets d’avenir, Henri Van Damme (pages 34 et suivantes).
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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.