Comme partout, les considérations liées à la protection de l’environnement imposent à l’aéronautique des normes de plus en plus sévères, notamment en matière de bruit et d’émissions de gaz carbonique et d’oxydes d’azote.

De très nombreuses améliorations ont déjà été apportées dans les programmes récents : allègement des structures, réduction des trainées parasites, amélioration du rendement des moteurs et de l’aérodynamique avion, optimisation de la production, de la distribution et de la distribution de l’énergie à bord. Les facteurs externes à l’avion comme les biocarburants, l’optimisation des routes ou l’unification des trajectoires d’approche ont également été explorés mais il reste nécessaire d’aller encore plus loin. Une rupture en matière d’architecture est-elle possible ou souhaitable ? Que nous offrent les futures propulsions électriques pures et hybrides électriques ? Espoir ou impasse ?

L’industrie du transport aérien évolue naturellement vers des avions plus autonomes, qui, dans un premier temps, dégageront l’équipage des tâches ancillaires du simple pilotage avant d’être capables de voler presque seuls, sous une supervision humaine minimale, puis sans plus aucune supervision. Les problèmes à résoudre sont immenses, à la fois théoriques et pratiques, comme la maîtrise de la complexité et des coûts et les règles communes de responsabilité, mais la marche du progrès est impossible à arrêter.

Deux thèmes sont abordés: la chimie et les technologies qui y sont associées d'une part, l’instrumentation au bénefice de l’observation et l’analyse des constituants chimiques de l'espace d'autre part.

Le panorama des domaines où la contribution de la chimie est essentielle pour permettre la réalisation du satellite correspondant et lui permettre de remplir sa mission est présenté : propulsion chimique versus propulsion électrique, boucliers thermiques pour rentrer dans l’atmosphère des planètes, les SiCs dans l’instrumentation spatiale, etc. Chacune des technologies abordées est présentée dans le contexte des missions spatiales correspondantes : qu’elles soient de télécommunication, d’observation de la terre ou scientifique. En parallèle est présentée l'instrumentation spatiale au service de la chimie de l’espace sur ces mêmes missions, aussi bien dans le domaine de l'observation de l'atmosphère terrestre que de la chimie planétaire, par mesures in situ (robots) ou observations astronomiques avec les télescopes spatiaux européens sur des missions déjà réalisées ou à venir.

L’objectif étant de donner une vue d’ensemble expliquant où l'on va dans l'espace et pour observer quoi... et de comprendre les enjeux et challenges de ces missions en même temps que voir les apports de la chimie dans leur réalisation.

Air Liquide réalise tous les réservoirs cryogéniques de la famille des lanceurs ARIANE, que ce soit pour stocker l’hydrogène, l’oxygène ou encore l’hélium sous forme liquide. Dans sa version la plus puissante, la fusée ARIANE V ECA emporte ainsi plus de 175 tonnes d’ergols sous forme cryogénique, à la fois pour son étage principal et pour saon étage supérieur. Le réservoir d’hélium liquide sert à pressuriser le réservoir d’oxygène de l’étage principal.

Avec son moteur VINCI ré-allumable, la future version ARIANE VI devra être capable de gérer de longues phases en orbite où les fluides cryogéniques seront en apesanteur. La gestion des fluides des lanceurs, les défis à résoudre, les solutions trouvées innovantes et compétitives pour ce futur lanceur en cours de réalisation sont exposées.

Le résultat des recherches sur la possibilité d’utiliser l’hydrogène sous forme gazeuse ou liquide pour des applications aéronautiques est aussi présenté : que ce soit pour la fourniture de quelques dizaines à une centaine de kilowatts électriques à bord des futurs avions de ligne, ou pour la propulsion de petits avions monomoteurs électriques à hélice de 100 à 200 chevaux, car la réaction électrochimique de l’hydrogène et de l’oxygène au sein de piles à combustibles à membranes offre un rapport poids/puissance ainsi qu’une autonomie inégalés. Un très large éventail de solutions innovantes, performantes et respectueuses de l’environnement s’ouvre ainsi pour l’aéronautique.

Les grandes agences spatiales dans le monde envisagent sérieusement l’établissement de bases permanentes sur la lune ou sur mars à un horizon d’une vingtaine d’années. L’alimentation en énergie de ces bases est un élément très critique où travers l’électrolyse d’une réserve d’eau, le stockage des molécules H₂/O₂ puis la restitution de l’énergie sous forme électrique à l’aide d’une pile à combustible. L’hydrogène peut jouer un rôle prépondérant pour le stockage de l’énergie solaire.

L’agitation est une opération unitaire rencontrée dans toute l’industrie chimique et les industries connexes (procédés biotechnologiques, traitement des eaux, pétrochimie, industrie pharmaceutique, industries agroalimentaires…).  

Cette vidéo, de la série « Vous avez dit Génie Chimique ? » nous montre différents mobiles d’agitation et nous explique les critères de choix, selon que l’on veut réaliser une réaction chimique, un transfert de chaleur, une mise en suspension, un contact gaz liquide.

Cette passionnante vidéo nous fait découvrir la recherche sur le recyclage des métaux précieux comme l’or, l’argent, le cuivre et le tantale, présents dans les cartes électroniques. L’objectif est de détruire la résine polymère qui lie l’ensemble tout en ne détériorant par les métaux. Le réactif utilisé est l’eau, portée à 500 °C sous 250 bars, qui se trouve alors dans un état supercritique.

Socle :
- La formation de la personne et du citoyen
- Les systèmes naturels et les systèmes techniques
- Les représentations du monde et l'activité humaine

Programme cycle 4 :
- Décrire la constitution et les états de la matière
- Décrire et expliquer les transformations chimiques

Florence, experte en matériaux métalliques dans les domaines électriques et électroniques, nous fait découvrir son métier au sein du groupe Renault. Un domaine en pleine accélération à l’heure des véhicules électriques et de la connectivité. Un métier de passion en lien avec l’ingénierie, la production et les achats.

Les cosmétiques sont classés en quatre grandes familles : les produits capillaires, les produits d’hygiène et de soins, les produits « d’embellissement » ou maquillage et la parfumerie alcoolique.

La formulation d’un produit cosmétique est complexe comme le montre, par exemple, la longue liste des ingrédients indiquée sur un shampoing ou un pot de crème de soin. Beaucoup de recherches et d’innovations sont réalisées en dermocosmétique pour répondre à la demande de produits à la fois efficaces, agréables à utiliser, présentant une innocuité certaine et au désir de « naturel » des consommateurs actuels [1].

Les constituants de base [2] [3], les plus fréquemment utilisés dans les produits cosmétiques sont :

• les produits ou principes actifs responsable(s) de l’efficacité recherchée : émollients, hydratants, humectants, anti-UV, anti-âge, amincissants, blanchissants, raffermissants… L’utilisation de nouveaux ingrédients issus des plantes s’inscrit dans une démarche de « chimie verte » et de respect de l’environnement. Elle nécessite un approvisionnement contrôlé et des techniques d’extraction et de séparation performantes [4] ;
• le véhicule ou excipient support qui permet par exemple de moduler la pénétration du principe actif à travers la peau tout en conférant au produit cosmétique sa consistance finale. Les plus fréquemment utilisés sont les huiles, l’eau et l’alcool. Parmi les nouveaux véhicules, la micro-encapsulation permet une libération contrôlée du principe actif [5] ;
• les tensioactifs et les régulateurs de pH dont les rôles sont fondamentaux car les produits cosmétiques sont majoritairement sous forme d’émulsions. On rencontre des tensioactifs ioniques (anioniques, cationiques) ou neutres. De nouveaux tensioactifs à partir de matières premières renouvelables font leur apparition [6] ;
• les additifs (ou adjuvants), apportés en petites quantités, tels que les parfums, les arômes, les pigments, les colorants, les agents de consistance, les épaississants, les stabilisants et les conservateurs [2] ;
• les agents séquestrants qui complexent les cations. Par exemple dans un shampoing, l’EDTA complexera les ions calcium présents dans les eaux dures car ils empêchent le produit de mousser [2].

La frontière entre produits cosmétiques et médicaments administrés par voie cutanée étant parfois ténue, les approches de recherche et les technologies de ces deux domaines tendent à se rejoindre [7].

La conservation

La durée de conservation des produits cosmétiques est définie par deux sigles :

• la DLUO (date limite d’utilisation optimale) avec la mention « à utiliser de préférence avant le … »
• et la PAO (période après ouverture) symbolisée par un petit pot avec le nombre de mois d’utilisation après ouverture

En effet, les produits cosmétiques peuvent être sujets à une contamination par des micro-organismes une fois ouverts. C’est par exemple le cas d’un pot de crème, laquelle est prélevée avec les doigts à chaque usage. Il sera donc nécessaire d’ajouter des additifs bactéricides et fongicides.

L’ajout d’antioxydants dans un produit cosmétique poursuit deux buts distincts :

• Conserver impérativement le produit après ouverture, en luttant contre l’oxydation et le rancissement des corps gras par l’oxygène de l’air. Par exemple la vitamine C ou acide ascorbique noté aussi E300 joue ce rôle.
• Aider à lutter contre les radicaux libres, facteurs de vieillissement cutané. Ce ne sont pas les mêmes antioxydants qui sont alors utilisés.

Parmi les nouvelles techniques, la microencapsulation participe à la protection et/ou l’augmentation de la stabilité d’actifs, sensibles à des agressions du milieu extérieur (oxydation, pH, humidité) [5].

Un des défis de la recherche est de trouver des conservateurs qui ne pénètrent pas dans la peau, jouant ainsi leur rôle avant usage mais ne provoquant pas d’effet secondaire après usage [7].

Innocuité et sécurité

La législation européenne définit la liste des matières premières utilisables et exige un dossier de sécurité pour chaque produit cosmétique. La nomenclature utilisée pour la désignation des ingrédients cosmétiques est la nomenclature INCI (International Nomenclature of Cosmetics Ingredients). L’innocuité est un enjeu majeur des cosmétiques [8].

© Anna Lapina / 123RF

Pour approfondir et illustrer ce sujet nous avons sélectionné les ressources suivantes :

[1] « Les enjeux de la cosmétologie » de Patrice André, Colloque Chimie, dermocosmétique et beauté, 17 février 2016, Fondation de la Maison de la Chimie

[2] Le Dossier « Institut Body & Beauty » (accès direct au PDF), une activité sur les cosmétiques de Vangelis Antzoulatos, est un exemple de mise en situation et de réalisation de cosmétiques, destiné à des étudiants de première année de BTS ou DUT, et permettant d’introduire les bases de la formulation, via l’élaboration d’un cahier des charges précis, l’analyse de produits concurrents, le développement de nouvelles formules de produits et leur fabrication suivie d’une évaluation.

[3] « Formulation d’une crème teintée biologique - Formulation d’un mascara émulsion eau dans huile - Formulation d’un gloss » François Ledoux,  L’Actualité Chimique n°323-324 (octobre-novembre 2008) p. 103-115 en libre accès

[4] « Nouveaux actifs et nouveaux ingrédients » de Sabine Berteina-Raboin, Colloque Chimie, dermocosmétique et beauté, 17 février 2016, Fondation de la Maison de la Chimie

[5] « La microencapsulation : une technologie de choix pour la formulation d’actifs - Un point sur… » Fiche n° 4, B. Hamounic et F. Pinot, L’Actualité Chimique n° 352 (mai 2011) p. 39-40

[6] « Tensioactifs basés sur des sucres : synthèses et exemples d’utilisation en cosmétique »  de S. Kerverdo et B. Brancq, numéro spécial de L’Actualité chimique consacré aux « Cosmétiques, la science au service de la beauté », n° 323-324 (octobre-novembre 2008) p. 35-41

[7] « Les enjeux de la vectorisation et de la pénétration transcutanée pour les actifs cosmétiques » par Philippe Humbert, Colloque Chimie, dermocosmétique et beauté, 17 février 2016, Fondation de la Maison de la Chimie

[8] « L'aventure des produits inoffensifs : une approche pionnière de la sécurité en cosmétique » par Jacques Leclair, Colloque Chimie, dermocosmétique et beauté, 17 février 2016, Fondation de la Maison de la Chimie

Pour compléter

« Zoom sur La formulation et les matières premières : généralités »

Socle :
- Les systèmes naturels et les systèmes techniques
- Les représentations du monde et de l’activité humaine
Programme Cycle 4 :
- Décrire la constitution et les états de la matière (espèce chimique et mélange ; solubilité ; miscibilité)
 

Socle :
- Les systèmes naturels et les systèmes techniques (Expliquer l’impact de différentes activités humaines sur l’environnement)
- Les représentations du monde et de l’activité humaine (Analyser quelques enjeux du développement durable dans le contexte des sociétés étudiées)
Programme Cycle 4 :
- Identifier les sources, les transferts et les conversions d’énergie
- Établir un bilan énergétique pour un système simple