La manipulation et le stockage des substances chimiques répondent à des règles strictes et pour cela il est essentiel de les caractériser.

En fonction des propriétés physico-chimiques et des propriétés toxicologiques et éco-toxicologiques, les substances sont classées et étiquetées suivant des critères et symboles définis au niveau européen par le règlement CLP (Classification, Labelling, Packaging ou Classification, étiquetage et emballage) en cohérence avec le Système Général Harmonisé (SHG) reconnu internationalement.

Entré en vigueur le 20/01/2009, le CLP a intégré, depuis le 10 décembre 2024, des modifications publiées au Journal officiel de l’Union européenne (JOUE), le 20/11/ 2024 (règlement n° 2024/2865).

Détaillons deux exemples afin de comprendre le fonctionnement du règlement CLP.

• Les substances liquides inflammables sont catégorisées en fonction de leur point éclair⁽ⁱ⁾ et de leur température d’ébullition (T_eb).
  
  

  Catégorie 1	liquide et vapeurs extrêmement inflammables : Point d'éclair < 23°C - Teb ≤ 35°C ;
  Catégorie 2	liquide et vapeurs très inflammables danger : Point d'éclair < 23°C - Teb > 35°C ;
  Catégorie 3	liquide et vapeurs inflammables dont le point éclair est compris entre 23°C et 60°C.

• Les substances toxiques sont catégorisées suivant les résultats de la dose létale 50⁽ⁱⁱ⁾, DL₅₀, qui représente une mesure de la toxicité aiguë d’une substance chimique.
  
  

  Substance classée toxique de	Si la dose toxique de la substance est comprise
  Catégorie 1	entre 0 et 5 mg/kg de poids corporel
  Catégorie 2	entre 5 et 50 mg/kg de poids corporel
  Catégorie 3	entre 50 et 300 mg/kg de poids corporel
  Catégorie 4	entre 300 et 2000 mg/kg de poids corporel

L’ensemble des propriétés des substances sont rassemblées dans le tableau ci-dessous avec les étiquetages associés. Une substance peut avoir plusieurs étiquettes de dangers.

Les Installations Classées pour la Protection de l’Environnement, ICPE

Les ICPE sont toutes les exploitations industrielles ou agricoles susceptibles de présenter des impacts (pollution de l'eau, de l'air, des sols, etc.) et des dangers (incendie, explosion, etc.) pour l'environnement, la santé et la sécurité publique.

Un peu d’histoire

Si la réglementation des substances chimiques est très ancienne et a pour origine l’explosion de la fabrique de poudre de Grenelle à proximité immédiate de Paris en 1794, c’est la loi du 19 juillet 1976 qui modernise totalement la réglementation des installations classées pour la protection de l'environnement et devient la base juridique de l'environnement industriel en France. Ce texte est fondé sur ce que l'on appelle « l'approche intégrée », c'est à dire qu'une seule autorisation est délivrée et réglemente l’ensemble des aspects concernés : risque accidentel, déchets, rejets dans l’eau, l’air, les sols... L’inspection des installations classées, dénommée Direction régionale de l'environnement, de l'aménagement et du logement (DREAL), est l’autorité compétente au sein du ministère de l’environnement, pour l'application de cette législation (et DRIAT pour l’Ile de France).

La loi du 30 juillet 2003, à la suite du drame de l'usine AZF à Toulouse en 2001, renforce la prévention des risques.

De nos jours

La « directive SEVESO 3 » (2012/18/UE) est la dernière étape structurante de la réglementation en matière de sécurité des ICPE en France.

La directive IED, relative aux Émissions Industrielles (2010/75/UE), a pour objectif de parvenir à un niveau élevé de protection de l'environnement grâce à une prévention et à une réduction intégrée de la pollution.

Sur la base de ces deux directives, des rubriques ICPE ont été créées selon deux familles : les unes liées au stockage (dans le cadre de Seveso) les autres liées aux activités industrielles et leurs émissions (dans le cadre de IED). Celles liées à IED sont définies en 3xyz et celles liées à Seveso sont définies en 4xyz.
Concernant les rubriques 4xyz, elles sont structurées comme suit avec leur libellé :

Ainsi une substance inflammable, comme l’acétone ou le toluène, sera classée dans une rubrique 4300. Une substance toxique pour l’homme comme le cyanure sera classée dans une rubrique 4100. Une substance classée toxique pour l’environnement sera classée dans une rubrique 4500. Une substance peut avoir plusieurs caractéristiques inflammable et toxique, la substance sera alors classée dans la rubrique la plus contraignante soit la rubrique 4100.
Concernant les rubriques 3xyz, elles sont liées à l’activité industrielle du site. Pour la chimie il s’agit de :

3110. Combustion
3410. Fabrication de produits chimiques organiques
3420. Fabrication de produits chimiques inorganiques
3430. Fabrication d’engrais
3440. Fabrication de produits phytosanitaires ou biocides
3450. Fabrication de produits pharmaceutiques
3460. Fabrication d’explosifs
3540. Installation de stockage de déchets
3550. Stockage temporaire de déchets
3680. Fabrication de carbone
3690. Captage des flux de CO2
3710. Traitement des eaux résiduaires

D’autres rubriques en 3xyz existent de façon spécifique pour le verre, les céramiques, les abattoirs…

Un site industriel est donc doublement classé suivant la nature de son activité en 3xyz et suivant la quantité de ses stocks en 4xyz. Les rubriques ICPE 4xyz utilisent des seuils notés A, B et C (avec A<B<C) fonction du niveau de stockage qui déterminent le régime applicable (déclaration, enregistrement, autorisation) à une installation en fonction de son potentiel de danger (cf. tableau ci-dessous). L’exploitant des installations doit a minima informer de son existence le préfet pour des petites installations « D » et faire une demande d’autorisation suivant un processus très réglementé pour les installations « A ».

Un site peut ne pas atteindre le seuil Seveso pour une rubrique ICPE donnée car le stock est inférieur au seuil Seveso et le coefficient (quantité en stock / seuil ICPE) est inférieur à 1, mais il faut refaire l’exercice pour chacune des rubriques ICPE puis l’exploitant doit faire l’addition des contributions pour toutes les rubriques et si le résultat de l’addition est supérieur à « 1 » le site industriel devient Seveso.

Les ordres de grandeur du nombre d’installations ICPE en France toutes activités confondues, dont l’agriculture, sont les suivants :

Régime D : 400 000
Régime E : 15 000
Régime A : 28 000
Régime Seveso : 1 300

Un autre règlement européen appelé REACH, « Registration, Evaluation, Authorisation and restriction of CHemicals » (Enregistrement, évaluation, autorisation et restriction des produits chimiques), a pour objectif d’offrir une meilleure protection vis-à-vis des risques que créent les substances dangereuses pour l’homme et pour l’environnement. Les deux règlements, CLP et REACH ont remplacé progressivement la totalité des réglementations nationales sur le même sujet de la classification et de l'étiquetage.

Les périmètres de chacune de ces réglementations, REACH, CLP et IED, sont totalement différents puisque REACH vise la mise sur le marché de produits chimiques par les fabricants et distributeurs alors que l’IED et le CLP concerne l’exploitation d’une installation industrielle et le stockage de ses produits.
 

(i) Le Point éclair correspond à la température la plus basse à laquelle un corps combustible émet suffisamment de vapeurs pour former, avec l’air ambiant, un mélange gazeux qui s’enflamme sous l’effet d’une source d’énergie calorifique telle qu’une flamme pilote, mais pas suffisamment pour que la combustion s'entretienne d'elle-même.

(ii) La DL50 est la quantité d'une matière, administrée en une seule fois, qui cause la mort de 50 % d'un groupe d'animaux d'essai. La DL50 est une façon de mesurer le potentiel toxique à court terme (toxicité aiguë) d'une matière.

Pour en savoir plus, quelques liens sans être exhaustif

• Installations classées pour la protection de l'environnement (ICPE) sur le site Entreprendre.Service-Public.fr
• Tout savoir sur les ICPE : nomenclature, gestion et déclaration sur le site du Ministère de la transition écologique
• Application de la classification des substances et mélanges dangereux à la nomenclature des installations classées pour la protection de l’environnement - Guide technique sur le site de l’INERIS 
• Les émissions industrielles sur le site de France Chimie  
• Guide d’utilisation du logiciel Seveso 3 à usage des industriels – Février 2020 sur le site du ecologique.solidaire.gouv.fr pour télécharger le documentau format PDF
• L’évaluation des substances chimiques dans le cadre de la mise en œuvre de REACH, C. Gourlay-Francé, Colloque Chimie et expertise - santé et environnement, Fondation de la Maison de la chimie, février 2015
• Risques technologiques : la directive SEVESO et la loi Risques sur le site du Ministère de la transition écologique

Pour aller plus loin

• Fiches toxicologiques sur le site de l’INRS 
• Laboratoires d'enseignement en chimie - Enseigner la prévention des risques professionnels sur le site de l’INRS
   

Crédit illustration : Image par Denny Franzkowiak / Pixabay

La formule brute « H2O » de la molécule d’eau est connue de tous. Au fur et à mesure de sa scolarité, tout élève peut prendre conscience des propriétés physico-chimiques de l’eau, permettant par exemple d’expliquer la dissolution d’espèces chimiques dans de l’eau.

Pour certaines populations en France et dans le monde, l’accès à l’eau potable est un enjeu majeur, parfois compliqué par la présence de micropolluants dans l’eau à cause des activités humaines. Parmi eux, certains sont dangereux et d’autres, après analyses des eaux usées, nous apportent des informations pertinentes sur la santé de la population et permettent d’anticiper des pandémies ou de comprendre certains dysfonctionnements environnementaux.

 

Programmes spécifiques de physique-chimie pour les classes de première et de terminale Bac professionnel propres au groupement de Spécialités 5.
Le Groupement 5 rassemble les spécialités de baccalauréats professionnels mobilisant des compétences professionnelles qui nécessitent de solides connaissances dans le domaine de la chimie. Il réunit les spécialités de secteurs professionnels variés : l’industrie chimique, la bio-industrie, la cosmétologie, la teinturerie, les textiles, la plasturgie, l’esthétique, la gestion des pollutions et la protection de l’environnement, la verrerie, les plastique et composite…

La formule brute « H₂O » de la molécule d’eau est connue de tous. Au fur et à mesure de sa scolarité, tout élève peut prendre conscience des propriétés physico-chimiques de l’eau, parfois étonnantes. Parmi celles-ci, la déviation électrostatique d’un filet d’eau avec un objet électrisé montre la polarité des molécules d’eau, permettant d’expliquer la dissolution d’ions en solution aqueuse. C’est vertigineux quand on prend conscience du nombre de molécules d’eau déviées simultanément ! Mais depuis quelques décennies, cette eau contient des micropolluants, d’origine anthropique. Parmi eux, certains sont dangereux et d’autres, après analyses des eaux usées, nous apportent des informations pertinentes sur la santé de la population.

 

Programmes de physique-chimie :

• Première STI2D : Matière et matériaux
• Première STL : Constitution de la matière / Transformation chimique de la matière
• Terminale STL : Chimie et développement durable
• Seconde, première générale et terminale générale : Constitution et transformation de la matière

Le noir de carbone est un matériau constitué à près de 99 % de carbone et se présente sous la forme de petites sphères de 100 nm environ entre elles pour former d’abord des agrégats de quelques centaines de nm et ensuite d’agglomérats de l’ordre de 50 µm. La production mondiale actuelle est estimée à plus de 18 millions de tonnes par an pour un marché de plus de 20 milliards d’euros !

Cette production est consacrée pour 65% à l’industrie des pneumatiques en tant qu’agent de résistance à l’usure, pour 31 % comme additif pour d’autres caoutchoucs et plastiques, le reste pour des spécialités comme les encres (toners) et des revêtements de peinture.

Pour exemple, un pneu de 7 kg contient entre 3 et 3,5 kg de noir de carbone.

Le noir de carbone est connu depuis plus de 1500 ans ! En effet les Chinois le fabriquaient en chauffant des huiles végétales dans une enceinte fermée avec une entrée d’air minimale qu’ils contrôlaient. Le noir de carbone était obtenu à partir des gaz formés et se déposait sur les parois de la chambre réactionnelle.

Après la découverte du pétrole aux USA, un nouveau procédé (procédé Furnace) utilise la combustion incomplète des huiles lourdes issues de la distillation du pétrole par pyrolyse (chauffage en atmosphère pauvre en oxygène) vers 1500 °C. La durée de cette réaction rapide dure moins de 1/10^e de seconde ! Hélas le noir de carbone est obtenu avec un faible rendement (entre 30 et 50 % selon le type de noir de carbone).

Ce procédé est extrêmement polluant car il est accompagné de dégagements de SO₂ et de NO₂ à laquelle s’ajoute l’émission de l’ordre de 2,5 tonnes de CO₂ par tonne de noir de carbone !

Une voie consiste en la pyrolyse du gaz naturel à haute température pour former à la fois de l’hydrogène et du carbone solide selon l’équation-bilan suivante : CH₄ = C + 2 H₂. Il s’agit d’un procédé discontinu (en batch) nommé procédé thermal black. Il permet de produire des noirs de carbone spéciaux essentiellement constitués de grosses particules et utilisés comme pigments.

Un nouveau procédé de pyrolyse du gaz naturel continu (cette fois) est en phase de développement et utilise un four à plasma, alimenté par du courant électrique avec une consommation comprise entre 3,3 et 10 kWh par kg de noir de carbone formé. Sous l’effet du passage du courant le gaz (généralement de l’hydrogène recyclé issu du produit lui-même) est chauffé à haute température (supérieure à 3000 °C) et s’accompagne d’une ionisation en libérant des électrons créant ainsi un très bon conducteur électrique gazeux. Le gaz naturel est injecté dans l’écoulement plasma pour obtenir une température comprise entre 1500 et 1800°C en fonction de la qualité de noir de carbone recherchée. Les électrodes utilisées sont constituées par du graphite (variété conductrice du carbone !). On les remplace au fur et à mesure de leur usure simplement par un dispositif mécanique automatique. Ce procédé a été étudié pendant de nombreuses années à l’Ecole des Mines de Paris (centre Persée -Sophia Antipolis). Depuis 2012 ce procédé a été développé industriellement par la société californienne « Monolith Materials » en collaboration avec l’École des Mines de Paris. Ce procédé est devenu rentable et est appelé à remplacer le procédé de pyrolyse thermique du gaz naturel car il produit en même temps de l’hydrogène décarboné dont le coût de production est inférieur de 50 % à celui obtenu par électrolyse de l’eau. Mais si une 1 tonne de méthane permet de produire 250 kg d’hydrogène il fournit aussi 750 kg de carbone… Se posera alors la question de trouver de nouvelles applications pour ce carbone solide obtenu à de très grandes échelles : plusieurs pistes sont à l’étude !

L'auteur, Jean-Pierre Foulon, tient à remercier vivement Monsieur Laurent Fulchéri, Directeur de Recherche Université PSL, Mines ParisTech Persée, qui l’a beaucoup aidé pour rédiger cette note pédagogique.

Pour en savoir plus
La pyrolyse du méthane : de l’hydrogène « gris » à l’hydrogène « turquoise », L. Fulcheri, L’Actualité Chimique (octobre 2021) N°466 pp. 28-34
Noir de carbone sur le site Elementarium

Crédit illustration : Vladimir Razgulyaev / Adobe Stock
 

2050 : objectif « neutralité carbone » en France. Une transition énergétique et numérique s’impose pour limiter drastiquement les émissions de gaz à effet de serre et le changement climatique. Cette transition, adossée au déploiement des énergies renouvelables et de l’électromobilité, conduit à utiliser davantage de métaux (acier, aluminium, cuivre, mais aussi indium, lithium, cobalt, terres rares…) dont le rôle devient stratégique. Comment, face à une demande croissante, limiter notre dépendance à certains métaux ? Quels sont les enjeux pour l’industrie métallurgique et plus particulièrement celle du recyclage ?

Parties des programmes de physique-chimie associées

• Programme de physique-chimie de seconde générale et technologique – Constitution de la matière de l’échelle macroscopique à l’échelle microscopique, A) Description et caractérisation de la matière à l’échelle macroscopique
• Programme de sciences physiques et chimiques en laboratoire de première STL – Chimie et développement durable, Sécurité et environnement
• Programme de physique-chimie et mathématiques de première STI2D – Matière et matériaux, Propriétés des matériaux et organisation de la matière
• Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D – 1. Principes de conception des produits et développement durable, 1.5. Approche environnementale
• Programme d’enseignement scientifique de terminale générale – Thème 2 : Le futur des énergies

Les canettes en aluminium sont très utilisées pour les boissons. Mais comment sont-elles fabriquées ?

À travers cette vidéo découvrez la fabrication de l'aluminium avec son bilan énergétique et le dégagement de gaz à effet de serre associé, puis dans un second temps les économies d’énergie considérables que permet le recyclage en limitant simultanément les rejets de GES.

Alors pensez à déposer vos canettes dans les bacs de tri !

La réduction des prélèvements d’eaux en milieu industriel peut s’avérer très complexe surtout dans un contexte avec des installations interconnectés et anciennes dont la conception n’a pas été prévue pour optimiser les flux d’eau.

L’efficacité hydrique nécessite donc une stratégie globale, systémique et intégrée qui peut se comparer aux méthodes utilisées pour améliorer l’efficacité énergétique.
Il est important de noter que quantité et qualité de l’eau sont indissociables pour étudier et engager des actions d’améliorations.

La première phase consiste souvent à acquérir ou améliorer la compréhension des flux physiques et le processus de gestion de l’eau. Cet état des lieux, qui doit aboutir sur un schéma procédé global, est primordial pour combiner les actions suivantes :

• Contrôle de l’intégrité du réseau interne de distribution soit par des moyens spécifiques (recherche de fuites) soit en réalisant la balance comptable entrées/sorties ;
• Vérification que l’ensemble des flux utilisés sont mesurés avec la précision requise et avec des instruments adaptés et fiables ;
• Amélioration de la performance des installations de traitement, distribution et utilisations de l’eau ;
• Évolution des utilisations de l’eau par des procédés plus sobres ou en modifiant des installations ;
• Amélioration du pilotage des équipements de production (régulations sur les échangeurs, réduction de la quantité d’eau lors des phases transitoires, …) ;
• Réorganisation et valorisation des effluents (tri des effluents, réutilisation d’effluents sans traitement, …) ;
• Valorisation éventuelle des eaux pluviales (réutilisation pour certaines opérations de lavage, …) ;
• Réflexion sur les différentes opérations utilisant de l’eau afin d’apporter des modifications de pratiques opératoires (limitation des quantités d’eau lors des opérations de lavage, …) ;
• Sensibilisation et formation des exploitants et de tous les acteurs ayant un impact sur les quantités d’eau utilisées.

La stratégie doit également comporter un volet sur les impacts indirects de la réduction des prélèvements d’eau (concentration des effluents, conformité réglementaire, …).

Enfin, la réussite nécessite impérativement l’implication de l’ensemble des collaborateurs de l’entreprise.

À travers l’utilisation de documents de nature diverse, issus du site Mediachimie, le lecteur prendra conscience, si ce n’est pas déjà le cas, de la richesse de ce site et pourra poursuivre sa quête d’informations.

 

Programmes spécifiques de physique-chimie pour les classes de première et de terminale Bac professionnel propres au groupement de Spécialités 5.
Le Groupement 5 rassemble les spécialités de baccalauréats professionnels mobilisant des compétences professionnelles qui nécessitent de solides connaissances dans le domaine de la chimie. Il réunit les spécialités de secteurs professionnels variés : l’industrie chimique, la bio-industrie, la cosmétologie, la teinturerie, les textiles, la plasturgie, l’esthétique, la gestion des pollutions et la protection de l’environnement, la verrerie, les plastique et composite…

Le colloque « Chimie, recyclage et économie circulaire » qui a eu lieu le 8 novembre 2023 au sein de la Fondation de la Maison de la Chimie, a mis en lumière certains enjeux du recyclage des matériaux dont les progrès à réaliser dans la  collecte des déchets mais aussi les objets usagés et la nécessité de sans cesse innover pour améliorer les procédés existants.

Tout cela s’inscrit dans la transition écologique nécessaire pour évoluer vers un nouveau modèle économique et social qui apporte une solution globale et pérenne aux grands enjeux environnementaux de notre siècle et aux menaces climatiques qui pèsent sur notre planète. La chimie est bien entendu très sollicitée pour y parvenir.

Dans ce dossier, après avoir défini les contours de l’économie circulaire, nous aborderons le recyclage de quelques familles de matériaux.

Chimie, recyclage et economie circulaire

• Terminale générale, spécialité physique-chimie — Partie « Constitution et transformations de la matière » — 3. A et C : Prévoir l’état final d’un système, siège d’une transformation chimique — 4. Élaborer des stratégies en synthèse organique
• Première STI2D et terminale STI2D, programmes de physique-chimie et mathématiques —Partie « Matière et matériaux » / Oxydo-réduction
• Terminale STL, programmes de physique-chimie et mathématiques — Partie « Constitution de la matière » / Réactions d’oxydo-réduction

Avec le démontage en direct d’un smartphone, vous découvrirez comment fonctionnent l’écran tactile, la dalle d’affichage et prendrez conscience de tous les éléments chimiques présents dans votre smartphone et leurs rôles. La vidéo se présente en 6 chapitres.

• Partie 1 : Structure en mille feuille
• Partie 2 : Comment fonctionne l’écran tactile
• Partie 3 : L’affichage
• Partie 4 : LCD vs OLED
• Partie 5 : La composition globale
• Partie 6 : L’impact environnemental