L’histoire de l'humanité est liée à celle des matériaux, à la maîtrise du feu et à la possibilité d’obtenir des températures élevées. Cependant l'observation de la nature montre que le vivant a depuis longtemps appris à fabriquer ses propres matériaux dans des conditions beaucoup plus douces, à l’exemple des diatomées qui élaborent de fines architectures de verre à partir de la silice dissoute dans les océans.

L’auteur a développé une ‘chimie douce’ qui permet de construire un réseau de silice par condensation de précurseurs moléculaires en solution. Compatible avec la chimie organique, la polymérisation inorganique conduit à la synthèse de matériaux originaux tels que les hybrides organo-minéraux. Ces nouveaux matériaux, élaborés à basse température, trouvent aujourd'hui de nombreuses applications industrielles et biologiques.

Objectif : Montrer qu’en s’inspirant de la nature, on peut « construire » des matériaux par condensation de précurseurs en solution, dans des conditions assez douces pour respecter des espèces biologiques telles que protéines, enzymes etc, voire même des organismes vivants (microalgues).

Le dioxyde de carbone supercritique a de nombreuses applications industrielles dans des domaines aussi variés que l'agroalimentaire, la cosmétique, la pharmaceutique ou encore les matériaux. Les procédés utilisant le dioxyde de carbone supercritique s'adressent entre autres à l'extraction, l'imprégnation, la formulation, la stérilisation et le nettoyage.

Dans un tour d’horizon rapide, cet article permet de découvrir le rôle croissant des fluides supercritiques dans les technologies industrielles mises en place pour répondre aux critères de la chimie verte. Ainsi, par exemple les domaines de l'agroalimentaire, la cosmétique, la pharmaceutique ou encore les matériaux sont concernés.

Un déchet peut être inesthétique ou encombrant, mais parfois aussi dangereux ou toxique. C’est un obstacle au développement durable. Or les déchets constituent un gisement de matières premières accessibles, même s’ils présentent une grande hétérogénéité physique et chimique et des propriétés variables en fonction de leur origine.

1-Papiers et cartons
Jadis obtenu à partir de vieux chiffons, le papier est désormais produit à partir de bois, ressource renouvelable et biodégradable. Toutefois sa production est une industrie polluante, gourmande en eau, en énergie et en matières premières. Le recyclage est donc largement pratiqué : la pâte à papier de recyclage compte pour plus de la moitié de la consommation mondiale de papier.*

2-La valorisation des déchets ou leur traitement
Après leur séparation et leur tri, jusqu’à 50 % des déchets collectés peuvent être valorisés, soit sous forme de matières premières secondaires pour l’industrie, soit sous forme de combustibles de substitution…

3-Recyclage des équipements électroniques et des piles usagées
La règlementation oblige à collecter et dépolluer ces déchets qui augmentent trois fois plus vite que les autres déchets... La menace de pénurie pousse aussi au recyclage: exemple du lithium, matière première non renouvelable, peu abondante et inégalement répartie. Pour sécuriser leurs approvisionnements, les filières utilisatrices de ce métal (dans les piles et batteries par exemple) montrent un intérêt croissant pour son recyclage.

Objectif : Comprendre que les déchets émanant de notre sociétéont vocation à être collectés, recyclés ou valorisés, pour des raisons économiques, écologiques ou réglementaires.

Dans cet article l’état supercritique est défini avec ses caractéristiques. Des données thermodynamiques sont fournies. On y découvre entre autres le pouvoir solvant exceptionnel à la source de nombreuses applications de ces fluides. Le dioxyde de carbone et l’eau sont parmi les leaders dans les applications. On pourra s’étonner des capacités de l’eau supercritique à dissoudre de façon inattendue des composés organiques. Ces fluides interviennent dès à présent dans des procédés d’extraction, de dépollution et dans des synthèses.

À l’exception de quelques explications physico-chimiques plus détaillées pour expliquer les propriétés fascinantes de ces matériaux, ce cours très pédagogique et magnifiquement illustré d’exemples est pour la plus grande partie accessible à tous à partir du niveau baccalauréat.

La chimie associée à ces matériaux, dont la taille varie du nanomètre à quelques microns, est présentée de la formation du solide à partir de la solution jusqu’à leur cristallisation ainsi que leur importance dans le monde du vivant.

Ces nano-objets ont des propriétés physiques et chimiques inhabituelles qu’il est important de comprendre pour mieux savoir les exploiter et les maîtriser.

Les nanosciences et les mésosciences constituent un nouveau domaine de recherche important qui a de nombreuses applications dans le monde du vivant, dans la nanomédecine (imagerie, diagnostic, thérapie), dans la physique des plasmons (sondes et images), dans la nanocatalyse (réactivité exaltée et ajustée) et dans l’énergie (batteries Li-ions, piles à combustibles, cellules photovoltaïques). Tous ces points sont expliqués à partir d’exemples concrets.

La science, la philosophie et l’humanisme sont intimement mêlés dans cet exposé où l’auteur montre à travers les relations entre la chimie et le vivant et le chimiste et le vivant que la vie dépend de la capacité des organismes vivants à utiliser efficacement le potentiel chimique de leur environnement.

Après avoir résumé l’histoire de la chimie biologique, Marc Fontecave nous montre le rôle important joué par les ions métalliques dans l’analyse du monde vivant et les apports de la chimie bio-inorganique. À l’interface de la chimie et de la biologie, la chimie bio-inorganique est en pleine expansion. Les développements sont prévisibles et souhaitables dans de nombreux domaines tels que la chimie verte (toxicologie, biocatalyse, chimie bio-inspirée), l’identification des molécules du vivant (petites molécules et protéines) et les applications dans le domaine de la santé (vectorisation des médicaments, nouveaux outils d’imagerie et de diagnostic, traceurs, chimie du cerveau…).

En 2050 la population mondiale atteindra 9 milliards d’habitants. Cette leçon montre comment nos sociétés pourront s’adapter à des besoins alimentaires et énergétiques croissants tout en préservant notre environnement.

L’un des défis majeurs du 21^e siècle sera de développer une bio-économie, c’est-à-dire de créer de nouveaux systèmes de production permettant d’articuler les filières alimentaires, énergétiques et chimiques, en remplaçant une partie du carbone fossile par du carbone d’origine biologique produit à partir des composants de la biomasse, des plantes ou des micro-algues. Des exemples sont donnés dans tous ces domaines ainsi que les descriptions des biotechnologies « vertes », « blanches » et industrielles des procédés fermentaires.

Ce panorama très complet se termine sur une réflexion sur les controverses sociétales et les changements de paradigmes technologiques et politiques entrainés par l’appropriation sociale de ces avances technologiques.

Ce document décrit un procédé de production de biocarburants à partir de ressources végétales renouvelables : la biomasse lignocellulosique.

Dans la première partie un peu plus fondamentale, on montre comment isoler la cellulose du bois qui est un polymère naturel, comment la transformer en glucose, puis comment obtenir l’éthanol, dit « essence verte ». Quelques observations-expériences sont décrites à propos des consommations mondiales d’énergie, des réserves de pétrole, des sources et réserves de biomasse, des réactions de combustion des trois principaux carburants, des réactions de fermentation.

Objectifs

• Prendre conscience que la chimie est présente dans les domaines de la nature et de l’environnement.
• Savoir expliquer que des ressources naturelles renouvelables sont utilisables comme carburant.

Remarque : un jeu électronique interactif et un quiz permettent à l’enseignant de dédoubler sa classe durant une séance de travaux pratiques ou de remédiation.

Deux rapports du programme des Nations-Unies pour l’environnement donnent des études très détaillées sur le recyclage des métaux. À côté de 18 éléments dont le recyclage dépasse ou atteint 50%, 34 ont des taux extrêmement bas, ce qui pose la question de leur pénurie. Par ailleurs, sont identifiés en stock dans les villes les immeubles et nos placards des tonnages impressionnants de métaux parfois largement supérieurs à plusieurs productions annuelles (Fe, Cu, A ...). Ces rapports montrent que le recyclage doit se développer à grande échelle et donne un éclairage particulier sur une branche industrielle de la métallurgie.