La Chimie Verte

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La Chimie Verte
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Introduction, les couleurs de la chimie
Chimie Rouge, ACCIDENTS
Usine AZF, Toulouse 2001, France
Naufrage Erika, France
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Introduction, les couleurs de la chimie
Chimie Noire, POLLUTION
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Introduction, les couleurs de la chimie
Chimie Rose, SANTE
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Introduction, les couleurs de la chimie
Chimie Rose, AGROALIMENTAIRE
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Introduction, les couleurs de la chimie
Chimie Rose,
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Introduction

• Industrie chimique versus environnement/pollution
• Traitement de la pollution (avant 1990)
• Dilution des déchets (rejet dans les eaux, les
  airs, les sols de manière non contrôlée)
• -Persistance
• -Bioaccumulation
• -Effet cancérigène
• Prise de conscience réflexion sur une  réforme
  de la chimie  

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Introduction,
9
Introduction,
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Définition de la chimie verte

• La chimie verte a pour but de concevoir des
  produits et des procédés chimiques permettant de
  réduire ou déliminer lutilisation et la
  synthèse de substances dangereuses.
• Anastas (1991)

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Les 12 principes de la chimie verte

• 1. La prévention des déchets
• 2. Léconomie atomique
• 3. Des synthèses chimiques moins nocives ou
  dangereuses
• 4. La création de produits chimiques moins nocifs
• 5. Des solvants/agents de séparation plus
  sécuritaires
• 6. Lefficacité énergétique

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Les 12 principes de la chimie verte

• 7. Lutilisation de matières premières
  renouvelables
• 8. La diminution de produits de dégradation
  toxiques
• 9. Lutilisation de la catalyse
• 10. La conception de produits dégradables ou à
  utiliser totalement
• 11. Lanalyse en temps réel pour la prévention de
  la pollution
• 12. Une chimie plus sécuritaire pour la
  prévention des accidents

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Léconomie datomes

• Objectif
• Maximiser le nombre datomes de réactifs
  transformés en produit au cours de la synthèse
• Réduire la quantité de résidus de réaction voir
  les supprimer

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Léconomie datomes

• En chimie conventionnelle
• En chimie verte
• Concept déconomie datome ou utilisation
  atomique

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Léconomie datomes
Exemple Réaction de déhydrohalogénation du
2-bromo-2-méthylpropane par l'éthanolate de
sodium qui conduit au méthylpropène
Utilisation atomique
Un procédé sera d'autant plus efficace, que son
utilisation atomique sera proche de 100.
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Synthèse de libuprofène procédé Boots
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Synthèse de libuprofène procédé Boots
Réactif (g.mol-1) Réactif (g.mol-1) Réactif (g.mol-1) Atomes utilisés dans l'ibuprofène Atomes utilisés dans l'ibuprofène Atomes non-utilisés dans l'ibuprofène Atomes non-utilisés dans l'ibuprofène
Total (g.mol-1) Total (g.mol-1) Total (g.mol-1) Ibuprofène Ibuprofène Déchets Déchets
C20H42NO10ClNa C20H42NO10ClNa 514,5 C13H18O2 206 C7H24NO8ClNa 308,5
1 C10H14 134 10 C, 13 H 133 1 H 1
2 C4H6O3 102 2 C, 3 H 27 2 C, 3 H, 3 O 75
4 C4H7ClO2 122,5 1 C, 1 H 13 3 C, 6 H, 1 Cl, 2 O 109,5
5 C2H5ONa 68   0 2 C, 5 H, 1 O, 1 Na 68
7 H3O 19   0 3 H, 1 O 19
9 NH3O 33   0 1 N, 3 H, 1 O 33
12 H4O2 36 1 H, 2 O 33 3 H 3
Utilisation atomique UA (206/514,5)100
40 Ibuprofène 13000 T/an Déchets 20000
T/an
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Synthèse de libuprofène procédé BHC
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Synthèse de libuprofène procédé BHC
Réactif (g.mol-1) Réactif (g.mol-1) Réactif (g.mol-1) Atomes utilisés dans l'ibuprofène Atomes utilisés dans l'ibuprofène Atomes non-utilisés dans l'ibuprofène Atomes non-utilisés dans l'ibuprofène
Total (g.mol-1) Total (g.mol-1) Total (g.mol-1) Ibuprofène Ibuprofène Déchets Déchets
C15H22O4 C15H22O4 266 C13H18O2 206 C2H4O2 60
1 C10H14 134 10 C, 13 H 133 1 H 1
2 C4H6O3 102 2 C, 3 H, 1 O 43 2 C, 3 H, 2 O 59
4 H2 2 2 H 2    
6 CO 28 CO 28    
Utilisation atomique UA (206/266)100
77,4 Ibuprofène 13000 T/an Déchets 4000
T/an valorisés 4000 T/an
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Léconomie datome Synthèse de libuprofène
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Léconomie datome
Le facteur E est relié à l'utilisation atomique
(UA) par la relation
Un procédé sera donc d'autant plus efficace, que
son facteur E sera proche de 0.
Secteur Tonnage annuel Facteur E
Chimie lourde lt 104-106 lt 1 ? 5
Chimie fine 102-104 5 ? gt 50
Industrie pharmaceutique 102-103 25 ? gt 100
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Léconomie datome

• Classement des réactions en fonction de
  léconomie datomes

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Les réactions catalytiques

• Réactions stœchiométriques moins efficaces que
  les réactions catalytiques

• les sels de chrome, sous-produits très toxiques
  de la réaction stœchiométrique
• Facteur environnemental Q tient compte de la
  toxicité des sous-produits, de la facilité de
  séparation, de leur caractère recyclable, etc.
  C'est alors le produit E.Q qui est le plus
  pertinent pour quantifier l'impact
  environnemental du procédé.
• Q 1 pour l'eau
• Q gtgt1 pour les sels de chrome.

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Les réactions catalytiques
Autre exemple L'allylation du phénol par la
synthèse de Williamson
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Les réactifs verts

• Définition
• Les réactifs verts sont des réactifs
  faiblement ou non toxiques pour les
• humains et sans conséquences sur l'environnement
• Exemple La synthèse de l'isocyanate (composé de
  base de l'industrie des
• polymères)

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Les solvants verts

• Rôles des solvants
• Mise en contact de réactifs
• Contrôle de la vitesse des réactions
• Extraction des composés organiques
• Inconvénients
• Beaucoup de solvants toxiques, inflammables
  (benzène, hexane, dichlorométhane)
• Ne prennent pas part à la réaction et pas
  toujours recyclables
• Solutions
• Les remplacer ou les éliminer

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Les solvants verts

• Quest ce quun solvant vert 
• Faible toxicité
• Facilement recyclable (pas besoin de stockage)
• Facile à éliminer du produit final
• Faible réactivité

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Les solvants verts CO2 supercritique

• Substitut aux solvants organiques apolaires
• Point critique pour Tgt31C et Pgt 73 atm
  développement de procédés à basse température
  pour des produits thermosensibles
• Propriétés comprises entre les propriétés dun
  fluide à létat gazeux et celles à létat
  liquide pouvoir solvant à géométrie variable
  
• -gt dissolution sélective des composés

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Les solvants verts CO2 supercritique

• Un solvant de choix
• Pas de solvant résiduel à la fin du traitement
  (évacuation sous pression atmosphérique)
• Non toxique
• Chimiquement inerte, pas de problèmes doxydation
  du produit
• Inodore
• Non inflammable
• Basse température critique
•  

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Les solvants verts CO2 supercritique

• Applications industrielles
• L'agro-alimentaire extraction/fractionnement de
  diverses matrices (animales ou végétales)
  (remplace par exemple le tétrachlorométhane CCl4,
  très toxique, dans le procédé de décaféination),
  extraction darômes
• La pharmacie extraits de plantes médicinales
• Les matériaux purification de polymères,
  teintures
• La chimie élimination de produits de réaction
• La biochimie purification dantibiotiques

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Les solvants verts H2O supercritique

• Substitut aux solvants organiques polaires
• Point critique pour Tgt374C et
• Pgt 221 atm
• - Non toxique, non inflammable, recyclable
• Pouvoir solvant ajustable,
• fonction de T et de P
• - Miscibilité totale avec solvants organiques
• - Faible solubilité de sels minéraux

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Les solvants verts H2O supercritique

• Applications industrielles
• Extraction dhuiles essentielles
• Traitement de solvants organiques toxiques
• Transformation plus rapide de la biomasse en
  méthane et utilisation comme carburant
• Valorisation des sels minéraux issus de la
  biomasse sous forme dengrais

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Les solvants verts liquides ioniques

• Etat liquide à Température Ambiante
• Constitués dions et non pas de molécules neutres
• Avantages
• Propriétés de miscibilité propres en fonction de
  la composition chimique du sel
• Recyclage aisé (lavage, séchage)
• Non inflammable, non volatil, non toxique

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Les solvants verts domaine des peintures

• Peinture Pigments Polymère Solvant
  additifs
• Remplacement des solvants organiques par leau
• Peintures en phase aqueuse phase liquide
  composée deau (80) et de solvants (alcools,
  éthers)
• Hydrodiluables émulsion du polymère dans leau
  (lt0,5 solvant)
• Hydrosolubles polymères dissous dans le mélange
  eau/solvant
• Mais également
• Peintures en poudre (sans solvant)
• Peintures réticulables sous ultra-violets
  (polymérisation à la
• lumière)

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Lutilisation de ressources renouvelables
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Les ressources renouvelables biocarburants
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Les ressources renouvelables biocarburants

• Les limites des biocarburants
• Besoins en carburant trop important
• les dérivés pétroliers encore utilisés dans la
  fabrication de ces biocarburants
• le biodiesel "de seconde génération" obtenu par
  gazéification
• de la biomasse lignocellulosique des plantes (ie
  à partir des tiges
• et des troncs) pour produire un hydrocarbure type
  GPL.

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Les ressources renouvelables biomatériaux

• Polyéthylène, polypropylène, polyuréthane,
  polystyrène Presque tous les plastiques peuvent
  aujourd'hui être fabriqués à partir d'amidon.

Plastique ordinaire temps dégradation 4
siècles Bioplastique 6 mois pour se transformer
en compost
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Les ressources renouvelables biomatériaux
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Les ressources renouvelables biomatériaux

• Avantages
• -68 de gaz à effet de serre en moins par
  rapport aux matières plastiques à base de
  combustibles fossiles.
• -Dépendance moindre au pétrole étranger
• -Bioplastiques 100 végétaux non-toxiques pour
  lenvironnement.
• -Recyclage possible
• Inconvénients
• -Faible point de fusion
• -la fabrication de matériaux Bioplastiques est
  encore souvent dépendante du pétrole comme source
  dénergie et de matériaux (machines agricoles,
  transport, transformations matières premières)
• -Le coût (le double des résines polymères
  traditionnelles)
• -Opposition culture vivrière/culture
  industrielle
• -Compostables sous certaines conditions

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Les ressources renouvelables tensioactifs

• Tensioactifs dans produits détergents
• Partie hydrophile dérivé de l'oxyde d'éthylène,
  issu du raffinement du pétrole remplacé par un
  sucre extrait de la paille de blé ou de la
  betterave.
• Le groupement lipophile est généralement un
  alcool de colza, de tournesol, de l'huile de
  palme, etc.
• Tensioactifs végétaux introduits dans les
  produits phytosanitaires optimise la sélectivité
  du traitement, diminue les doses, et retient le
  produit sur la plante en cas de ruissellement.

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Les ressources renouvelables les limites

• Végétal ne veut pas toujours dire biodégradable
• Lénergie dépensée pour fabriquer ou recycler le
  produit
• 50 du coût du bioéthanol est ainsi lié aux
  levures qui dégradent la cellulose en sucre.
• Impact sur lagriculture

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Chimie verte et développement durable

• Le développement durable est le
  développement qui satisfait les besoins des
  générations actuelles sans priver les générations
  futures de la possibilité de satisfaire leurs
  propres besoins Go Harlem Brundtland  Our
  common future  1987

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Chimie verte et développement durable
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Chimie verte et développement durable

• Le développement durable est le fils des médias.
• 3 dates clés
• 1992 sommet de la Terre à RIO Biodiversité
  (programme dactions décliné en agenda 21)
• 1997 conférence de KYOTO Réchauffement
  climatique (réduction des émissions de GES)
• 2002 sommet mondial du DD à JOHANNESBURG
  Démographie

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Education au développement durable