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1 La chimie verte: la chimie transformée (réinventée) pour un environnement plu

1 La chimie verte: la chimie transformée (réinventée) pour un environnement plus propre 1. introduction L'industrie chimique s'est considérablement développée au cours du vingtième siècle, et plus particulièrement après la deuxième guerre mondiale. La chimie fait aujourd'hui partie de notre quotidien : l'essentiel des produits que nous consommons ou utilisons ont, au moins à une étape de leur fabrication, un lien avec l'industrie chimique (« Et si les chimistes arrêtaient tout ».) Cependant, l'image de la chimie auprès du public s'est progressivement dégradée au rythme de catastrophes aux conséquences humaines ou écologiques lourdes. Par exemple, on découvre en 1961 que la thalidomide, prescrite comme antinauséeux, provoque des malformations du nouveau-né lorsqu'elle est administrée aux femmes enceintes durant les premiers mois de la grossesse. Vers la même période, le DDT (insecticide longtemps considéré comme une solution miracle dans la lutte contre le paludisme en raison de son efficacité dans l'éradication des moustiques vecteurs de la maladie) se révèle être un polluant organique persistant: on en retrouve dans l'environnement longtemps après l'épandage et il s'insère dans la chaîne alimentaire de l'homme ; son utilisation est aujourd'hui très réglementée, il est interdit dans de nombreux pays. De plus, les accidents industriels comme ceux de Seveso (Italie 1976), Bhopal (Inde 1984), l'explosion de l'usine AZF (Toulouse 2001), … etc. Cependant, la fréquence de ces évènements était et reste encore très faible. En revanche, tout au long de sa phase d'expansion intense, l'industrie chimique a libéré des substances de manière non-contrôlée dans les airs, les eaux ou les sols. En effet, la dilution était alors considérée comme la meilleure solution aux problèmes de pollution ! La prise de conscience relativement récente de l'étendue et des effets de cette pollution a imposé la nécessité de changer le mode de développement de l'industrie chimique. Une réflexion sur une « réforme de la chimie » s'est engagée, réflexion qui s'insère dans le cadre de travaux de plus grande ampleur sur l'impact des activités humaines sur l'environnement. 2 Industrie chimique • croissance estimée (de 1995 à 2020) : 85% • records de croissance (derniers 50 ans) Facteur E = déchets/produits -production industrielle de produits chimiques raffineries de pétrole (plusieurs Mt) : E < 0,1 Essence, huile, dihydrogène, éthylène, produits organiques de base,… -Chimie lourde (plusieurs Mt) : E < 1 à 5 soude, chlore, ammoniac, engrais (urée), acides chlorhydrique et sulfurique,.… -Chimie fine (milliers de t) : E = 5 à >50 pesticides, industrie phytosanitaire, produits de beauté,… -Médicaments (≈ millier de t) : E = 25 à >100 (chimie pharmaceutique) Bienfaits de la chimie (des produits chimiques) : -Amélioration de la qualité de vie (santé, confort …) -Augmentation de la durée de vie : -traitement de maladies -diminution de décès de jeunes enfants et de personnes âgées Méfaits de la chimie (des produits chimiques) : Pollution, accidents (explosions, libération de substances toxiques) (mortalité, maladies) … La chimie : Quelque catastrophes -Bhopal (Inde) le 3 décembre 1984 : explosion d'une usine Union Carbide produisant des pesticides et qui a dégagé 40 tonnes d’isocyanate de méthyle dans l’atmosphère de la ville :12 000 morts et 300 000 malades. -Saint-Basile-le-Grand, 23 août 1988: feu de barils d'huile contenant des biphényles polychlorés (BPCs)épais nuage toxique composé de BPCs et dedibenzofuranes polychlorés (DFPCs) -12décembre1999: naufrage de l'Erika, pétrolier, au large des côtes françaises. 12000 tonnes de pétrole lourd répandues. -30 janvier 2000:déversement accidentel de100000 m3d'eau contenant du cyanure dans un affluent roumain de la Tisza, anéantissant toute vie aquatique dans le cours hongrois. - 13mai 2000:explosion de l'usine de stockage de feux d'artifices à Enschede de Pays-Bas. 3 - 21septembre2001:l'explosion de l'usine chimique AZF à Toulouse, France 500 blessés tout en causant des destructions importantes à Toulouse. -14novembre2002: naufrage du Prestige, pétrolier, au large des côtes Espagnoles.77000 tonnes de pétrole lourd sont répandues. Depuis la prise de conscience des répercussions des activités humaines sur les systèmes naturels qui a conduit à la première conférence mondiale sur l’environnement en juin 1972 à Stockholm, divers programmes pour l’environnement ont été mis en place. Le concept de développement durable a été élaboré en 1987 par la Commission mondiale sur l’environnement et le développement, présidée par le Premier ministre norvégien, Mme Brundtland. La chimie verte apparaît comme un outil privilégié, la plaçant au cœur même du développement durable. D’autres concepts où la chimie verte joue un rôle central concernent l’écologie industrielle, issue de l’analogie avec les écosystèmes naturels. et définie classiquement comme l’ensemble des pratiques industrielles destinées à réduire la pollution. Il s’agit en fait d’un ensemble d’opérations de rationalisation de la production permettant une réduction importante des consommations d’énergie et de matière, une minimisation des déchets, une réutilisation des rejets pour servir de matières premières à d’autres processus de production. 2. Définition de la chimie verte (green chemistry ) La chimie verte, ou chimie durable, selon la définition de Paul Colonna, se définit « comme la conception, le développement et l’utilisation de produits chimiques et de procédés visant à réduire ou éliminer l’usage ou la formation de substances dangereuses ou toxiques pour la santé et l’environnement». Stéphane SARRADE complète cette définition : la chimie verte, c’est concevoir des produits et des procédés industriels à partir du génie des procédés avec un impact minimum sur trois domaines majeurs : 1- La santé des opérateurs, 2- La qualité de l’environnement et, 3-La santé des consommateurs. 4 3. Principes de chimie verte En 1991, Anastas qui était alors le responsable de la Direction générale de la Chimie industrielle à l’Agence pour la protection de l’environnement des États-Unis, a énoncé le concept de Green Chemistry. L’objectif de la chimie verte, également nommée «chimie en faveur du développement durable» ou «chimie éco-compatible» ou encore «chimie durable», est de prévenir la pollution en concevant les produits et les procédés chimiques permettant de réduire ou d’éliminer à la source l’utilisation et la synthèse de substances dangereuses. Ces premières initiatives de recherches répondaient à quatre concepts fondamentaux, qui seront plus tard repris et détaillés en 1998 par Paul Anastas et John Warner, chercheurs à l’Agence américaine pour l’environnement (EPA), ont jeté les bases théoriques de cette nouvelle discipline en publiant un ouvrage énonçant 12 principes fondateurs de la chimie verte. Aujourd’hui mondialement reconnus comme les bases de la chimie verte. . En 1998, Anastas et Warner ont proposé douze principes pour mettre en pratique la chimie verte, une chimie moderne respectueuse de l’environnement. Tous ces principes visent à diminuer les rejets, la quantité de matière utilisée, en particulier les ressources non renouvelables, la dépense énergétique ainsi que les risques et les dangers. Pour être vraiment verte, la chimie doit satisfaire complètement les douze principes. Si un seul est satisfait, on peut être très loin de la chimie verte. On s’en approche si la grande majorité des principes sont satisfaits, mais il est clair qu’il faudra se munir d’indicateurs précis pour évaluer la vertitude (une verte attitude, greenness en anglais) des procédés chimiques. Dans une industrie chimique idéale, les produits seraient conçus pour avoir le minimum d’impact sur l’environnement, les matières premières seraient d’origine renouvelable (biomasse), les réactions seraient faites avec des catalyseurs recyclables et non des promoteurs stœchiométriques, les procédés n’utiliseraient aucun solvant ou des solvants n’ayant pas d’impact sur l’environnement et recyclables, les synthèses se feraient dans des réacteurs de petites dimensions afin de minimiser tout risque, la dépense énergétique serait maîtrisée, les sous-produits seraient minimisés et si possible recyclés, enfin, les produits seraient manufacturés au voisinage de leur lieu d’utilisation pour minimiser les transports. 5 Les quatre concepts de base (selon la définition de Stéphane SARRADE) A. Mieux utiliser la matière première Utiliser au maximum les matières premières, qui transformées, doivent se retrouver le plus largement possible dans le produit final, limitant ainsi la production de sous-produits. Ceci sousentend d’appauvrir au maximum la matière première utilisée et les déchets résiduels produits (devenant ainsi plus inoffensif pour l’environnement) B. Utilisé des solvants propres, non toxiques et compatibles avec l’environnement Abandonner, par exemple, certains solvants organiques tels que le benzène au profit d’utilisation croissante de fluides supercritiques. C. Utiliser au mieux l’énergie, en termes de rendement, d’économies, de sources et de rejets. Exemple d’application : recherche et développement d’agro-carburants de première et de seconde génération, maîtrise des rejets gazeux des véhicules (utilisation des catalyseurs dans les pots d’échappement, filtres à particule…). D. Produire des quantités minimales de déchets dans des formes adaptées (solide, liquide ou gazeuse) qui limitent leur dissémination potentielle et facilitent le recyclage . 4. Énoncé des 12 principes de chimie verte 1. Prévention : il vaut mieux produire moins de déchets qu'investir dans l'assainissement ou l'élimination des déchets. 2. Économie d'atomes : les synthèses doivent être conçues dans le but de maximiser l'incorporation des matériaux utilisés au cours du procédé dans le produit final. 3. Synthèses chimiques moins nocives : lorsque c'est possible, les méthodes de synthèse doivent être conçues pour utiliser et créer des substances faiblement ou non toxiques pour les humains et sans conséquences sur l'environnement. 4. Conception de produits chimiques plus sécuritaires : les produits chimiques doivent être uploads/Industriel/ cours-de-chimie-verte-an.pdf