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LA CHIMIE VERTE, DE LA RECHECHER A L’INDUSTRIE WWW.CEA.FR/PRESSE | LE-FIL-SCIEN

LA CHIMIE VERTE, DE LA RECHECHER A L’INDUSTRIE WWW.CEA.FR/PRESSE | LE-FIL-SCIENCE.CEA.FR 1 CHIMIE VERTE : REPENSER LA CHIMIE POUR LE MONDE DE DEMAIN Point presse du 20 janvier 2015 Contact Presse : CEA François Legrand | T. +33 (0)1 64 50 27 53 | francois.legrand@cea.fr Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives Direction de la Communication | Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | T. +33 (0)1 64 50 20 11 | F. +33 (0)1 64 50 28 92 Établissement public à caractère industriel et commercial | RCS Paris B 775 685 019 LA CHIMIE VERTE, DE LA RECHECHER A L’INDUSTRIE WWW.CEA.FR/PRESSE | LE-FIL-SCIENCE.CEA.FR 2 Classification périodique des éléments chimiques. LA CHIMIE VERTE, DE LA RECHECHER A L’INDUSTRIE WWW.CEA.FR/PRESSE | LE-FIL-SCIENCE.CEA.FR 3 Sommaire La chimie verte, une réponse aux enjeux du développement durable .......... 4 Répondre à des besoins vitaux ......................................................................... 4 Chimie verte au CEA ......................................................................................... 4 Un concept né il y a plus de vingt ans ............................................................... 5 Les défis de la chimie verte pour la recherche et l’industrie .............................. 5 Recycler les métaux ............................................................................................ 7 Récupérer l’argent métal des cellules photovoltaïques ..................................... 7 Echapper aux tensions sur l’approvisionnement en terres rares ....................... 8 Remplacer des composés dangereux ou couteux ........................................ 10 Se passer du chrome cancérigène pour l’adhérence des peintures aéronautiques .................................................................................................. 10 Se passer du platine dans les piles à combustible pour en réduire le coût ..... 11 Se passer du ruthénium toxique dans les cellules photovoltaïques transparentes et colorées ................................................................................ 12 Des batteries propres et compétitives ............................................................. 14 Remplacer les terres rares des aimants par des nanofils magnétiques .......... 16 Transformer des déchets en produits utiles .................................................. 17 Des formamides fabriqués à partir du recyclage de deux déchets .................. 18 Des composés aromatiques tirés de la lignine naturelle ................................. 19 Du méthanol à partir du CO2 en passant par l’acide formique ........................ 19 Des concepts nouveaux pour la synthèse chimique ..................................... 20 La chimie sous ultrasons ................................................................................. 20 Fabriquer de l’hydrogène à partir de l’eau ....................................................... 22 Les apports des sciences du vivant à la chimie verte ................................... 26 Réduire les émissions de dioxyde de carbone ................................................ 26 Bioremédiation : la biologie pour réhabiliter les sols ....................................... 28 Les microalgues produisent des molécules d’intérêt ....................................... 32 Les enzymes et les bactéries fabriquent des molécules d’intérêt ................... 39 La chimie, au cœur des enjeux d’un nucléaire durable ................................ 40 Une vision globale des matières ...................................................................... 40 Le cycle du combustible fermé ........................................................................ 41 Les procédés du cycle du combustible ............................................................ 44 Intensification des procédés, un enjeu de R&D ............................................... 46 Valorisation à l’ensemble de la filière nucléaire : la chimie au cœur de l’assainissement et du démantèlement des installations ................................. 50 Valorisation au-delà de la filière nucléaire ....................................................... 52 Annexe 1 : 5 défis de société pour la chimie verte ....................................... 54 Annexe 2 : les douze principes fondateurs de la chimie verte .................... 55 LA CHIMIE VERTE, DE LA RECHECHER A L’INDUSTRIE WWW.CEA.FR/PRESSE | LE-FIL-SCIENCE.CEA.FR 4 La chimie verte, une réponse aux enjeux du développement durable La chimie est omniprésente dans notre quotidien. Le dentifrice, les plastiques ou les crèmes solaires sont autant de produits élaborés grâce à des procédés chimiques. La chimie verte est inspirée du concept de développement durable. Elle intègre l’optimisation de l’efficacité et du coût énergétique des procédés, l’économie et le recyclage de matières premières et des sous-produits des réactions chimiques, la réduction des déchets ultimes et de l’impact sur la santé de l’Homme et sur l’environnement. Car la chimie moderne repose sur un paradoxe : la nécessité de produire en quantité de plus en plus importante (du fait d’une démographie croissante, pour notre développement ou notre confort) tout en réduisant ses impacts sur notre environnement et notre santé, et en garantissant la sécurité sanitaire. Répondre à des besoins vitaux Produire plus et mieux tout en consommant et en rejetant moins, tel est l’enjeu de l’industrie aujourd’hui. Il s’agit de faire face au développement de l’humanité qui pourrait compter près de 9 milliards d’individus à l’horizon 2030-2050, et consommer moins pour préserver la planète (en prélevant moins de matière première, en rejetant moins de déchets et en consommant moins d’énergie). Ainsi, à l’aube du XXIème siècle, la chimie est révolutionnée par l’émergence du concept de chimie verte dans le but de relever cinq grands défis : produire de la nourriture (agriculture, élevage), produire des médicaments, produire de l’énergie, produire de l’eau potable, protéger l’environnement. Chimie verte au CEA Dans ses quatre grands domaines d’intervention que sont les énergies bas carbone (nucléaire et renouvelables), les technologies pour l’information et les technologies pour la santé, les Très grandes infrastructures de recherche (TGIR), la défense et la sécurité globale, le CEA mène des recherches et développe des solutions technologiques qui contribuent au développement durable. Plus particulièrement en chimie, les programmes du CEA s’inscrivent dans le cadre d’une innovation responsable et sûre et ils répondent aux critères de la chimie verte. Le présent dossier recense de nombreux exemples de recherches en cours, de résultats scientifiques et de réalisation qui en témoigne. Le développement croissant de la chimie mondiale Le Programme des nations unis pour l’environnement (UNEP, repris par le rapport du Commissariat général au développement durable, en France) estime le potentiel de développement de la chimie dans l’intervalle 2012-2020, de 25 % en Amérique du Nord et en Europe occidentale, de 35 % en Europe émergence et de plus de 45 % dans la zone Asie-Pacifique. Extraits du rapport du Commissariat général au développement durable (mars 2013) LA CHIMIE VERTE, DE LA RECHECHER A L’INDUSTRIE WWW.CEA.FR/PRESSE | LE-FIL-SCIENCE.CEA.FR 5 Un concept né il y a plus de vingt ans Le concept de chimie verte est apparu aux Etats-Unis dans les années 90. A l’époque, le but recherché était de concevoir des produits et procédés chimiques permettant de réduire, voire d’éliminer l’utilisation et la synthèse de substances dangereuses. Mais c’est en 1998 que 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 ouvrage1 énonçant 12 principes fondateurs2 (voir en annexe). Les défis de la chimie verte pour la recherche et l’industrie La chimie verte représente une réelle rupture entre la chimie du XXème siècle et celle du XXIème siècle. Au XXème siècle, la conception et la mise au point de procédés chimiques étaient essentiellement basées sur un objectif d’optimisation des réactions. Aujourd’hui, les procédés chimiques sont issus d’une conception globale qui tient compte à la fois de la nature et la quantité de matière mis en jeu (matières premières et solvants), la dépense énergétique requise (notion de chimie douce), la quantité de déchets via le recyclage, ainsi que la possibilité d’analyser les matières en jeu à toutes les étapes sur des quantités d’échantillons réduites (chimie analytique verte). Implication croissante des industriels Le rapport du Commissariat général au développement durable (CGDD), de mars 2013, note pour la chimie verte une « implication croissante des industriels ». Le rapport indique que « le secteur de la chimie, et en particulier de la chimie verte et de la chimie du végétal, repose sur une forte composante innovation. ». Passer des champions technologiques aux champions industriels « En Europe, compte tenu des difficultés rencontrées depuis plusieurs années par le secteur de la chimie, sa capacité à innover, à investir et à se positionner sur la chimie verte, reste incertaine, poursuit le rapport. En effet, on assiste depuis 1998 à une baisse significative de la part relative des investissements, passée de 7,5 % du chiffre d’affaires à 4,8 % en 2010. Pourtant, au cours des dix prochaines années il sera de plus en plus difficile de prospérer dans les conditions actuelles de production, de sorte que le maintien des parts de marché de la chimie européenne devra probablement passer par un virage vers la chimie verte. […] Un enjeu fondamental reste de réussir la mise en 1 (Green Chemistry : Theory and Practice -‐ Anastas, P. T.; Warner, J. C., Oxford University Press: New York, 1998). 2 Repris par S. Sarrade dans ‘La chimie d’une planète durable’ (Editions du pommier, 2011) Poids économique de la chimie en France - Marché : 86,7 milliards d’euros en 2011 (UIR, 2011) - Emplois : 156 000 en 2011 (UIR, 2011) - Emplois directs dans la chimie du végétal : 23 410 en 2011 (ADEME, 2012) - Engagement d’ici à 2017 de l’industrie chimique français : utiliser 15% de matières premières d’origine végétale Extraits du rapport du Commissariat général au développement durable (mars 2013) LA CHIMIE VERTE, DE LA RECHECHER A L’INDUSTRIE WWW.CEA.FR/PRESSE | LE-FIL-SCIENCE.CEA.FR 6 œuvre industrielle des innovations afin que les champions technologiques deviennent des champions industriels sur le territoire. » Les compétences en France face aux enjeux de l’innovation Le rapport classe les critères déterminants pour la croissance de la filière industrielle de la chimie verte : si le prix et la sécurité d’approvisionnement en énergie et les attentes des parties prenantes et des consommateurs sont classés comme facteurs de croissance, les verrous technologiques sont considérés comme uploads/Industriel/ dp-chimie-verte-i.pdf