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(Partie 2 du cours de la chimie verte) Les apports de la chimie verte Paul Anas

(Partie 2 du cours de la chimie verte) Les apports de la chimie verte Paul Anastase, connu comme le père de la chimie verte, a donné le terme de chimie verte en 1991. Les chercheurs en chimie verte mettent principalement l'accent sur la conception de produits chimiques et de procédés chimiques plus sûrs afin de remplacer l'utilisation et la génération de substances dangereuses L’un des objectifs fondamentaux de la chimie et de l’ingénierie vertes pour aborder des problèmes plus tôt dans la vie d’un projet, idéalement jusqu’au développement des réactions chimiques importante. La chimie verte est définie comme une chimie respectueuse de l'environnement, et l'un des sujets les plus explorés de nos jours. Les principales recherches sur la chimie verte visent à minimiser ou éliminer la formation de sous-produits nocifs et à maximiser les produits souhaités d'une manière respectueuse de l'environnement. L'agence de protection de l'environnement (EPA) définit la chimie verte comme la conception de produits chimiques et de processus qui réduisent ou éliminent complètement l'utilisation ou la génération de substances dangereuses Les apports de la chimie verte 1-Biocoagulants Conventionnellement, les eaux usées municipales et industrielles sont clarifiées par l'utilisation de coagulant à base d'Aluminium. Cependant son utilisation augmente les ions toxiques dans l’eau traitée, ce qui provoque la maladie d’Alzheimer. La poudre de noyau de graine de tamarin s'est avérée un agent efficace et économique pour rendre les eaux usées claires. 2-Biocarburants Il peut être obtenu à partir de la biomasse qui peut être obtenue à partir de la canne à sucre, du maïs, du colza, de la paille, du bois, des résidus animaux et agricoles. Par exemple: le biodiesel qui est produit à partir d'huile ou de graisse par un processus appelé trans-estérification lorsqu'il est brûlé dans un moteur diesel avec des hydrocarbures se révèle réduire la consommation de carburant pétrolier ainsi que la génération de substances gazeuses toxiques. 3-Synthèse organique Dans la plupart des réactions organiques, des solvants liquides sont utilisés tels que les hydrocarbures, les hydrocarbures chlorés, les esters, les alcools, les éthers, l'ammoniac, le sulfure de carbone, l'eau…etc, en fonction de ses propriétés physiques et chimiques, de son aptitude à la réaction chimique. Mais la tentative de développer des procédures synthétiques respectueuses de l'environnement a projeté la nécessité de minimiser l'utilisation de solvants (COV) qui sont la principale cause de pollution. Certaines des réactions sans solvant telles que la réaction de Tishchenko , la réaction Reformatsky et Luche , la réaction de couplage oxydatif de phénols avec FeCl3 , la synthèse sans solvant de chalcones. La conversion a lieu en une demi-heure en chauffant le contenu au bain-marie, alors que la même réaction ne se produit qu'en une minute en chauffant aux micro-ondes. L'une des zones cruciales de la chimie verte est l'élimination des solvants dans les systèmes chimiques ou le remplacement des solvants nocifs par des solvants inoffensifs pour l'environnement. L'utilisation d'autres solvants tels que l'eau, les liquides ioniques, les milieux supercritiques et leurs différents mélanges se développe rapidement. La technique d'irradiation par micro-ondes est une autre forme de chauffage, basée sur la capacité des analogues à convertir l'énergie électromagnétique en chaleur. Cette approche aidera à augmenter les taux de réactions chimiques, les rendements et les matériaux plus sûrs. La synthèse organique sans solvant assistée par micro-ondes est une technique qui ne nécessite pas de solvants et est considérée comme plus verte que les méthodes conventionnelles. L'irradiation par micro-ondes est aussi une méthode utilisée pour affecter rapidement les transformations chimiques contrairement à celles qui ont été classiquement conduites dans des solutions liquides. Les réactions sans solvant assistées par micro-ondes peuvent être effectuées dans des récipients ouverts qui évitent le risque de développement de haute pression à l'intérieur du récipient et provoquent une explosion. Les réactions sans solvant réduisent également les rejets de déchets. Par exemple, préparation sans solvant assistée par micro-ondes de dérivés de quinoléine par condensation de couplage de Friedlander entre une acétophénone et une 2-aminoacétophénone en présence de diphénylphosphate (0,1–0,5 équiv.) En 4 min. a été décrit par Kwon . Ce mode opératoire a donné des rendements en produit allant jusqu'à 85%, alors que le rendement obtenu avec un chauffage classique dans des conditions similaires ne dépassait pas 24%. La synthèse des dérivés dufluoroquinolone un composant organique connu pour ces propriétés anti-infectieux puissantes ont été préparés via une approche verte et respectueuse de l'environnement à l'aide de l'irradiation MW en utilisant les catalyseurs et solvants nouveaux, recyclables et respectueux de l’environnement . Un solvant supercritique est un liquide/gaz à une température et une pression supérieure à son point critique, où les phases liquides et gazeuse distinctes n'existent pas, son utilisation est importante car peut se répandre à travers des solides comme un gaz et dissoudre des matériaux comme un liquide. De plus, à proximité du point critique, de petits changements de pression ou de température entraînent de grands changements de densité permettant d'ajuster avec précision de nombreuses propriétés d'un liquide supercritique. Les liquides supercritiques conviennent comme substitut aux solvants organiques dans une gamme de procédés industriels et de laboratoire. Le dioxyde de carbone et l'eau sont les fluides supercritiques les plus couramment utilisés. Ils sont connus sous le nom de solvants verts dans de nombreux procédés industriels, fournissant des rendements élevés dans de nombreuses réactions. Le CO2 supercritique a été testé dans diverses réactions importantes sur le plan industriel, telles que les alkylations, les hydroformylations et l'hydrogénation, en tant que milieu réactionnel alternatif. Des applications du CO2 supercritique dans les polymères ont été trouvées dans la polymérisation, la production de composites polymères, le mélange de polymères, la production de particules de faible taille, mais aussi dans l'application la plus large du CO2 supercritique a été observée dans les procédés d'extraction. 4-Plastiques biodégradable Les plastiques non biodégradables produisent un énorme tas de déchets sur terre. Le Minnesota fabrique des contenants alimentaires à partir d'acide polylactique appelé ingeo. Un scientifique travaillant dans la nature a converti l'amidon de maïs en une résine qui est tout aussi résistante que le plastique rigide à base de pétrole et est actuellement utilisée pour fabriquer des récipients tels que des bouteilles d'eau, des pots de yaourt, etc. fabrication de sacs entièrement biodégradables fabriqués à partir de ce film avec de l'amidon de manioc et du carbonate de calcium. Ces sacs se décomposent complètement en eau, CO2 et biomasse dans les systèmes de compostage industriels. L'utilisation de ces sacs à la place des sacs en plastique classiques, permettent de réduire grandement la pollution engendrée par le plastique. 5-Valorisation biologique (Valorisation organique) : c’est le mode de traitement des déchets organiques ou fermentescibles par compostage ou méthanisation. Il existe deux principaux modes de dégradation naturelle de la matière organique par des micro-organismes : en présence d’oxygène (aérobiose), c’est le compostage suivant deux procédés : le compostage individuel et le compostage effectué par l’intermédiaire des plateformes de broyage et de compostage. En l’absence d’oxygène (anaérobiose), c’est la méthanisation. Le compostage aboutit à la fabrication du compost, matière organique servant à la régénération des sols. La valorisation des composts en amendements et fertilisants organiques améliore la qualité des sols tout en participant à la réduction des émissions de gaz à effet de serre et constitue une solution alternative au traitement des bio-déchets. L’utilisation du compost en agriculture aide à la protection des sols par une diminution d’utilisation d’engrais chimique. Déchets biodégradables et boues de stations d’épuration sont soumis à une fermentation accélérée, pour être transformés en compost de qualité. Une tonne de déchets valorisée fournit ainsi 400 kg de compost. La méthanisation est comme le compostage, un procédé de fermentation mais aboutissant à la création de méthane. Le méthane est ensuite utilisé pour les mêmes applications que le gaz naturel. Il existe plusieurs flux de déchets organiques : Les boues (fumier, lisier, boues d'épuration) ; La fraction fermentescible des ordures ménagères (épluchures, etc.) ; Les déchets fermentescibles de l’industrie agro-alimentaire ; Les déchets verts et sous-produits de l’agriculture (marcs, rafles de vendanges…). 6- Des microbes qui détruisent le pesticide : Une équipe de l’Institut de génomique s’est intéressée à la chlordécone, un pesticide organochloré aujourd’hui interdit dans le Monde (convention internationale de Stockholm sur les polluants organiques persistants, mai 2001). Massivement utilisé contre le charançon du bananier aux Antilles, ce pesticide est très toxique et persistant dans les sols et les eaux. Des échantillons de sol prélevés aux Antilles ont été mis en culture plusieurs années en présence de ce produit. Leur analyse chimique a révélé que certaines communautés microbiennes peuvent dégrader notablement la chlordécone. Le métagénome de ces communautés a alors été séquencé dans le but d’élucider les mécanismes de biodégradation de ce pesticide. 7- transformations des déchets dangereuses en produits utiles  -Peinture non toxique Les peintures alkydes à base d’huile dégagent une grande quantité de composés organiques volatils (COV) à mesure qu’elles sèchent et durcissent. Ces COV ont de nombreux effets sur l'environnement. Les composites et polymères Procter et Gamble et Cork ont établi un mélange d'huile de soja et de sucre à utiliser à la place des résines uploads/Industriel/ oko-cours-de-chimie-verte-partie-2.pdf