1 Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte

1Journée de formation Chime et

Développement Durable, La Chimie verte

Usine AZF, Toulouse 2001, France

Naufrage Erika, France

Chimie Rouge, ACCIDENTS



Chimie Noire, POLLUTION



Chimie Rose, SANTE



Chimie Rose, AGROALIMENTAIRE



Chimie Rose, …



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 »







La chimie verte a pour but de concevoir des produits et des procédés chimiques permettant de réduire ou

d’éliminer l’utilisation et la synthèse de substances dangereuses.

Anastas (1991)



1. La prévention des déchets2. L’économie atomique3. Des synthèses chimiques moins nocives ou

dangereuses4. La création de produits chimiques moins nocifs5. Des solvants/agents de séparation plus sécuritaires6. L’efficacité énergétique



7. L’utilisation de matières premières renouvelables8. La diminution de produits de dégradation toxiques9. L’utilisation de la catalyse10. La conception de produits dégradables ou à utiliser

totalement11. L’analyse en temps réel pour la prévention de la

pollution12. Une chimie plus sécuritaire pour la prévention des

accidents



Objectif:

Maximiser le nombre d’atomes de réactifs transformés en produit au cours de la synthèse

Réduire la quantité de résidus de réaction voir les supprimer



En chimie conventionnelle:

En chimie verte:Concept d’économie d’atome ou utilisation atomique



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%.





Utilisation atomique: UA = (206/514,5)*100 = 40%

Ibuprofène: 13000 T/an Déchets: 20000 T/an





Utilisation atomique :UA = (206/266)*100 = 77,4%

Ibuprofène: 13000 T/an Déchets: 4000 T/an valorisés 4000 T/an

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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.



Classement des réactions en fonction de l’économie d’atomes:



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 >>1 pour les sels de chrome.



Autre exemple: L'allylation du phénol par la synthèse de Williamson



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



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…



Qu’est ce qu’un solvant vert :

Faible toxicité Facilement recyclable (pas besoin de stockage) Facile à éliminer du produit final Faible réactivité



•Substitut aux solvants organiques apolaires

•Point critique pour T>31°C et P> 73 atm: développement de procédés à basse température pour des produits thermosensibles

•Propriétés comprises entre les propriétés d’un fluide à l’état gazeux et celles à l’état liquide: pouvoir solvant « à géométrie variable » -> dissolution sélective des composés



Un solvant de choix:

Pas de solvant résiduel à la fin du traitement (évacuation sous pression atmosphérique)

Non toxique Chimiquement inerte, pas de problèmes d’oxydation du

produit Inodore Non inflammable Basse température critique



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 d’arômes…

La pharmacie: extraits de plantes médicinales…

Les matériaux: purification de polymères, teintures…

La chimie: élimination de produits de réaction

La biochimie: purification d’antibiotiques…



• Substitut aux solvants organiques polaires

• Point critique pour T>374°C et P> 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



Applications industrielles:

Extraction d’huiles essentielles

Traitement de solvants organiques toxiques

Transformation plus rapide de la biomasse en méthane et utilisation comme carburantValorisation des sels minéraux issus de la biomasse sous forme d’engrais…



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



Peinture = Pigments + Polymère + Solvant + additifsRemplacement des solvants organiques par l’eau

Peintures en phase aqueuse : phase liquide composée d’eau (80%) et de solvants (alcools, éthers)Hydrodiluables : émulsion du polymère dans l’eau (<0,5%

solvant)Hydrosolubles : polymères dissous dans le mélange

eau/solvantMais également…Peintures en poudre (sans solvant)Peintures réticulables sous ultra-violets (polymérisation à la lumière)







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.



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





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 l’environnement.-Recyclage possible

Inconvénients:-Faible point de fusion-la fabrication de matériaux Bioplastiques est encore souvent dépendante du pétrole comme source d’énergie 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



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.



Végétal ne veut pas toujours dire biodégradable

L’énergie 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 l’agriculture



«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





Le développement durable est le fils des médias.

3 dates clés: 1992 sommet de la Terre à RIO : Biodiversité (programme d’actions

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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