LA MICROCHIMIE

Pratique d’une technique d’enseignementdes sciences expérimentalesdans trois contextes culturels différents

Richard-Emmanuel EASTESEcole normale supérieure, Paris

MOTS-CLEFS : CHIMIE EXPERIMENTALE - OUTIL PEDAGOGIQUE - PETITES QUANTITESRICHESSE PEDAGOGIQUE - SECURITE - ECONOMIES – ENVIRONNEMENTCULTURES - ETATS-UNIS – FRANCE – AFRIQUE - MADAGASCAR

RESUME : On regroupe sous la dénomination de » microchimie » un ensemble de pratiques expérimentales dont leprincipe consiste à réduire l'échelle des manipulations usuelles par un facteur variant de 10 à 100.Ces techniques présentent un intérêt pédagogique formidable, car elles permettent d'aborder des réactions qui n'étaient pasenvisageables jusqu'à présent, aussi bien pour des problèmes de sécurité que pour des raisons financières.En outre, alors qu'elles sensibilisent les élèves à la nécessité de protéger leur environnement, elles simplifient la mise en œuvredes manipulations les plus complexes, tout en initiant les étudiants à une certaine exigence de soin et de minutie, imposée parl'utilisation de petit matériel.Le concept est né aux Etats-Unis il y a une quinzaine d’années ; dix ans plus tard, nous l’avons importé en Europe enl’adaptant à l’enseignement des sciences tel qu’il se pratique en France, dans un contexte culturel très différent de celui despays anglo-saxons.Par la suite, nous l’avons également développé en Afrique sub-saharienne après l’avoir intégralement recontextualisé aucontexte économique de cette région du monde. Ce faisant, nous avons pu confronter notre approche à celles développéesindépendamment en Afrique du Sud et à Madagascar.

ABSTRACT: There is a new experimental practice that comes under the name of microscale chemistry, the concept ofwhich considerably modifies the practical approach to teaching chemistry, thanks to a number of advantages it has comparedwith traditional techniques.The principle of microscale chemistry is simple: it consists of reducing the scale of routine experiments by a factor of 10 to100. This means that the dangers associated with the use of chemical products and the production of pollutants and theirdischarge into the environment are minimized. In addition, the overall costs of organizing laboratory workshop sessions inschools and in higher education (buying and storing chemical reactants, solvents, glass vessels and reprocessing wastematerial…) are also minimized.These techniques therefore offer enormous teaching interests as they enable one to tackle any reactions which, up until now,were not possible due to both security problems and financial matters. Furthermore, while increasing pupils’ awareness aboutthe need to protect their environment, these techniques also simplify the implementation of more complex experiments, and atthe same time introduce students to the importance of meticulous care, imposed upon them by the use of small materials. Inthis respect, these techniques are the basis for a more up to date method of teaching experimental chemistry.The concept appeared in the United Sates about fifteen years ago ; ten years later, we imported it in Europe and adapted it tothe French chemistry teaching approach, in a very different cultural context.Later on, we also developed it in West-Africa after having contextualised it to this continent economical context. We had thenthe opportunity to compare our approach to the way microscale chemistry was performed in South Africa and in Madagascar.

Cet article de fonde sur les travaux realisés en commun entre 1995 et 2000 par l’auteur et deux de ses collègues duDépartement de chimie de l’Ecole normale supérieure, également professeurs agrégés de sciences physiques, Nicolas Cheymolet Michaël Hoff.

A. QU’EST-CE QUE LA MICROCHIMIE ?

I. Un avènement inéluctable

Depuis les années 70, en dehors des synthèses préparatives, les quantités de produits chimiques utilisées en recherchecomme en enseignement n'ont cessé de diminuer, pour atteindre un seuil imposé par la taille des instruments traditionnels(100 mg à 1 g en moyenne pour une synthèse) ; ce seuil se réfère à ce que dans la suite de l’article nous nommerons « échelleusuelle », qui correspond à la pratique de la chimie « de type macro ».

Aujourd'hui, l'attention croissante portée aux problèmes de sécurité et les interrogations liées à l'impact des émanationsdes laboratoires (vapeurs et déchets condensés) sur la santé et l’environnement incitent à tenter de réduire au maximum laproduction de substances potentiellement dangereuses, ainsi que l'exposition des élèves et des enseignants à ces substances.

Les progrès effectués dans les domaines de pointe de la chimie rendent le problème encore plus crucial, dans la mesureoù l'introduction dans l'enseignement de réactifs pouvant présenter des toxicités ou des coûts élevés, tels que respectivementles composés de coordination des métaux de transition ou les composés chiraux, devient peu à peu nécessaire pour illustrer lesavancées majeures de la chimie.

Afin de permettre aux lycées de respecter les exigences de nouveaux programmes de plus en plus orientés versl'enseignement pratique, il est indispensable de mettre en œuvre toutes les méthodes susceptibles d'entraîner la réduction desachats de matériel et de produits chimiques, et par suite la réduction des coûts liés au retraitement des déchets.

Ces quelques réflexions conduisent tout naturellement à tenter de travailler à la plus petite échelle possible. Aussi lamicrochimie semble-t-elle apporter un certain nombre de réponses adaptées à ces problèmes, en permettant de diviser par 10à 100 les quantités de réactifs utilisés traditionnellement, grâce à une miniaturisation ingénieuse de l'ensemble des instrumentsfondamentaux utilisés en chimie expérimentale.

II. Les apports de la microchimie à l'enseignement

Le succès des techniques de microchimie tient à plusieurs avantages, dont certains ont déjà été évoqués. Ils se divisenten quatre catégories :

1. Le renforcement de la sécurité

Il s'agit sans aucun doute du principal avantage pratique que présente la chimie en petites quantités, et il revêt plusieursaspects.

Le plus immédiat est lié à la réduction du contact de l'expérimentateur avec les produits chimiques, qu'il s'agisse decomposés corrosifs et irritants (acides, bases, lacrymogènes), toxiques (organométalliques, solvants chlorés, aromatiques), ousimplement nauséabonds (alcènes, composés soufrés). Cet avantage peut être exploité de deux manières différentes : de primeabord, il assure un accroissement de la sécurité pour les manipulations classiques, et trouve son intérêt essentiellement dansl'enseignement secondaire ; en second lieu, un aspect plus intéressant pour l'enseignement supérieur consiste à tirer parti de laréduction des risques qu'entraîne l'utilisation de micro-quantités, pour élaborer des expériences qui mettent en jeu descomposés dont le danger potentiel rend rédhibitoire l'utilisation courante dans les expériences de type « macro ».

De même, la miniaturisation des expériences entraîne une forte diminution des risques d'incendies ou d'explosions,aussi bien dans les fioles de réaction (1 à 10 mL) que dans les « poubelles à solvants », remplacées par des récipients de faiblecontenance.

Plus spécifiquement, le remplacement des traditionnels bains d'eau ou d'huile techniques dangereuses et peucommodes - par de petits bains de sable très faciles à fabriquer, est à l'origine d'un gain de sécurité considérable.

Enfin, le stockage des solvants, propres ou souillés, prend lui aussi une toute autre dimension, puisqu'il n'est plusnécessaire de conserver des litres de composés inflammables dans des armoires souvent mal protégées des sources d'ignition,ni d'entreposer en des lieux inadéquats des bidons de 10 litres de solvants usagés en attendant l'arrivée du transporteur. Un litrede solvant suffit en effet pour réaliser 10 à 20 séances de travaux pratiques.

2. La protection de l'environnement [1]

Dans un laboratoire d'enseignement comme dans une unité de recherche, la division par 10 à 100 des quantités desolvants et de réactifs chimiques réduit d'autant la pollution de l'eau et de l'air après les opérations de vidange ou d'incinérationdes déchets. Ce point est fondamental pour certains types de composés (sels de métaux lourds ou dérivés halogénés).

Il faut noter, en outre, que la réduction des quantités de produits utilisés en travaux pratiques permet dans bien des casde recycler simplement déchets et solvants usés, plutôt que de les incinérer. En effet, songeons à la quantité de solvant souilléissue d’une séance de travail mettant en œuvre la réalisation d’une expérience de microchimie réalisée par une dizaine debinômes. Typiquement, pour une synthèse organique, 2 à 10 mL de solvant sont nécessaires pour la réaction, et à peu prèsautant pour l'extraction et la purification. En considérant que chaque binôme utilise de 5 à 20 mL en tout et pour tout, la

quantité totale produite est de 50 à 200 mL ! Il est alors très aisé de recycler ce solvant à l'aide d'un dispositif de distillationplacé à demeure dans le laboratoire sous une hotte ventilée réservé à cet usage.

Non seulement la quantité de solvant utilisée a été divisée par 5 à 20, mais de plus, cette réduction en a permis lerecyclage partiel, ce qui constitue un succès supplémentaire dans la protection de l'environnement.

3. La diminution des coûts

La réduction des coûts relatifs à l'achat des réactifs et des solvants ainsi qu'au retraitement des déchets a déjà étéévoquée, et les aspects présentés plus haut en matière de protection de l'environnement ont également des répercussionsfavorables sur les budgets. Les économies doivent bien entendu être comparées aux frais que représente l’approvisionnementd'un laboratoire en petit matériel ; nous verrons plus loin comment réaliser cette opération, et surtout comment l’opérer àmoindre coût. Mais d'autres économies peuvent encore être réalisées dans plusieurs domaines.

En premier lieu, si l'emploi de micro-quantités permet l'utilisation sans risque de produits potentiellement dangereuxcomme cela a été évoqué plus haut, la microchimie rend également possible la réalisation de réactions à base de composéscoûteux comme les métaux de transition [2] (platine, palladium, rhodium...) ou les substances organiques optiquement pures,ce qui permet la conception de nouveaux TP axés sur la chimie fine moderne [3,4] (chimie organométallique, synthèseasymétrique…).

De plus, il existe pour la synthèse élaborée des kits de micromatériel [5,22] peu onéreux au regard des pièces de verreriequ’ils contiennent, dont tous les éléments sont rodés et s'assemblent grâce à des bagues de serrage filetées, ce qui en permet lafixation par une seule pince. Les montages gagnent ainsi en solidité et se désarticulent moins facilement. Qui plus est, lespièces de verrerie ayant des volumes moindres mais des épaisseurs de verre comparables à la verrerie traditionnelle, ils sontbeaucoup moins fragiles et supportent des chocs mécaniques et thermiques incomparablement plus violents que les autres.D’où des économies supplémentaires pour les laboratoires d’enseignement.

4. L'intérêt pédagogique

La crainte de voir la microchimie dénaturer l'expérimentation chimique est loin d’être justifiée, comme nous le verronsplus loin. Et il se trouve qu’en outre, plusieurs aspects en rendent la pratique enrichissante d'un point de vue pédagogique.

Le petit matériel introduit d’importantes simplifications dans l'emploi des techniques courantes, grâce à une meilleuremaniabilité du matériel. C’est par exemple le cas pour la distillation fractionnée ou la synthèse magnésienne. La simplificationdes gestes à effectuer lors de la réalisation d’un montage et de l’introduction des réactifs permet alors aux élèves de seconcentrer davantage sur l'essentiel, c'est-à-dire sur la problématique de la manipulation, la compréhension du modeopératoire, l'observation attentive des phénomènes mis en jeu à toutes les étapes de la manipulation, et l'interprétation desrésultats. Cette simplicité, conjuguée à un aspect ludique indéniable, contribue à procurer à la chimie expérimentale une imageattrayante auprès des étudiants, ce qui constitue un progrès pédagogique manifeste.

D'autre part, confrontés à un matériel qui nécessite plus de minutie que le matériel de taille supérieure, les élèvesprennent rapidement conscience de l'importance de maîtriser tout risque de perte de produit et toute source d'incertitude demesure. Par suite, il a été observé qu'ils devenaient beaucoup plus soigneux dans toutes leurs manipulations, quelle que soitl’échelle à laquelle sont réalisées les expériences, et même dans d’autres matières comme la physique et la biologie.

Figure 1 : micro-burette.

En ce qui concerne la nature des expériences, la microchimie permet encored'améliorer la qualité des sujets de travaux pratiques pour essentiellement deuxraisons.

La première a déjà été évoquée : l'utilisation de micro-quantités rend possiblel'emploi de substances plus onéreuses ou plus dangereuses, à des niveaux de coût oude sécurité analogues à ceux des expériences traditionnelles effectuées en mode« macro », dont résulte un élargissement de la gamme et de l'intérêt des manipulationsréalisables.

La seconde raison est liée au gain de temps que procure la réduction de lataille des expériences. La mise en œuvre d'une synthèse, par exemple, requiert unedurée réduite de 20 à 40 % en moyenne par rapport à la même synthèse effectuée demanière traditionnelle. Pour s'en convaincre, il suffit de songer à l'allongement dutemps et à l'accroissement des difficultés qui résultent de l'opération inverse, lorsquel'on transforme une synthèse test effectuée sur un gramme de réactifs, en une synthèsepermettant de préparer plusieurs dizaines de grammes de produit. Ce gain de tempsest lié à la fois à la diminution du temps de préparation de l’expérience, du temps detraitement et de purification, et du temps nécessaire pour nettoyer et ranger la verrerieaprès la manipulation.

Ces observations sont également valables en chimie générale, où la mise en œuvre des instruments demande très peu detemps (voir par exemple la description de la micro-burette (figure 1 et [6,7]) ou de la chromatographie flash sur colonne [7,8]).

III. Légitimité du concept

Plusieurs interrogations viennent immédiatement à l'esprit, et toutes ont trait à la pertinence du concept : la microchimieest-elle encore (vraiment) de la chimie ? En d'autres termes, il est indispensable de s'assurer qu'une expérience réalisée sur depetites quantités, outre les avantages qu'elle présente, permet à un élève d'apprendre autant que lors de la même expérienceeffectuée de manière classique. En effet, on est en droit de se demander si quelque chose n'est pas perdu lors d'une telleminiaturisation de l'expérimentation. En fait, nous pensons résolument que la réponse est non, à condition de pratiquer lamicrochimie non pas comme une nouvelle discipline, mais en l’utilisant comme un outil, à bon escient, lorsque son emploi sejustifie. Les deux observations suivantes confortent cette idée.

En premier lieu, les techniques d'analyses physico-chimiques modernes permettent désormais de caractérisercomplètement une substance avec seulement 1 à 50 mg de produit isolé : mesures de la température de fusion ou d'ébullition,spectroscopies infrarouge et UV-visible, mesures de susceptibilités magnétiques, spectroscopies de résonance magnétiquenucléaire ou d'absorption atomique sont en effet déjà des microtechniques, et plusieurs d'entre elles sont non destructives. Letableau 1 indique les quantités de produits nécessaires à la réalisation des méthodes d'analyses les plus courantes.

Technique d’analyse Quantité de produits nécessaireSpectroscopie UV-visible < 10 mgSpectroscopie infrarouge < 5 mg

Polarimétrie 1 à 10 mgRMN du proton 1 à 10 mg

Spectrométrie de masse < 1 mgTempérature de fusion (banc Köfler) 5 mg

Tableau 1 : quantités de produits nécessaires en fonction de la technique d'analyse employée.

Nul besoin donc, en travaux pratiques, d'exposer chaque binôme à la manipulation périlleuse de 100 mL d'étherdiéthylique lors d'une synthèse (magnésienne par exemple) conçue pour obtenir 5 grammes de produit, s'il est possible de laréaliser à partir de quelques dizaines ou centaines de milligrammes de réactifs, et moins de 5 mL d'éther ! On évite ainsi lescoûts superflus, les risques liés à l'emploi de substances dangereuses et le problème du traitement des déchets produits, sansqu’aucun des aspects pédagogiques de l’expérience ne soit négligé.

En outre, une observation attentive du matériel permet de constater que toutes les techniques de synthèse, d'extraction,de purification et d'analyse, sont accessibles par la microchimie. Celles-ci s'appliquent aussi bien à la chimie générale

(électrolyses [9], densimétrie, ébulliométrie, mesures de constantes thermodynamiques et cinétiques [7]), qu'à la chimieanalytique [7] (dosages, chromatographies ionique, d'exclusion, d'affinité), ou aux réactions de synthèse [7] (synthèses

organiques et organométalliques, élaboration de molécules et de sels inorganiques). C'est indéniablement dans ces derniersdomaines qu'elles offrent le plus de possibilités [7] (techniques de chauffage et de reflux, techniques de travail sous

atmosphère inerte, filtrations, extractions, techniques d'évaporation, distillations, recristallisations, sublimations).

Mais malgré les multiples avantages évoqués plus haut, il convient de rester mesuré, et d'aborder les techniques de lamicrochimie avec un minimum de réserves. Même si presque tous les concepts de la chimie sont accessibles grâce à elle, il esten effet certain que la microchimie ne saurait remplacer totalement l'apprentissage des techniques usuelles, et ce pour deuxraisons essentielles.

Bien évidemment, certaines manipulations ne se prêtent pas à une réduction aussi drastique de la taille du matériel etdes quantités de réactifs employées, et il faudra continuer à les réaliser à l’échelle classique. C'est par exemple le cas de laplupart des synthèses multi-étapes (la microchimie est possible ici [10], mais il faut partir de quantités de réactifs telle que laquantité de produit obtenue à la fin de la synthèse soit de l’ordre de 200 mg), de la pH-métrie, de la conductimétrie et de lapotentiométrie (pour laquelle il existe pour le moment peu d’électrode de taille adaptée accessibles dans le commerce).

D’autre part, la chimie demeure une discipline qui présente des risques, tant au niveau de la santé et de la sécurité del'expérimentateur qu'au niveau de l'environnement, qu'il s'agisse des effluents des laboratoires ou de ceux de la grandeindustrie. En faisant disparaître ces périls du laboratoire d'enseignement, l'usage exclusif de la microchimie risquerait de lesmasquer, voire de les faire oublier. Or, la sensibilisation des élèves à la protection de l'environnement, et l'évolution culturelledont il a été question plus haut, ne sont possibles que s'ils restent conscients des aléas que présente la pratique de la chimie. Ace titre, l'utilisation de blouses, de gants et de lunettes de protection est plus que jamais de rigueur, même dans un laboratoired'enseignement dans lequel la microchimie est utilisée.

Des deux constats précédents, il ressort de manière évidente qu'une conversion totale des laboratoires d'enseignementserait une erreur. Par suite, la meilleure solution semble être un mode où une partie seulement des expériences sont conduites àl'échelle « micro », sans perdre de vue le matériel et les techniques plus classiques. Ce mode est de plus tout à fait compatibleavec une transformation progressive des installations d'un laboratoire d'enseignement, où le matériel est reconverti et complétégraduellement.

B. L’EMPLOI DE LA MICROCHIMIE DANS DES CONTEXTES SOCIO-CULTURELS DIFFERENTS

Que ce soit aux Etats-Unis où elle a été inventée, en Europe où elle s’est ensuite propagée, ou dans les pays en voie de

développement où elle répond à des besoins très spécifiques, la microchimie se pratique actuellement partout dans le monde età tous les niveaux scolaires, des lycées aux universités. Cependant, comme il s’agit davantage d’une « façon de faire » que de

techniques et de matériel de conception figée, elle a été adaptée à chaque contexte culturel et économique, selon des variantesdont la comparaison présente un vif intérêt.

I. Aux Etats-Unis : « Waste reduction at the source » [11,12,13,14]

Né aux Etats-Unis et largement développé puis diffusé par le National Microscale Chemistry center (NMC2) de Boston(figure 2), le concept de microchimie a reçu dès le départ un soutien extraordinaire de l’Environment Protection Agency

(EPA). Ce soutien, autant politique que financier, conjugué à une étroite collaboration avec des entreprises de fabrication dematériel scientifique, a permis aux responsables du NMC2 de bénéficier de conditions très favorables à l’implantation de la

microchimie dans les collèges et lycées de l’ensemble du pays.

Figure 2 : salle de formation duNational Microscale Chemistry Center (Boston)

Figure 3 : montage de micro synthèse magnésienne aux Etats-Unis

Celle-ci s’est faite essentiellement par le biais du développement de kits de micromatériel (figure 3). Il s’agissait

d’instruments d’un type totalement nouveau, d'une simplicité d'emploi remarquable, parfois inspirés du matériel de larecherche de pointe, de conception ingénieuse mais très spécifique à la pratique de la microchimie [5]. Un exemple de montage

pouvant être réalisé est présenté sur la figure 3.

Par ailleurs, le succès de la microchimie aux Etats-Unis a conduit plusieurs professeurs d'universités à développer unemultitude de manipulations dans les divers domaines de la chimie. Ces expériences ont ensuite été publiées régulièrement dansle Journal of Chemical Education [15,16] puis dans des ouvrages édités essentiellement par Wiley [17].

Un survol de la bibliographie des ouvrages publiés figure également en fin d'article.

Mais dans le cas de ce pays, il est

intéressant de constater que si les quatre types

d’intérêts (mentionnés dans la partie A.II)qu’offre la pratique de la microchimie y sont

toujours avancés pour justifier sa pratique, ilsle sont dans un ordre qui correspond tout à fait

aux conditions dans lesquelles le concept s’est

développé.De fait, on peut lire dans un dépliant du

NMC2…

Microscale chemistry offers many benefits :

� It reduces chemical use

� It reduces waste at the source drastically

� It makes recycling easier

� It improves laboratory safety and air quality

� It reduces exposure to potentially dangerous materials

� It virtually eliminates fire hazards

� It changes the psychology of people who use chemicals

All these benefits translate into significant savings…

Ainsi, ce sont les aspects environnementaux qui sont cités en premier, suivis de près par les problèmes de sécurité. La

question des avantages financiers figure en bonne place, juste avant les aspects pédagogiques qui sont généralementsimplement évoqués.

II. En France : « Un nouvel état d’esprit dans la pratique de la chimie » [18,19,20,21]

En France en revanche, ce sont les aspects pédagogiques qui ont prévalu lors du développement de notre approche,même si les autres avantages n’ont jamais été ignorés. Ce faisant, nous nous sommes basés sur trois postulats :

� La microchimie, pour pouvoir être pratiquée dans un lycée, ne doit pas nécessiter de lourd achat préalable àl’expérimentation, et en particulier de kits spécialisés ;

� La microchimie ne doit pas être une nouvelle discipline ou une nouvelle branche de la chimie, elle doit pouvoirêtre pratiquée en continuité avec la chimie telle qu’elle est enseignée usuellement ;

� La microchimie doit constituer un outil que l’on emploie dans les cas où cela se justifie, et non une obligation.

Par suite, notre premier objectif a été de montrer que l’on pouvait s’inspirer des techniques mises au point aux Etats-Unis pour pratiquer la chimie avec un « état d’esprit » différent, et qu’en faisant simplement réfléchir les élèves et lesenseignants aux moyens de miniaturiser les expériences avec le matériel dont ils disposaient déjà, on les amenait à adopter uneréelle démarche expérimentale, digne de celle qui se pratique dans les laboratoires de recherche.

Pour parvenir à cet objectif, la solution réside essentiellement dans la valorisation du matériel qui se trouve déjà dans lelaboratoire d’enseignement et qui doit permettre à chacun de pratiquer sa propre microchimie grâce à son ingéniosité, soninventivité et éventuellement quelques achats bien choisis. Aussi la transformation d’un laboratoire peut-elle être effectuée àmoindre coût, et sans en révolutionner l'organisation.

En outre, nous avons publié dans divers numéros de l'Actualité Chimique, du Bulletin de l’Union des Physiciens et dansun premier ouvrage en français paru chez De Boeck Université (voir les références en fin d’article), plusieurs expériences desynthèses organiques et minérales adaptées aux enseignements secondaire et supérieur, qui ne nécessitent que peu de matérielspécifique, dans différents domaines de la chimie.

Toutefois, la pratique de la chimie dans l’enseignement supérieurnécessitant souvent un matériel spécifique, en chimie organique etorganométallique notamment, nous avons été amené à proposer à notre tourun kit de micro-matériel destiné aux expériences plus élaborées (telles queles synthèses magnésiennes [22]) et dans lequel on trouve les instrumentsnécessaires à la réalisation de n'importe quel montage [23] (figures 4 et 5).

La connexion entre les différents éléments de la verrerie est réaliséepar un filetage externe sur lequel se visse un capuchon. L'étanchéité estassurée par un joint. Cela évite l'emploi de graisse qui, à cette échelle, nuiraitgravement à l'état de pureté des produits, et permet de n'utiliser qu'une seulepince de fixation pour le montage.

Figure 4 : kit de petit matériel.

Mais en vertu de notre second postulat, nous avons tenu à ce que tous ces instruments soient similaires à ceux quipréexistaient dans les laboratoires d’enseignement, afin de ne pas créer de rupture avec les anciennes pratiques.

Ainsi les montages que ce kit permet de réaliser ne se distinguent des montages usuels que par leur taille, et sans laprésence de l’agitateur magnétique sur la figure 5, il serait impossible de déterminer l’échelle des dispositifs présentés. Par lasuite, plusieurs sociétés françaises se sont inspirées du kit que nous avions conçu, mais en y insérant toujours des instrumentsaisément reconnaissables [24].

Figure 5 : montages types de chimie organique : distillation fractionnée, décantation et synthèse sous atmosphère inerte.

La meilleure solution nous a en revanche toujours semblé être le mode « semi-micro », où le matériel spécifique etmême l’échelle réduite de la microchimie ne sont employés que lorsque cela devient nécessaire, la pratique usuelle n’étant pas

pour autant remplacée et oubliée, comme ce fut le cas dans de nombreux établissements scolaires et universitaires américains.

III. En Afrique : « Des techniques adaptées aux moyens des systèmes éducatifs »

Dans les pays en voie de développement, les enseignements secondaire et supérieur constituent souvent la clef des

progrès futurs des sociétés. Or les moyens financiers faisant cruellement défaut dans la plupart des cas, c’est évidemmentl’enseignement expérimental qui souffre le plus du manque de crédits, et rares sont les étudiants qui réalisent plus d’une séance

de manipulations au cours d’une année scolaire ou universitaire. Là encore, la microchimie peut apporter des solutions, sans

pour autant mettre en œuvre du matériel miniaturisé spécialisé. Et c’est en effet ce que nous avons tenté de montrer dans diverscolloques africains, auprès de la Société Ouest-Africaine de Chimie par exemple, ou au sein de programmes éducatifs tels que

le dispositif ARCHES d’harmonisation des programmes de lycée des pays francophones africains.

Bien entendu dans le cas des pays africains, c’est l’aspect économique qui prévaut, même si encore une fois les intérêtspédagogiques sont pris en compte, tout comme ceux liés à la sécurité et à la protection de l’environnement. C’est pourquoi

notre approche consistant à valoriser le matériel préexistant était particulièrement adaptée. Il aurait été illusoire de vouloir

répandre des kits de matériel dont le prix d’achat à l’unité dépasse parfois le budget annuel d’un lycée en équipementpédagogique. En outre, nous avions noté une forte opposition à tout ce qui pouvait ressembler à de la science « au rabais », de

la physique de « bout de ficelle » ; à tort ou à raison, tel n’est pas notre propos. Quoi qu’il ensoit, notre approche n’entrait pasdans cette catégorie, dans la mesure où elle propose l’emploi de matériel scientifique détourné de son usage : la pipette Pasteur

à la place de la colonne à chromatographie, le tube à centrifuger à la place de l’ampoule à décanter…C’est ainsi qu’à divers endroits, à Dakar (Sénégal) par exemple, on a vu se redévelopper l’ébauche d’un enseignement

de l’expérimentation en chimie, alors que les séances de travaux pratiques avaient été abandonnés.

Mais parallèlement au problèmes financiers en Afrique, ce sont les effectifs pléthoriques qui entravent le

développement d’une réelle pratique expérimentale dans l’enseignement des sciences, certaines classes comptant jusqu’à200 élèves. L’approche que nous avons décrite ci-dessus n’est assurément pas adaptée dans ce cas, dans la mesure où elle

nécessite du temps et un encadrement rapproché des élèves. Heureusement, une initiative Sud-Africaine a été bienvenue pourpermettre à de nombreux étudiants de manipuler eux-mêmes, plutôt que de se contenter des démonstrations de leur professeur.

L’équipe du Pr. Bradley a en effet développé, avec le soutien de l’UNESCO, un mini-kit de chimie en matière plastique,

de conception très ingénieuse à un prix très accessible (une quinzaine d’euros). Conçu à partir d’une plaquette contenant despuits d’un volume de l’ordre du millilitre et diverses pièces en métal ou en matière plastique, ce kit n’a évidemment rien de

commun avec le matériel de chimie usuel, mas il présente l’insigne intérêt de permettre l’illustration de maint phénomènesphysico-chimiques tels que distillation, filtration, décantation, etc.

Par suite, les pays africains les plus riches, tels que le Sénégal, la Côte d’Ivoire, le

Cameroun et d’autres encore, se sont massivement équipés en matériel de microchimie sud-africain. Outre les problèmes spécifiques de rangement, de lavage et d’entretien que pose ce

matériel, il s’est avéré utile dans bien des cas pour permettre une pratique minimale de lachimie à des étudiants qui en étaient jusqu’alors privés.

Enfin, la microchimie a permis de faire

naître des initiatives locales prodigieuses, telle

que la conception d’un vrai kit de micro matérielà Madagascar, sur le modèle de celui que nous

avions conçu en France. Conçu avec desmatériaux plus frustes (des bouchons de liège à

la place des joints Rodavis, du verre au lieu duPyrex, des réchauds à alcool pour le chauffage,

etc.), ce kit très séduisant et extrêmement facile

d’emploi est présenté sur la figure 6 à côté d’unexemple de montage, une micro distillation de la

taille d’une disquette d’ordinateur.

Figure 6 : kit de micro matériel (à gauche) et micro distillation (à droite) à Madagascar.

Conclusion

Il est intéressant de noter à quel point l'usage du petit matériel a su conquérir, jusqu'aux plus incrédules, dans tous leslieux où il a été expérimenté. Parfois considérée comme une « nouvelle mode », et malgré quelques limites indéniables, lamicrochimie ne peut laisser indifférent. Les réserves tombent une à une devant quelques démonstrations, et l'enthousiasme quesuscite la simplicité des manipulations à petite échelle succède en général rapidement au scepticisme.

Car quel que soit le contexte culturel ou économique, qu'on la considère sous l'angle de la pédagogie, de la sécurité, dela protection de l'environnement ou sous un angle financier, la microchimie semble être en parfaite adéquation avec lesexigences de l'enseignement actuel de la chimie expérimentale. Plus qu'une nouvelle façon de manipuler, sa pratique relèved'une nouvelle façon de considérer la chimie dans son ensemble, en tentant de « reproduire exhaustivement les avancées de lachimie moderne, de la manière la plus simple et la plus sûre possible, dans une attitude de respect de la nature », en accord à lafois avec l’évolution actuelle des idées en matière d’enseignement et avec les préceptes du développement durable.

Références

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• N. Cheymol, M. Hoff, Microchimie : techniques et expériences ; De Boeck Université, 1999