La Chimie Verte Journe de formation Chime et

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

Introduction, les couleurs de la chimie Chimie Rouge, ACCIDENTS Usine AZF, Toulouse 2001, France Naufrage Erika, France Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 2

Introduction, les couleurs de la chimie Chimie Noire, POLLUTION Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 3

Introduction, les couleurs de la chimie Chimie Rose, SANTE Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 4

Introduction, les couleurs de la chimie Chimie Rose, AGROALIMENTAIRE Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 5

Introduction, les couleurs de la chimie Chimie Rose, … Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 6

Introduction Industrie chimique versus environnement/pollution Ø 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 Ø Prise de conscience: réflexion sur une « réforme de la chimie » Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 7

Introduction, Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 8

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Définition de la chimie verte 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) Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 10

Les 12 principes de la chimie verte 1. La prévention des déchets 2. L’économie atomique 3. Des synthèses chimiques moins nocives ou dangereuses 4. La création de produits chimiques moins nocifs 5. Des solvants/agents de séparation plus sécuritaires 6. L’efficacité énergétique Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 11

Les 12 principes de la chimie verte 7. L’utilisation de matières premières renouvelables 8. La diminution de produits de dégradation toxiques 9. L’utilisation de la catalyse 10. La conception de produits dégradables ou à utiliser totalement 11. L’analyse en temps réel pour la prévention de la pollution 12. Une chimie plus sécuritaire pour la prévention des accidents Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 12

L’économie d’atomes 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 Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 13

L’économie d’atomes � En chimie conventionnelle: � En chimie verte: Concept d’économie d’atome ou utilisation atomique Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 14

L’économie d’atomes 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%. Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 15

Synthèse de l’ibuprofène : procédé Boots Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 16

Synthèse de l’ibuprofène : procédé Boots Réactif (g. mol-1) Atomes utilisés dans l'ibuprofène Atomes non-utilisés dans l'ibuprofène Total (g. mol-1) Ibuprofène Déchets C 20 H 42 NO 10 Cl. Na 514, 5 C 13 H 18 O 2 206 C 7 H 24 NO 8 Cl. Na 308, 5 1 C 10 H 14 134 10 C, 13 H 133 1 H 1 2 C 4 H 6 O 3 102 2 C, 3 H 27 2 C, 3 H, 3 O 75 4 C 4 H 7 Cl. O 2 122, 5 1 C, 1 H 13 3 C, 6 H, 1 Cl, 2 O 109, 5 5 C 2 H 5 ONa 68 0 2 C, 5 H, 1 O, 1 Na 68 7 H 3 O+ 19 0 3 H, 1 O 19 9 NH 3 O 33 0 1 N, 3 H, 1 O 33 12 H 4 O 2 36 1 H, 2 O 33 3 H 3 Utilisation atomique: UA = (206/514, 5)*100 = 40% Ibuprofène: 13000 T/an Déchets: 20000 T/an Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 17

Synthèse de l’ibuprofène : procédé BHC Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 18

Synthèse de l’ibuprofène : procédé BHC Réactif (g. mol-1) Atomes utilisés dans l'ibuprofène Atomes non-utilisés dans l'ibuprofène Total (g. mol-1) Ibuprofène Déchets C 15 H 22 O 4 266 C 13 H 18 O 2 206 C 2 H 4 O 2 60 1 C 10 H 14 134 10 C, 13 H 133 1 H 1 2 C 4 H 6 O 3 102 2 C, 3 H, 1 O 43 2 C, 3 H, 2 O 59 4 H 2 2 2 H 2 6 CO 28 Utilisation atomique : UA = (206/266)*100 = 77, 4% Ibuprofène: 13000 T/an Déchets: 4000 T/an valorisés 4000 T/an Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 19

L’économie d’atome: Synthèse de l’ibuprofène Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 20

L’économie d’atome 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. Secteur Tonnage annuel Facteur E Chimie lourde < 104 -106 < 1 → 5 Chimie fine 102 -104 5 → > 50 Industrie pharmaceutique 102 -103 25 → > 100 Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 21

L’économie d’atome Classement des réactions en fonction de l’économie d’atomes: Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 22

Les réactions catalytiques Réactions stœchiométriques moins efficaces que les réactions catalytiques: les sels de chrome, sous-produits très toxiques de la réaction stœchiométrique Ø 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. Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 23

Les réactions catalytiques Autre exemple: L'allylation du phénol par la synthèse de Williamson Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 24

Les réactifs verts Définition: Les « réactifs verts » sont des réactifs faiblement ou non toxiques pour les humains et sans conséquences sur l'environnement Exemple: La synthèse de l'isocyanate (composé de base de l'industrie des polymères) Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 25

Les solvants verts 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… Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 26

Les solvants verts Qu’est ce qu’un solvant vert : �Faible toxicité �Facilement recyclable (pas besoin de stockage) �Facile à éliminer du produit final �Faible réactivité Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 27

Les solvants verts: CO 2 supercritique • 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 Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 28

Les solvants verts: CO 2 supercritique 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 Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 29

Les solvants verts: CO 2 supercritique Applications industrielles: Ø L'agro-alimentaire : extraction/fractionnement de diverses matrices (animales ou végétales) (remplace par exemple le tétrachlorométhane CCl 4, très toxique, dans le procédé de décaféination), extraction d’arômes… Ø La pharmacie: extraits de plantes médicinales… Ø Les matériaux: purification de polymères, teintures… Ø La chimie: élimination de produits de réaction Ø La biochimie: purification d’antibiotiques… Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 30

Les solvants verts: H 2 O supercritique • 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 Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 31

Les solvants verts: H 2 O supercritique Applications industrielles: Ø Extraction d’huiles essentielles Ø Traitement de solvants organiques toxiques Ø Transformation plus rapide de la biomasse en méthane et utilisation comme carburant Valorisation des sels minéraux issus de la biomasse sous forme d’engrais… Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 32

Les solvants verts: liquides ioniques • Etat liquide à Température Ambiante • Constitués d’ions et non pas de molécules neutres Avantages • Propriétés de miscibilité propres en fonction de la composition chimique du sel • Recyclage aisé (lavage, séchage…) • Non inflammable, non volatil, non toxique Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 33

Les solvants verts: domaine des peintures Peinture = Pigments + Polymère + Solvant + additifs Remplacement des solvants organiques par l’eau Peintures en phase aqueuse : phase liquide composée d’eau (80%) et de solvants (alcools, éthers) üHydrodiluables : émulsion du polymère dans l’eau (<0, 5% solvant) üHydrosolubles : polymères dissous dans le mélange eau/solvant Mais également… Peintures en poudre (sans solvant) Peintures réticulables sous ultra-violets (polymérisation à la lumière) Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 34

L’utilisation de ressources renouvelables Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 35

Les ressources renouvelables: biocarburants Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 36

Les ressources renouvelables: biocarburants Les limites des biocarburants: Ø Besoins en carburant trop important Ø 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. Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 37

Les ressources renouvelables: biomatériaux � 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 Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 38

Les ressources renouvelables: biomatériaux Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 39

Les ressources renouvelables: biomatériaux � 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 Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 40

Les ressources renouvelables: tensioactifs � 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. Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 41

Les ressources renouvelables: les limites �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 Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 42

Chimie verte et développement durable «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 Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 43

Chimie verte et développement durable Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 44

Chimie verte et développement durable 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 Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 45

Education au développement durable Journée de formation Chime et Développement Durable, La Chimie verte 46