Définition et historique de la chimie durable

Historique

Le concept de chimie durable, aussi appelée chimie verte ou chimie renouvelable, est né au début des années 90 aux Etats-Unis.

En effet à cette époque, les pouvoirs publics américains prennent conscience que l’utilisation des procédés chimiques sont potentiellement dangereux pour l’Homme et pour la planète.

Afin de préserver les générations futures, l’administration de Georges Bush fait voter par le Congrès américain le « Pollution Prévention Act ». L’EPA (Environmental Protection Agency) qui est l’agence de protection de l’environnement est chargée de mettre en place une véritable stratégie de lutte contre la pollution chimique.

 

Comment éviter la pollution chimique au maximum ? La chimie classique est pourvoyeuse de nombreux déchets polluants.

Désormais les industriels devront faire tout leur possible pour réduire leurs déchets.

De nombreuses initiatives vont voir le jour afin de trouver des procédés chimiques moins polluants, moins dangereux et plus respectueux de l’environnement. Paul Anastas, un chimiste travaillant à l’EPA dessine très vite les grandes lignes de la chimie durable. Il est considéré de nos jours comme le père de la chimie verte.

Définition de la chimie durable

La définition de la chimie durable à été donnée des 1991 par Paul Anastas :

« La chimie durable 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 (au sens large du terme). »

Ce principe de la chimie durable est applicable a tous les domaines de la chimie. Ainsi les domaines d’applications sont très vaste :

  • domaine pharmaceutique,
  • domaine électronique,
  • domaine cosmétique,
  • domaine agro-alimentaire,
  • domaine automobile etc…

Concrètement, la chimie durable, qu’est ce que c’est ?

La chimie durable cherche à pallier les défauts de la chimie traditionnelle qu’on accuse souvent, et parfois à juste titre, d’être polluante, d’exposer, la faune, la flore, les hommes, les sols, les océans et l’air à des substances nocives.

Son objectif est d’utiliser des matières premières, d’employer des techniques et de synthétiser des produits dans le respect de l’environnement et de l’homme dans une perspective à long terme.

Les 12 grands principes de la chimie durable

La chimie durable permet de préserver au mieux l’avenir des générations futures. Elle s’appuie sur douze principes :

  1. La prévention : il faut éviter à tout prix de produire des déchets et donc des la mise en place des procédés il faut penser à éviter d’en produire trop.
  2. L’économie d’atomes : il faut maximiser le nombre d’atomes de réactifs transformés en produits au cours de la synthèse.
  3. La conception de méthodes moins dangereuses : les méthodes de synthèses doivent utiliser (autant que cela est possible) et produire des substances qui sont le moins toxiques pour l’Homme et pour l’environnement.
  4. La conception de produits chimiques plus surs : en mettant au point les produits voulus qui soient le moins toxiques possible.
  5. L’utilisation de solvants et d’auxiliaires moins polluants : utiliser au maximum des auxiliaires inoffensifs plutôt que des auxiliaires de synthèse comme par exemple des solvants.
  6. La recherche du meilleur rendement énergétique : la dépense énergétique doit être pensée en fonction de son impact sur l’environnement et sur l’économie et doit donc être la plus minime possible. Les opérations de synthèse doivent s’effectuer quand cela est possible dans les conditions de température et de pression ambiantes.
  7. L’utilisation de ressources renouvelables : il faut s’efforcer d’utiliser des matières premières renouvelables ou des ressources naturelles plutôt que des matières fossiles non renouvelables quand cela est possible.
  8. La réduction du nombre de dérivés : il faut éviter au maximum l’apparitions de dérivés. Pour se faire, il faut éviter d’avoir recours aux radicaux bloquants (protecteurs/dé-protecteurs ou de modification temporaire des processus physiques ou chimiques). En effet, ces radicaux peuvent générer de nombreux déchets avec un surplus d’agents réactifs ce qui est à éviter.
  9. L’utilisation de la catalyse : l’utilisation d’agents catalytiques sont préférables à l’utilisation de procédés stœchiométrique.
  10. La conception de produits en vue de leur dégradation : les produits sont conçus avec l’optique qu’ils deviennent des déchets inoffensifs biodégradables.
  11. L’observation en temps réel pour prévenir la pollution : l’observation et la surveillance des opérations en cours doit permettre d’appréhender la formation de potentiels produits dangereux.
  12. La mise en place d’une chimie plus fiable : le choix des substances et de leur état physique doit être fait scrupuleusement pour éviter tout risque d’explosion, d’incendies ou d’émanations dangereuses.

Pour en savoir plus le site de l'unesco détaille ces points.

Concrètement, comment faire de la chimie durable ?

Exploiter des sources de matières premières renouvelables

La chimie durable privilégie l’utilisation de matières premières renouvelables produites par des plantes, des algues et des micro-organismes.

Elle essaie en particulier de trouver des substituts aux ressources fossiles telles que le pétrole ou le gaz naturel qui sont condamnées à s’épuiser et dont la combustion produit du dioxyde de carbone responsable de l’augmentation de l’effet de serre.

Quelle alternative peut on avoir au diesel ? Le biodiesel, une énergie renouvelable.

Certaines plantes sont capables de produire des substances pouvant être utilisées comme carburants (biocarburants) ou pour la synthèse de matières plastiques (bioplastiques).

Synthèses chimiques et chimie durable

La chimie durable privilégie les techniques de synthèse qui donnent le moins de sous-produits ou des sous-produits utilisables (soit directement soit pour d’autres synthèses).

En particulier la chimie dite douce s’inspire des techniques de synthèse des organismes vivants (surtout les micro-organismes) afin de mettre au points des procédés qui exploitent des matières premières naturelles et qui nécessitent peu d’énergie (pas de hautes températures).

Solvants et chimie durable

Les solvants sont utilisés en chimie en tant un milieu réactionnel ou pour réaliser des extractions. L’eau est un solvant efficace et non polluant mais n’est pas adapté à toutes les situations.

Il est courant de faire appel à des solvants organiques mais ces derniers sont rarement entièrement éliminés des produits obtenus et peuvent se diffuser dans l’air, dans l’eau et présenter des risque de toxicité voire être cancérigènes.

La chimie durable suggère l’utilisation de solvants inertes qui ne présente aucun risque pour l’homme et l’environnement comme par exemple le dioxyde de carbone supercritique qui est un liquide obtenu à température ambiante en soumettant du dioxyde de carbone gazeux à une pression de plusieurs dizaines de bars.

La gestion des déchets

La chimie durable préconise d’agir sur trois points :

  1. La diminution des déchets produits en choisissant des synthèses qui engendre le minimum de sous-produits.
  2. La valorisation des sous produits jusqu’alors inutilisés.
  3. La production de substances recyclables ou biodégradables.

Quelques exemples d'application de la chimie durable

Il existe de nombreux exemples de chimie durable.

  • Par exemple on peut citer l’utilisation d’agromatériaux, de fibres naturelles de bois ou de lin, l’utilisation de biocarburants qui limitent les émissions de CO2 , le biodiesel (à l’huile de colza ou l’huile de tournesol), le bioéthanol…
  • L’utilisation de réactifs verts est de plus en plus développée. Le polyuréthane par exemple est un polymère répandu qui peut être fabriqué à partir de phosphogène toxique (isocyanate). De plus en plus on utilise du CO2 qui est beaucoup moins toxique.

Le tableau ci-après liste quelques comparaisons entre différents procédés. (Chimie classique versus chimie verte ou durable).

Procédés de chimie classiqueProcédés de chimie durable
Synthèse acrylamide par H2SO4 et NH3Synthèse de l’acrylamide par synthèse enzymatique
Synthèse du méthylisocyanate par phosgèneSynthèse de méthylisocyanate par synthèse catalytique
Synthèse de l’ibuprofène en 6 étapesSynthèse de l’ibuprofène en 3 étapes
Décaféination par tetrachlorométhaneDécaféination par CO2 à l’état supercritique

Exemple concret : la synthèse de l’ibuprofène.

Comment peut on diminuer la pollution engendrée par la fabrication d'ibuprofène ? L'ibuprofène, un des antalgiques et anti-inflammatoires le plus consommé au monde.

L’ibuprofène est un anti-inflammatoire non stéroïdien de formule C13H18O2. Ce médicament est indiqué pour lutter contre les douleurs, surtout d’origine inflammatoire, contre l’arthrite par exemple et contre la fièvre.

Grâce à des dosages différents, il peut être utilisé chez l’adulte et chez l’enfant. Néanmoins, il doit être utilisé à bon escient de façon responsable car il peut entraîner des inflammations de l’estomac.

L’ibuprofène fait parti des médicaments les plus vendus en France et fait parti de la liste des médicaments essentiels selon l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS). Il est fabriqué depuis 1960 par la société Boots.

Chaque année c’est près de 13 000 tonnes d’ibuprofène qui sont produites qui génèrent 20 000 tonnes de déchets. La fabrication « classique » de l’ibuprofène comprend 6 étapes génératrices de nombreux déchets.

En 1990, une nouvelle voie de synthèse de chimie durable à été mise au point par la société BHC qui utilise trois étapes au lieu de 6 et qui permet de valoriser le produit formé. La quantité de sous produits est considérablement réduite et le sous produit (un seul) est valorisé.

Ces nouvelles étapes sont réalisées grâce aux réactions catalysées et l'utilisation atomique (rapport de la masse molaire du produit recherché sur la somme des masses molaires de tous les produits qui apparaissent dans l'équation stoechiométrique) qui est beaucoup plus élevée que dans les 6 étapes de la fabrication classique.

Non seulement ce procédé permet de diminuer les déchets polluants mais il permet aussi de faire une opération beaucoup plus rentable.

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Yann

Fondateur de Superprof et ingénieur, nous essayons de rendre disponible la plus grande base de savoir.
Passionné par la physique-chimie et passé par la filière scientifique au lycée, je partage mes cours (après les avoir mis à jour selon le programme de l’Éducation Nationale).

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