La radioactivité a été découverte par un français Henri Becquerel en 1896 qui a constaté qu’en enveloppant un minerai d’uranium d’un papier photographique, celui-ci était impressionné en l’absence de toute lumière par un rayonnement inconnu qu’il a baptisé radioactivité.
C’est une propriété d’isotopes instables comme l’uranium 238 (238U) ou le thorium 232 (232Th). Marie Curie découvrit plus tard cette même propriété pour le radium (Ra). Les atomes radioactifs comportent dans leur noyau un nombre de nucléons (protons + neutrons) qui rend ce noyau instable. Pour retrouver une configuration stable ils émettent de l’énergie par rayonnement α (noyaux d’hélium, He), β (électrons) ou γ (photons).
La première unité de mesure de la radioactivité fut le becquerel 1 Bq qui correspond à une désintégration par seconde. L’activité d’une source peut s’exprimer en Bq ou en Bq/kg activité massique (1). Notre corps est lui-même radioactif d’environ 120 Bq/kg. Si vous pesez 70 kg, l’activité est d’environ 8 000 Bq due principalement au potassium 40 (40K) et au carbone 14 (14C).
Ce qui est plus important c’est la dose de radioactivité absorbée par une cible, en joules par kilogramme (J/kg). Anciennement appelée rad pour Radiation Absorbed Dose (rad) elle est actuellement, dans le système international (SI) exprimée en gray (Gy) :
1 Gy = 1 J/kg = 100 rad.
Elle trouve son utilité en radioprotection. On définit alors la dose efficace qui est la somme pondérée des doses équivalentes (des rayonnements α, β et γ) absorbées par les organes et tissus humains. Elle est exprimée dans le système international en sievert (Sv) (2) ou son millième, le mSv, unité universellement admise pour la mesure d’exposition à la radioactivité et risques d’apparitions de dégradations de la santé.
Les facteurs de radioactivité
Sur terre nous sommes exposés à plusieurs facteurs. Tout d’abord les rayonnements cosmiques qui nous arrivent du Soleil et de l’espace, le rayonnement tellurique issu des réactions du noyau terrestre et aussi le radon, un gaz lourd radioactif plus ou moins présent dans le sol et le sous-sol, particulièrement dans les régions granitiques. N’oublions pas nos propres activités humaines : si vous passez une radiographie ou un scanner vous êtes exposés aux rayons X (analogues au rayonnement γ), si vous skiez en altitude ou si vous faites des voyages en avion vous serez exposés à plus de rayons cosmiques. Enfin votre propre alimentation vous fait absorber le 40K présent dans les aliments.
| Sources | en mSv par personne et par an |
| Radon | 1,4 |
| Examen médical | 1,6 |
| Rayonnement telleurique | 0,6 |
| Rayonnement cosmique | 0,3 |
| Alimentation | 0,5 |
| Dose moyenne | 4,4 |
Le tableau montre les principales sources et les moyennes, Il peut y avoir de fortes variations suivant les régions habitées, l’altitude fréquentée, l’alimentation absorbée et le comportement individuel.
Quelques exemples et de fausses idées
Pour le radon, dans une cave dans le Cantal, en Lozère ou en Bretagne vous pouvez mesurer des valeurs très variables de 0,5 à 3 mSv. Une radiographie des poumons ou de l’abdomen peut donner des valeurs comprises entre 0,5 et 1,2 mSv, un scanner beaucoup plus. Un voyage aller et retour Paris – New-York, 0,06 mSv, un séjour de ski d’une semaine à 2000 m correspond à 0,25 mSv.
La dose admise réglementairement d’exposition annuelle pour la radioactivité artificielle est de 1 mSv. C’est une norme et ne correspond en rien à une limite dangereuse. Celle-ci est de 100 mSv et correspond à la zone rouge pour la protection des travailleurs du nucléaire pour lesquels on fixe une limite de 20 mSv cumulés sur les 12 derniers mois pour qu’il n’y ait aucune répercussion sur leur formule sanguine.
Les mesures de la radioactivité de l’air se sont multipliées depuis les années 2000, elle est de l’ordre de 100 nSv/h (nSv = nanosievert ou 10-6 mSv). Le réseau de l’IRSN (3) donne pour les grandes villes françaises des valeurs comprises entre 112 et 130 nSv/h. Les retombées radioactives des expériences nucléaires en atmosphère qui ont eu cours jusque dans les années 1970 et l’accident de Tchernobyl en 1986 ne contribuent actuellement à la radioactivité des sols que pour 0,05 mSv, en constante diminution. Les anciens postes de télévision à tube cathodique émettaient des rayons X et pouvaient contribuer à 0,02 mSv par an pour le téléspectateur, les écrans plats n’émettent plus.
D’autres exemples : fumer une cigarette représente 7µSv à cause des goudrons. Combien en fumez-vous ? Si vous mangez beaucoup de crustacés et de coquillages vous absorbez l’iode 131 et le polonium 210 présent dans l’eau de mer mais cela se chiffre en nano et microsievert rassurez-vous. Dans tous les cas le citoyen français en moyenne ne reçoit que de 3 à 4 mSv par an, surtout par radioactivité naturelle, soit une exposition 25 fois plus faible que la dose dangereuse.
Jean-Claude Bernier et l'équipe Question du mois
(1) À côté du becquerel d’autres unités ont été utilisées. Ainsi le curie (Ci) représentant l’activité d’un gramme de radium, soit 1 Ci = 37 109 Bq.
(2) L’ancienne unité pour la dose équivalente et la dose efficace était le rem, pour « röntgen equivalent man ». 1 Sv = 100 rem
(3) IRSN : Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire
Parmi les objectifs de la PPE (programmation pluriannuelle de l’énergie) figure l’objectif en 2030 de 30 % de production électrique par les énergies renouvelables (1). Si près de la moitié est déjà fournie par l’hydraulique, on se base alors sur le développement de l’éolien et du photovoltaïque (2) qui ne représentent respectivement que 5,2 % et 2 % de la production nationale. Un volet encore modeste est celui de la géothermie qui peut apporter sa contribution non seulement à l’électrique mais aussi aux réseaux de chaleur.
La production d’électricité géothermique (3) est une technologie mature avec de nombreux exemples aux États-Unis avec 19 TWh de production, suivis par les Philippines et l’Indonésie autour de 10 TWh. On sait aussi que l’Islande avec 5 TWh et ses réseaux de chaleur est quasi autonome. La France avec seulement 1,5 TWh, soit moins de 0,3 % de la production, révèle un potentiel croissant.
Le site principal utilisant une nappe d’eau chaude est situé à Bouillante en Guadeloupe qui va porter sa puissance à 25 MW en 2020. Le second site, alsacien, à Soultz-sous-Forêts, utilise une autre méthode de géothermie profonde en récupérant la chaleur des roches granitiques poreuses à 5000 m de profondeur, profitant du gradient thermique exceptionnel du sol près de l’arc de la fosse géologique rhénane. La plateforme expérimentale de Soultz, créée en 1987 par une poignée d’ingénieurs et de chercheurs soutenus par Électricité de Strasbourg (ÉS) et le BRGM, a permis jusqu’en 2007 d’accroître les connaissances sur la fluidité des roches et la récupération de la chaleur (4). Depuis 2008 elle est exploitée industriellement par une société franco-allemande (ÉS et EnBW) et fournit 1,5 MW de puissance. Elle a essaimé à 7 km de là, à Rittershoffen, avec un nouveau forage qui fournit, depuis 2016, 24 MW thermique au circuit de vapeur de l’usine Roquette grâce à un réseau de chaleur de 15 km. Depuis, les projets de forage dans le Bas-Rhin se sont multipliés surtout depuis que les analyses des eaux de forage sur la plateforme de Vendenheim-Reichstett ont montré qu’elles contenaient de 0,15 g à 0,2 g/L de chlorure de lithium. Rappelons que le lithium est actuellement un métal très demandé, dont le prix à la tonne augmente fortement à cause de son utilisation croissante dans les batteries ion–lithium (5). Dans ce cadre un consortium international de recherche EuGeLi (European Geothermal Lithium Brine) s’est formé pour exploiter le procédé propre d’Eramet qui consiste par procédé membranaire à retenir le chlorure puis le transformer en carbonate et à réinjecter les eaux après échange de chaleur et production d’électricité. Les promoteurs du projet veulent implanter un démonstrateur en 2021 et tablent prudemment sur une production annuelle de l’ordre de 1500 tonnes de carbonate de lithium vers 2025.
Restent encore quelques obstacles : les acteurs de la géothermie profonde conditionnent ce développement prometteur à un soutien public pour un complément rémunérateur, situé à 246 € le MWh, voire 200 € si la commercialisation du lithium vient abaisser le prix de revient (6) (notons qu’il y a quelques années le rachat du solaire photovoltaïque était à 600 €/MWh). Il faudra ensuite faire une étude sérieuse du coût de carbonate de lithium au niveau européen sachant cependant qu’une production nationale serait favorable à « l’Airbus européen des batteries ».
Enfin et ce n’est pas le moindre, la mise en place et le fonctionnement de ces forages à proximité du domaine de l’Europole de Strasbourg » a provoqué de micro-secousses sismiques (7) certes inférieures à 2 sur l’échelle de Richter mais qui inquiètent les riverains à tel point que le préfet a demandé un rapport des universitaires et chercheurs du centre de surveillance de l’Institut du globe de Strasbourg.
Souhaitons que ces problèmes économiques et géophysiques ne stoppent pas ces développements que les initiateurs des années 80 que j’ai bien connus n’avaient jamais imaginés même dans leurs rêves.
Jean-Claude Bernier *
Avril 2020
* Remerciements à Andrée Harari pour avoir initié cet éditorial.
Pour en savoir plus :
(1) Une électricité 100% renouvelable : rêve ou réalité ?
(2) Stocker l’énergie du Soleil (vidéo)
(3) La géothermie (vidéo)
(4) La maison écologique
(5) Les batteries sodium–ion
(6) Le lithium, nouvel or blanc ?
(7) Gaz de schistes : quels problèmes pour l’environnement et le développement durable ?
À circonstances exceptionnelles actualité exceptionnelle ! Mediachimie vous propose un article du professeur Bernard Meunier, membre du Conseil de la fondation de la Maison de la Chimie et ancien président de l'Académie des sciences.
Lire l’article de Bernard Meunier sur le site des Echos | Version PDF
Dans cet article paru dans "Les Echos" ce vendredi 27 mars, il analyse en tant que spécialiste reconnu internationalement de la biochimie les possibilités de trouver un remède au COVID-19, mais surtout il examine de façon critique la politique de santé et la stratégie de recherche pharmaceutique qui ont négligé le plus souvent les avancées et les potentiels des "petites molécules" chimiques.
Pour contribuer à la continuité pédagogique en ces temps de confinement, Mediachimie.org vous propose de retrouver un ensemble de ressources dédiées à la chimie, ses innovations et son enseignement.
L’accès à ces ressources est gratuit et permettra aux collégiens, aux lycéens et à leurs familles de disposer de différents média (articles, animations et vidéos) conformes aux programmes en vigueur.
Vous trouverez dans l'espace Enseignants, des documents indexés par thématiques transverses pour les collèges et l’enseignement supérieur, et par ligne de programme pour les lycées.
L’espace Médiathèque regroupe lui les documents par thèmes transdisciplinaires d’intérêt sociétaux. On y trouve également une partie histoire de la chimie qui propose entre autres des animations.
Toute notre équipe vous assure de son soutien.
Le microbiote humain
Le microbiote humain ou flore commensale (du latin con massa = manger ensemble) représente 10 fois plus de microorganismes que les cellules humaines qui nous composent : 1014 pour la flore et 1013 pour les cellules humaines.
Ces bactéries qui composent le microbiote n’ont pas de raison pour la plupart de nous effrayer. Mieux encore, elles agissent comme boucliers contre les agressions extérieures : pathogènes divers, pollution, UV solaire…
Le microbiote est utilisé par l’hôte (l’homme) pour se protéger contre les organismes pathogènes invasifs soit par une action directe anti-infectieuse due à la sécrétion des peptides antibiotiques, soit par une action indirecte à travers le système immunitaire avec lequel il a su bien s’adapter. Tel un professeur, le microbiote éduque en permanence notre système de défense contre les envahisseurs externes.
Il va de soi que les organes humains les mieux équipés sont les intestins et la peau qui sont le plus exposés aux agents extérieurs, les intestins par la nourriture et la peau par les contacts.
Le microbiote de la peau
La peau, organe le plus large du corps (1,8 m2 environ), est un écosystème composé de microorganismes tels que les bactéries (staphylocoques, Corynebacterium…), les champignons (Malasseziae…) et les acariens (Demodex). Toute cette flore est appelée microbiote ou microbiome cutané. Elle vit en symbiose (du grec vivre ensemble) avec notre épiderme, soit à la surface, soit en profondeur.
Répartition de la flore dans le corps humain (source : LEEM / source schéma : Dethiefsen et al. Nature 2007)
Tout individu possède sa propre flore microbienne laquelle est repartie en microenvironnements cutanés suivant la classification :
- zones grasses, par exemple le visage
- zones humides, par exemple les narines
- zones sèches, par exemple les paumes de mains
Pour faire court, les paumes de main abritent des microorganismes qui survivent en zones grasses ou humides, principalement des β-protéobacteries.
L’application des gels hydroalcooliques et conséquences
Les gels hydroalcooliques sont composés pour l’essentiel d’alcool éthylique (de 70 à 90 %), d’eau oxygéné, de glycérol et d’eau purifiée. Des alcools autres que l’alcool éthylique peuvent être utilisés.
Dans tous les cas de figure les gels tuent tous les agents infectieux sans discrimination et ne différencient pas le biotope des autres agents exogènes. Cette perturbation peut avoir des conséquences fâcheuses parfois dangereuses pour les individus.
Elle peut conduire entre autres à des eczémas et dermatites atopiques qui fragilisent l’épiderme, le rendant davantage perméable aux agents infectieux exogènes. La barrière externe de la peau présentant des fissures les agents peuvent être directement en contact avec le derme lui-même irrigué par du sang qui peut servir de véhicule de transmission systémique.
Une expérience originale menée par R. Gallo (1) a démontré que des doigts ainsi désinfectés peuvent facilement par la suite être surinfectés par des bactéries telles que le streptocoque du groupe A ou le staphylocoque.
Cette réalité dépend des individus, leur état de santé et concerne davantage les personnes âgées à peau fine et fragile dû à l’âge (peau en général sèche, dite papier de cigarette, facilement irritée).
Que dois-je faire ?
Il faut suivre strictement les règles d’ANSM (Agence nationale de sécurité du médicament et des produits de santé).
L’ANSM recommande l’utilisation de solutions et gels hydroalcooliques EN L’ABSENCE DE POINT D’EAU DISPONIBLE : transports en commun…
Dans tous les cas il faut privilégier le lavage de mains lorsqu’un point d’eau potable est disponible.
Un dernier conseil : n’utiliser que de savons avec des agents surfactants ou tensioactifs neutres.
Les virus comme le Coronavirus (2) ne sont pas considérés comme des organismes vivants mais plutôt comme des agrégats ordonnés des molécules chimiques. Ces molécules peuvent être de nature hydrophile (qui aiment l’eau), de nature hydrophobe (qui ont peur de l’eau) ou amphiphiles (aimant l’eau et la graisse).
Dans tous les cas de figure, les molécules hydrophiles sont entrainées par l’eau, les molécules hydrophobes se complexent avec les agents surfactants existants dans les savons pour être par la suite entrainées par l’eau. Pour les amphiphiles cela va de soi (3).
Et si un lavage pas assez méticuleux n’a pas permis d’entrainer l’ensemble des particules nous pouvons considérer qu’il ne reste du virus que quelques débris moléculaires incapables d’assurer les fonctions du virus, c’est-à-dire infecter les organes cibles pour se démultiplier et nous coloniser.
Pr. Constantin Agouridas
Mars 2020
Pour en savoir plus :
(1) Le microbiote cutané : le poids lourd sort de l’ombre, J. di Domizio et al., Rev Med Suisse, 2016, 12:660-664
Status report from the scientific panel on Antibiotic use in dermatology of the American Acne and Rosacea Society, J.Q. Del Rosso et al., J. Clin. Aesthet. Dermatol., 2016
Epithelial antimicrobial defence of the skin and intestine, R. Gallo et L.V. Hooper, Nat. Rev. Immunol., 2012 Jun 25;12(7):503-16
(2) Le coronavirus, un défi pour la chimie du vivant
(3) La chimie et les produits d’hygiène et de soins corporels (Chimie et… Junior)
Télécharger les Indications pour l’hygiène des mains sur le site de l'OMS
La maladie à coronavirus COVID-19, apparue en décembre 2019 à Wuhan en Chine sur un marché de la ville, a surpris les autorités chinoises par la rapidité de sa propagation. Elle a très vite touché des centaines d’habitants. Malgré la quarantaine qui a confiné 11 millions de Chinois chez eux fin janvier, la contagion a gagné plusieurs autres villes et d’autres foyers se sont fait jour non seulement en Chine mais au Japon, en Corée du Sud, en Iran, et tout récemment en Italie du Nord. Fin février, ce sont plus de 82 000 malades atteints et 2800 décès dans le monde, et outre les villes de la province de Hubei dont Wuhan est la capitale, plusieurs villes d’Italie sont fermées. Le patron de l’OMS s’inquiète d’une pandémie qui pourrait s’étendre mondialement, et la France, comme d’autres pays, s’y prépare.
Qu’est-ce qu’un virus ?
Plus petit que 100 nanomètres un virus ne peut pas être considéré comme un organisme vivant car il ne peut pas se répliquer seul. Il est constitué d’un assemblage de molécules, pour l’essentiel des ADN ou ARN et des protéines. Lors du contact avec un organisme vivant (homme, animal, plante…) le virus va utiliser la machinerie moléculaire de cet organisme vivant pour se répliquer et se démultiplier en plusieurs copies qui vont coloniser plusieurs centres vitaux de son hôte : voies respiratoires, intestins, sang…
Comment le virus nous attaque ?
Les coronavirus sont presque toujours d’origine animale, l’habitude chinoise d’acheter sur les marchés de petits animaux vivants comme les poissons, les volailles, les petits mammifères, confinés dans un espace restreint, ont sûrement développé une énorme charge virale. De plus la concentration des habitants en mégapoles de plusieurs millions d’habitants a probablement favorisé la propagation du virus. Il faut y ajouter le fort développement de la Chine depuis plusieurs années qui entraîne des migrations humaines nationales et internationales dans tous les secteurs : commercial, technique et scientifique.
Les coronavirus doivent leur nom à une petite couronne de protéines pointues dites spicules. Il y a deux sortes de coronavirus : ceux peu pathogènes qui circulent en France chaque année par temps froid et humide en hiver et disparaissent en été, provoquant les rhumes, laryngites et grippes saisonnières et ceux au comportement hautement pathogène dont deux sont déjà connus le SARS-CoV en 2003 responsable du SRAS (Syndrome Respiratoire Aigu Sévère) et le MERS-CoV responsable du MERS (Middle East respiratory syndrome) en 2012, qui ont fait des victimes en Chine et au Moyen-Orient. Ce nouveau virus, temporairement appelé en janvier 2019–nCoV et définitivement nommé SARS-CoV-2 le 11 février 2020 par l’ICTV (Comité international de taxonomie des virus), était inconnu jusqu’à ce que plusieurs laboratoires dans le monde dont celui de l’Institut Pasteur en France l’isolent, grâce aux prélèvements positifs. Le laboratoire parisien commence à le cultiver sur des souches pathogènes dès le 24 janvier 2020. La collaboration internationale a alors permis très rapidement le séquençage complet du génome de ce coronavirus et ainsi de commencer à étudier sa structure pour comprendre la façon dont il nous attaque (1).
Le virus transmis par des postillons ou des aérosols émis par les malades pénètre dans les cellules nasales. Grâce à cette couronne de protéines pointues (spicules) il se verrouille sur une protéine de surface des cellules appelée récepteur. On peut aussi assimiler les spicules à une « clé » qui se fixe sur la « serrure » du récepteur (2). Le virus libère alors via une vésicule dite endosome son ARN (3) dans le cytoplasme de la cellule qui produit alors les protéines virales nécessaires à sa réplication. Avec son enzyme viral il fait alors de multiples copies de son ARN et donne naissance à plusieurs virus répliqués qui s’échappent de la cellule pour attaquer d’autres cellules et ceci en quelques heures.
Comment réagir et se protéger ?
Grâce à la rapidité du séquençage de son génome, on a pu remonter à la structure du coronavirus. Il y a une semaine une équipe de chercheurs de l’université d’Austin (Texas, USA) a pu mettre au point sa structure 3D et de la partie des spicules (la clé) en utilisant la cryomicroscopie électronique moyen d’étude dont les inventeurs avaient obtenu le prix Nobel de chimie 2017 (4). On peut par ce moyen obtenir de multitudes d’images des molécules figées à basse température et même en faire de petits films. Cette étude a montré de plus que la porte d’entrée dans les cellules humaines était bien le récepteur ACE2 déjà identifié lors du SRAS, mais la « clé » était ici semble-t-il encore mieux adaptée à sa serrure, ce qui pourrait expliquer la rapidité de sa propagation.
Les pistes pour traiter les malades sont alors de deux types :
- des antiviraux qui empêchent la réplication du virus à l’intérieur des cellules comme la chloroquine, une molécule utilisée comme antipaludique et qui bloque la capacité du virus à acidifier les endosomes pour libérer l’ARN, ou le remdesivir qui agit comme un nucléotide sur l’élément constitutif de l’ARN, en s’immisçant dans la séquence copiée, créant une « faute de frappe » et la rendant inutilisable pour la réplication (5).
- des inhibiteurs de protéase déjà testés pour le traitement du VIH, du SRAS et du MERS. Ils bloquent la capacité de la protéine « protease » à couper une longue protéine non fonctionnelle en protéines plus petites nécessaires à la réplication du virus.
L’immunologie par biosynthèse consiste à produire des anticorps dans la cellule en y transférant deux ADN, ces deux ADN seront transcrits en ARN messagers qui vont migrer dans le cytosol et s’ajouteront à la protéine de surface empêchant le virus de se fixer sur sa cible (si la serrure change la clé ne marche plus) (6). C’est aussi une piste pour la vaccination, comme celle d’injecter des anticorps venus de malades guéris. Pour l’instant, les traitements des malades utilisent des molécules comme la chloroquine, le remdesivir ou des inhibiteurs tels que le lopinavir ou le ritonavir et l’interféron déjà connus et utilisés dans les cas de syndromes respiratoires aigus et donnant de bons résultats comme à Bordeaux sur le malade qui est sorti récemment de clinique. Pour un éventuel vaccin il faudra sans doute attendre plusieurs années malgré le nombre de laboratoires de recherche en biochimie et pharmacie qui se sont mis sur le sujet.
En France un plan de veille et de prévention est mis en place en mobilisant plus de 100 hôpitaux et en passant les laboratoires d’analyses à une capacité de plusieurs milliers de tests de dépistage par jour. Une bonne règle personnelle d’hygiène est de se laver les mains régulièrement et de protéger la bouche en cas de toux, cela vous évitera sans doute déjà le rhume ou la grippe de saison (7).
Jean-Claude Bernier, Constantin Agouridas et Catherine Vialle
27 février 2020
Pour en savoir plus
(1) Chimie du et pour le vivant : objectif santé
(2) La chimie supramoléculaire et ses formes modernes
(3) Cibler l’ADN : pour la compréhension du vivant
(4) Le prix Nobel 2017
(5) Molécules hybrides pour de nouveaux médicaments : mythe ou réalité ?
(6) De la biologie de synthèse aux biomédicaments
(7) La chimie et les produits d’hygiène et de soins corporels (Chimie et… Junior)
L'image d'illustration, réalisée par Centers for Disease Control and Prevention (CDC), révèle la morphologie des coronavirus.
Vous qui n’aurez pas la possibilité de venir à la Fondation de la Maison de la Chimie le 26 février 2020, vous pourrez assister en direct au « Colloque Chimie et Lumière »
sur Mediachimie ou sur Youtube.
La captation des conférences sera par la suite disponible en ligne et leur mise à disposition sera indiquée sur la page d'accueil de Mediachimie.
En 2003 la directive européenne RED (Renewable Energy Directive) a demandé aux pays européens des réductions d’émission de gaz à effet de serre (GES), notamment pour le transport, en faisant appel aux biocarburants capables de diminuer de 35% en 2017 puis de 50% en 2018 les émissions. Les pétroliers ont alors ajouté de l’alcool dans l’essence et des esters d’huiles végétales dans le gasoil, d’origine biosourcée.
Comment fabrique-t-on le bioéthanol (selon les procédés dits de 1re génération) ?
L’éthanol ou alcool éthylique, de formule chimique C2H5OH, est principalement synthétisé lors de la fermentation du sucre, soit de canne à sucre, soit de betterave suivant la réaction :
ou à partir d’amidon de blé ou de maïs, préalablement hydrolysé en sucre, selon :
(C6H10O5)n + n H2O = n C6H12O6 suivi de la fermentation (1).
Lors de ces réactions, l’alcool obtenu est mélangé à de l’eau que l’on doit absolument éliminer.
Pour cela l’opération industrielle se poursuit par une distillation pour obtenir un mélange eau-alcool à 90% (2) en éthanol. Puis les 10% d’eau restants sont éliminés sur tamis moléculaires pour que l’alcool purifié à 99,8% puisse être mélangé à l’essence. Les pétroliers en transforment une partie en ETBE (éthyl ter-butyl éther) (3) par réaction avec l’isobutène (4) afin d’avoir un carburant moins volatil.
Le rendement énergétique de l’éthanol est inférieur à celui de l’essence. En effet le rendement avec un litre et demi d’éthanol équivaut environ à celui d’un litre d’essence. Il faut donc s’attendre pour une automobile à une consommation supérieure au 100 km.
Les différents carburants à la « pompe à essence » : pour quels moteurs ?
En France les différents carburants à essence contiennent des quantités variables d’alcool.
Nom du carburant | SP 95 | SP 98 | SP95 E10 | super éthanol E 85 |
| Logo à la pompe depuis octobre 2018 | E5 | E5 | E10 | E85 |
Pourcentage maximum d’éthanol pur | 5 % | 5% | 10 % | 65 à 85 % selon la saison |
Tous les moteurs modernes sont conçus pour fonctionner avec les 3 premiers carburants.
Par contre pour le E85 il faut une automobile dite « flexfuel » équipée d’un système d’injection et de réglages du moteur lui permettant d’utiliser tous les carburants modulables. Seuls quelques constructeurs commercialisent ces véhicules qui ne représentent à l’achat que 0,3% du neuf. Heureusement depuis 2018 des boitiers électroniques agréés s’adaptent sur les autres automobiles leur permettant de rouler à l’E85 et environ 6000 automobilistes par an y recourent. C’est qu’ils recherchent des économies et une rentabilité car l’E85 est bien moins taxé que l’essence normale (0,12 € au lieu de 0,68 €) ce qui donne un prix moyen de 0,70€/L à la pompe pour l’E85.
Pour une voiture consommant 6 L/100 km de SP 95 à 1,50€/L et équipée pour rouler avec 7L/100 km d’E85 à 0,70 €/L, l’économie est de l’ordre de 4 €. Il faut alors de 20 000 à 25 000 km pour rentabiliser la pose du boitier FlexFuel d’environ 1000€.
[Ajout octobre 2020 : Les données actualisées mensuellement sont disponibles sur le site du Syndicat National des Producteurs d'Alcool Agricole, notamment sur la répartition de l’utilisation des carburants et les coûts et gains d’utilisations du SP95-E10 et du Superéthnol-E85. En 2020, l’estimation d’installations de boitiers est de 3000 par mois.]
Concurrence entre cultures à des fins énergétiques et cultures alimentaires
Alors « sauverons-nous la planète » (5) en roulant au bioéthanol ? La polémique a grossi dès 2010 après des rapports américains qui dénonçaient l’utilisation de cultures vivrières à des fins énergétiques et s’est enflée en 2016 après une étude très documentée de l’ADEME, de l’INRA et d’une ONG « Transport et environnement » pour la Commission de Bruxelles. Non seulement les gains en émission de GES étaient très inférieurs à 30% pour l’éthanol issu des céréales – avec de grandes disparités selon les céréales - mais le chiffrage du CAS (Changement d’affectation des sols) plombait encore ce bilan (6). C’est pourquoi la commission n’a pas voulu augmenter le pourcentage de biocarburants de 1re génération après 2018 comme prévu dans la directive RED.
[Ajout octobre 2020 : Une étude commandée par la Commission européenne a débouché sur la publication en mars 2019 d’un règlement délégué de la Commisssion. Les impacts sur le Changement Indirect d’Affectation des Sols sont détaillés en annexe pour les différentes cultures céréalières, sucrières et oléagineuses. Ces cultures sont classées en dessous du seuil limite de 10% définissant les biocarburants à risque ILUC élevé (risque de changement indirect d’affectation des terres), à l’exception de l’huile de palme dont la valeur est à 45%.]
Quelle est la situation en France ?
Le SP95 E10 est devenu le carburant le plus vendu avec plus de 40% des ventes à la pompe en 2019. L’éthanol représente environ 10% des carburants vendus en France.
Le dernier rapport du ministère de l’Écologie solidaire et celui de la commission parlementaire du 22 janvier précise qu’en 2017 543 millions de litres d’éthanol ont été produits, issus de matières premières française (55% maïs et blé, 33% betterave, 12% divers). De même 753 ML d’ETBE ont été produits à partir de 55% de matières françaises (80% blé et maïs, 18% betterave).
[Ajout octobre 2020 : La production française de bioéthanol utilise moins de 1% de la surface agricole utile nationale.]
Ces deux rapports recommandent d’accélérer la recherche pour l’obtention d’éthanol dit « cellulosique » produit à partir de la biomasse « lignocellulosique » issue de déchets végétaux (bois, paille, bagasses de végétaux), selon des procédés biochimiques.
Pour l’instant des cocktails d’enzymes capables de transformer la cellulose en sucres ont été trouvés et on sait à la fois séparer la lignine et mener la fermentation en bioréacteurs mais le coût de l’alcool produit n’est pas encore compétitif. En France le projet Futurol mené par 11 participants, dont l’IFPEN (8), est arrivé à son terme en 2018 après dix ans de recherche. La bioraffinerie pilote de ce projet à Pomacle-Bazancourt dans la Marne a été cédée à la société ARD (Agro Industrie Recherches et Développements) chargée de son maintien et de la commercialisation de cet éthanol cellulosique français pour le biocarburant 2G (9).
Un peu d’histoire (un retour aux sources ?)
L’inventeur du moteur à explosion, Nicolas Otton, avait conçu ce moteur avec l’alcool comme carburant et le record de vitesse automobile avait été obtenu en 1903 à 177 km/h sur une Gobron-Brillé roulant à l’éthanol. C’est seulement quand les hydrocarbures sont devenus moins chers que l’essence a remplacé l’alcool.
La production de futurs biocarburants respectant les enjeux environnementaux et économiques est un défi exaltant auquel doivent répondre les chimistes et bio-technologistes. Pour nous, automobilistes dans une société économe des ressources, quel que soit le carburant adoptons une conduite cool et écolo !
L’équipe question du mois
(1) Un schéma présentant les étapes de la production de bioéthanol est disponible sur le site SNPAA des Industriels de l'Alcool et du Bioéthanol
(2) Il s’agit de la fraction molaire en éthanol du mélange eau/éthanol
(3) Le nom ETBE est le nom industriel. Son nom selon la nomenclature est le 2-éthoxy,2-méthylpropane.
(4) La réaction mise en jeu entre l’isobutène et l’éthanol pour donner l’ETBE est
(5) Un exemple d’énergie renouvelable : l’essence verte
(6) Les enjeux de la R&D en chimie pour le domaine des carburants et biocarburants
(7) Polémiques dans le monde des biocarburants
(8) IFPEN : Institut Français du Pétrole et des Énergies Nouvelles