La récente décision du régime de Kinshasa (RDC, république démocratique du Congo) de taxer les volumes d’extraction du cobalt (1) des sociétés minières non à 2  % mais à 10 % considérant que ce métal devient stratégique n’est pas sans incidence sur notre consommation. Le cobalt et ses sels sont utilisés pour les alliages spéciaux, les carbures des outils de coupe, les catalyseurs, les aimants (2) mais surtout en 2017 à plus de 50 % pour les batteries ion–lithium, alors que cette utilisation ne représentait que 10 % en 2010. Les milliards de smartphones, nos outils électroniques nomades et les gigantesques objectifs de véhicules électriques en sont responsables. En effet dans tous ces objets ou automobiles le fonctionnement électrique est assuré par des batteries stockant l’énergie qui sont majoritairement des batteries ion–lithium (3).

Dans ces systèmes électrochimiques (4), lors de la décharge le lithium perd un électron qui produit le courant dans le circuit extérieur, l’ion Li+ migre alors à travers l’électrolyte et s’intercale dans la cathode constituée de feuillets de LiCoO₂ .C’est dire qu’à côté du lithium il y a dans chaque batterie une quantité non négligeable de cobalt. On estime que par kWh il faut environ 600 à 800 g de Li₂CO₃ et de l’ordre de 180 à 230 g de cobalt. Cette quantité peut baisser si on utilise des batteries de type Li(CoNi)O₂ ou Li (MnCo)O₂ ou encore Li(CoMnAl)O₂ (5) et passer par exemple de 60 % à 20 % de la masse en sacrifiant un peu sur la charge maximum.

Même si la capacité massique des batteries a doublé en dix ans et si le prix du Kwh va être divisé par deux en cinq ans d’ici 2023, la demande des constructeurs automobiles devient très pressante (6). Des marques comme Tesla ou Volkswagen annoncent pour les millions de voitures à produire des besoins annuels de 100 GWh et 200 GWh respectivement après 2020, ce qui représenterait au total de l’ordre de 69 000 tonnes de cobalt à cette échéance, soit près de 70 % de la production mondiale 2016 ! La multiplication des « gigafactories » de piles électriques (7) devrait permettre à l'horizon 2020 de produire en un an plus de batteries que la production mondiale totale jusqu'en 2014 !

Pour faire face à cet emballement les grands constructeurs veulent assurer leurs approvisionnements et passent de méga contrats avec (Contemporary Amperex Technology), LG Chem, BYD Auto, Samsung… La Chine rachète à Glencore la mine de Tenke Fungurume en RDC pour plus de 2 milliards US $. Dans la foulée le cours du cobalt flambe, de 40 000$/t en 2017 il atteint 87 000 $/t au printemps 2018, et pourtant la production qui était de 62 000 tonnes en 2013 a presque doublé en 2017. C’est la RDC qui domine le marché avec une production de 64 000 tonnes en 2017 suivie dans l’ordre par la Chine, le Canada, la Russie…

La France, grâce à la Nouvelle-Calédonie, est dans le top 10 avec 3 500 tonnes.Cette position dominante de la République démocratique du Congo est assez critique. En dehors des conditions quasi esclavagistes de l’extraction minière, la situation politique du régime de Kinshasa, aux prises avec des rebelles, fait craindre, avec la mainmise de la Chine sur les approvisionnements, une situation de pénurie. Les prévisionnistes tablent sur une augmentation de la demande de 1930 %. Les électrochimistes (8) peuvent cependant dégonfler cette « bulle » avec de nouveaux systèmes, Li-FePO₄, Na-ion, Zn-air, Na-S … qui n’exigent plus de cobalt mais ne sont pas encore sur le marché pour l’immédiat.

Jean-Claude Bernier
Mars 2018

Pour en savoir plus
(1) Le cobalt (produit du jour SCF)
(2) Les matériaux stratégiques pour l’énergie
(3) Meilleurs matériaux pour batteries à ions-Li. L’approche déductive et inductive de la chimie (video-conférence)
(4) Stocker l’énergie pour communiquer (Chimie et… junior)
(5) Lithium–ion : de nouvelles batteries antiaériennes ?
(6) Stockage de l’électricité : élément clé pour le déploiement des énergies renouvelables et du véhicule électrique
(7) Elon Musk au secours des énergies renouvelables
(8) Les accumulateurs électrochimiques pour les transports : Li-ion et nouvelles chimies

L’ONG Générations Futures a compilé les données d’échantillons de fruits et légumes analysés par la Direction générale de la concurrence, de la consommation et de la répression des fraudes (DGCCRF) prélevés dans les grandes surfaces et grossistes et en a fait l’annonce le 20 février. Cette annonce a été reprise à foison par les média écrits et audiovisuels avec les gros titres : « 75 % des fruits et 41% des légumes contaminés par des pesticides ». Nous qui essayions cinq légumes et fruits par jour dans une alimentation équilibrée nous en sommes tombés de nos marmites. Comme le dit un célèbre humoriste : « je ne peux plus manger de fruits et légumes à cause des pesticides, plus de viande car il y a des hormones, plus de poissons car ils contiennent des métaux lourds, il me reste de l’eau pour me nourrir encore faut-il qu’elle soit potable ! » (1).

Dans cette annonce pour faire le buzz on ne trouve pas de résultats chiffrés d’analyses ni de détails sur les protocoles, spécialement mal venue pour saper la confiance du consommateur envers les producteurs à l’heure du Salon de l’agriculture à Paris (2).

De quoi parle-t-on enfin ? On cite la limite maximale de résidu (LMR) pour les produits phytosanitaires (3), seuil maximal autorisé pour un aliment transformé ou non, elle est pour la plupart des pesticides fixée réglementairement à 0,1 mg/kg (0,1 partie par million - ppm). Cette valeur très basse, mesurable grâce aux progrès de la chimie analytique (4), notamment à la chromatographie couplée à la spectrométrie de masse (5), est fixée à partir de la DJA - Dose Journalière Admissible. Celle-ci est fixée avec une marge de sécurité d’un facteur 100 à 1000 à partir de la Dose Sans Effet (DSE) quantité maximale de substance pouvant être ingérée par un animal quotidiennement sans troubles physiologiques et exprimée en mg/kg de poids.

On passe donc de la DSE/1000 à la DJA (qui sont des éléments de toxicologie) puis à la DJA divisée encore par un facteur de sécurité pour donner la LMR qui s’exprime le plus souvent en fraction de ppm. Les média pilotés tous par le panurgisme ne devraient-ils pas faire un effort de réflexion et consulter des sources impartiales comme par exemple le dernier rapport de l’EFSA (European Food Safety Authority) (6). Paru en avril 2017 sur les résidus de pesticides des fruits et légumes prélevés chez les producteurs en 2015 il a concerné 84341 échantillons sur lesquels 220 pesticides ont fait l’objet d’analyses. 69 % des échantillons provenaient de l’Espace économique européen (EEE), 26 % de pays tiers et 5% d’origines non définies. 97% des échantillons étaient en dessous du niveau de résidu maximum (LMR) dont 55% étaient exempts de pesticides car en-dessous de la limite de détection qui est de quelques ppb (partie par milliard). Sur les 2,8% au-dessus de la limite seuls 1,6% excédaient nettement cette limite (1,2% se situant dans la marge d’erreur). Pour les analyses concernant les produits issus des pays tiers, 3,4% excédaient la marge réglementaire, l’EFSA note un progrès dans ce domaine puisqu’en 2012 ils étaient 7,5%.

Parmi les produits dénotant un excès de pesticide (les 1,6%) on trouve 3,4% des brocolis, 1,7% des raisins de table, 0,8% du poivre, 0,4% des aubergines, 0,3% des bananes, ce qui reste tout de même de 96,6% à 99,7% de ces légumes et fruits tout à fait sains et mangeables.

On est loin des annonces alarmistes du 20 février. L’organisation de l’EFSA s’appuyant sur un réseau de laboratoires de chimie analytique (7) agréés dans les pays européens permet d’avoir des indicateurs scientifiques fiables, elle est un élément clef de la sécurité des consommateurs européens. Le programme européen de surveillance permet de conclure : que les niveaux quantifiés de résidus de pesticides dans les principaux aliments consommés par les européens n’entrainent pas de risque significatif sur le long terme pour la santé des consommateurs.

Dans la perspective d’une agriculture raisonnée du 21e siècle et de renforcer la confiance, il est raisonnable d’envisager comme le gouvernement le souhaite non pas une disparition des ajouts de phytosanitaires mais une forte diminution et le développement de l’innovation pour la protection des plantes comme le pratique l’INRA et le CNRS en France en suivant plusieurs pistes :

• utiliser des prédateurs des ravageurs des cultures comme les larves de trichogrammes contre la pyrale du maïs et les coccinelles contre les pucerons ;
• mobiliser des bactéries et des champignons comme le bacillus thurigiensis ou des virus comme dans la carpovirusine développé par l’INRA ;
• disperser des médiateurs chimiques comme les phéromones (8) permettant la confusion sexuelle des insectes, très efficace pour la protection des vignobles ;
• le biocontrôle pour renforcer la résistance naturelle des plantes avec de nouvelles méthodes modifiant les gènes soit par croisement soit par des techniques (NPBT - new plant breeding techniques) comme le CrispR-Cas9 (9) ciblant le génome.

Reste l’agriculture biologique qui se développe avec un marché en 2017 de 7 milliards €, et une progression à deux chiffres en France. Elle ne représente encore que 5% des terres cultivables et 4,5% du marché alimentaire. A côté des prix excessifs pratiqués, l’EFSA demande à ce que les produits bio ne soient pas exempts des contrôles, en particulier sur les LMR. En effet, lors d’une récente étude, l’agence canadienne a trouvé plus de 40% des fruits et légumes bio contenant des pesticides, soit par un bruit de fond de sols précédemment traités ou de non-respect du cahier des charges de l’agriculture biologique.

Jean-Claude Bernier
Février 2018

Pour en savoir plus :
(1) L’eau du robinet est-elle polluée ?
(2) La chimie en agriculture : les tensions et les défis pour l’agrochimie
(3) Les produits phytopharmaceutiques pour une alimentation de qualité pour tous
(4) La chimie analytique au service de la toxicologie médico-légale
(5) Spectrométrie de masse (MS : mass spectrometry) (vidéo en anglais, 7:58)
(6) The 2015 European Union report on pesticide residues in food - European Food Safety Authority EFSA Journal (2017) 15(4):4791, 134 pp.
(7) Les chimistes au service de la sécurité des personnes, des biens, de la santé et de l’environnement
(8) Les phéromones et le cerveau des insectes
(9) Chimie et biologie de synthèse (colloque)

 

Les jeux olympiques d’hiver en Corée à PyeongChang débutent vendredi 9 février. La séance d’ouverture risque d’être un peu perturbée par l’absence de certains athlètes. Le froid polaire qui règne actuellement avec -22°C et le vent glacial font dire à quelques délégations comme l’Italie et la Nouvelle Zélande que ce n’est pas un temps pour défiler même dans cette magnifique esplanade olympique des athlètes en pleine préparation. De plus, près de 1400 agents de sécurité sont sur le flanc, frappés par un norovirus de gastro-entérite probablement due à l’alimentation ou l’eau du centre pour jeunes où ils sont logés près du village des athlètes. Les organisateurs font tout pour que ces derniers ne soient contaminés et procèdent à de nombreuses analyses (1). Pour la survie des spectateurs de la cérémonie d’ouverture ils vont distribuer des kits de confort composés de bonnets, couvertures et coussins chauffants « chimiques » (2).

Mais heureusement l’évènement sportif et technologique va bientôt faire oublier ces petits tracas. Les skieurs sont équipés des derniers cris en matière de skis de compétition (3) ainsi que de combinaisons assurant confort et performance (4). Les descendeurs et les funambules du saut à skis pour se protéger font appel à la chimie (5) et pourront accélérer à fond grâce aux matériaux composites (6).

Ces jeux sont aussi une grande vitrine des nouvelles technologies, puisqu’entre les compétitions on pourra voir au pavillon de la culture et des TIC (7) une exposition qui mêle l’art et l’éclairage avec LED et lasers (8). L’une des attractions sera l’œuvre de l’initiateur des jeux vidéo Nam June Paik : une tortue géante de 12x6 m composé de 166 écrans de télévision (9). Les spectateurs pourront aussi voir des expériences et démonstrations du réseau 5G en télécom, de l’internet des objets, de l’intelligence artificielle, de la réalité virtuelle et des concerts en hologrammes 3D.

Pas de doute nous sommes bien en Corée !

Jean-Claude Bernier
février 2018

Pour en savoir plus
(1) L’eau au labo (vidéo, 5:02)
(2) Ces coussins contiennent un gel d’acétate de sodium (NaCH₃COO) en solution saturée. Un choc, provoqué par une capsule métallique pliée, entraine l’apparition de cristaux qui provoquent l’entière cristallisation de l’acétate. Cette cristallisation est exothermique et absolument sans danger.
(3) Performance d’un ski de course : structure composite et glisse sur la neige
(4) Des textiles pour sportifs. Apport de la chimie pour améliorer confort et performances
(5) Technologie et performance sportive
(6) Les matériaux composites dans le sport
(7) Les matériaux avancés, moteurs de l’innovation en électronique
(8) Nos données dans le chaos : le laser à la rescousse de la fibre optique
(9) EnLEDissez vous !

En savoir plus sur le colloque

Accédez à la ressource

Accédez à la ressource

La vapeur d’eau issue de la basse atmosphère remonte avec les mouvements ascendants vers des altitudes élevées où règnent des températures basses. Au sein des nuages ayant une température largement en dessous de zéro, la vapeur d’eau se condense alors sous forme de très petites gouttes d’eau en surfusion (1) ou de microscopiques germes de glace : c’est la naissance du cristal. La vapeur d’eau continue à se condenser sur ces germes qui croissent d’une taille de quelques microns à quelques millimètres et donnent trois types de cristaux suivant la température à laquelle ils se forment : les étoiles - les plaquettes - les aiguilles.

Évolution de la neige

Soumis à différents paramètres (vent, température, pluie, soleil) les différents cristaux subissent des transformations continues et forment des couches variées au sol. Certaines sont dures, d’autres tendres. En observant la neige à la loupe binoculaire on distingue plusieurs formes de petits grains aux formes variées :

• grains fins en couches compactes : le vent a brisé les cristaux qui se redéposent en petites particules qui forment des rides comme le sable fin et des corniches sur les sommets ;
• grains à faces planes : il s’agit d’une vieille neige où les liaisons entre grains sont très faibles. Enfouie sous une neige fraiche elle est très fragile et peut déclencher une avalanche par plaque ;
• grains ronds : il s’agit là d’une neige qui a été mouillée sous l’effet du soleil ou de la pluie. Elle forme soit des couches molles si la température est douce et la neige contient de l’eau liquide, soit des couches dures si la neige a regelée : c’est la « neige de printemps ».

La neige et la glisse

Sur des skis on peut glisser sur la neige à des vitesses de plusieurs dizaines de mètres par seconde. La glisse est un phénomène compliqué (2). En fait on ne glisse pas sur la neige mais sur un film d’eau qui se crée entre la semelle du ski en polyéthylène (3) et la neige. Pour améliorer la glisse la structure de la semelle est semblable à un pneu pour bien évacuer l’eau et éviter le phénomène de succion qui freinerait le skieur. On peut aussi l’enduire de « fart » à base de paraffines et de molécules de fluorocarbures (4) hydrophobes.

Bon schuss !

L'équipe Question du mois

(1) La surfusion est un état de la matière qui demeure en phase liquide alors que sa température est plus basse que son point de solidification.

(2) Pour en savoir plus, allez découvrir l’article Les skis un équipement de haute technologie

(3) Le polyéthylène est formé à partir du monomère éthylène (ou éthène) de formule H₂C=CH₂

(4) Parmi eux le PTFE (polytétrafluoroéthylène), connu sous le nom commercial téflon© passé dans le vocabulaire courant. La formule de son monomère est : F₂C=CF₂

Source photos cristaux :  site MétéoFrance, Phénomènes météo / La neige et ses transformations

 

Il y a plusieurs sortes de chocolat (1) :

• le chocolat noir à plus de 50% de cacao, avec du sucre, du beurre de cacao, de la vanille et de la lécithine de soja ;
• le chocolat au lait, qui contient moins de cacao et les mêmes ingrédients auxquels on ajoute le lait ;
• le chocolat blanc qui ne contient que du beurre de cacao ainsi que le sucre, le lait, la vanille et la lécithine de soja.

Le cacao et donc le chocolat contiennent des polyphénols, surtout des flavanoïdes et des anthocyanes qui ont la propriété de piéger les radicaux libres toxiques pour l’organisme (2).

C’est par ailleurs un aliment gras par ses triglycérides qui contiennent principalement l’acide oléique, un acide gras insaturé (Omega 9), et l’acide stéarique, qui une fois dans l’intestin se « désature » en acide oléique, excellent pour éliminer le cholestérol et combattre les maladies cardio-vasculaires. Est-ce que ces acides gras sont mauvais pour la ligne ? À côté des triglycérides, le chocolat contient des méthylxanthines comme la thréobromine et la caféine qui sont des molécules lipolytiques c’est-à-dire qu’elles dégradent les graisses de l’organisme - ce sont les mêmes que l’on trouve dans les crèmes amincissantes (3).

Le chocolat a d’autres vertus, il apporte des oligoéléments comme le magnésium, le phosphore et le potassium, mais aussi des molécules euphorisantes et stimulantes, les endorphines comme le phenyléthylamine et la sérotonine (4) qui « font plaisir » à l’organisme. N’a-t-il donc que des qualités ce produit exotique (5) venu des Mayas et des Aztèques par les conquistadors espagnols et popularisé en France à la cour de Versailles par le roi Louis XIV et la reine Marie-Thérèse d’Autriche ? Non, il contient du sucre qui augmente la glycémie, d’où une attention particulière à lui porter pour les diabétiques. De même, pour nos amis les animaux la théobromine du chocolat est toxique : pour les chiens, car, non éliminée dans le sang, elle peut provoquer des convulsions et des hémorragies internes, et aussi pour le chat, mais lui, n’aime pas le sucré (6).

En cette fin de 2017 nous ne risquons pas une pénurie car la cotation en décembre du cacao est de 1850 $ la tonne alors qu’en certains novembres de 2011, 2014 et 2015 elle avait dépassé 3000 $ la tonne. En cause l’extrême volatilité du cours du cacao qui dépend fortement de la situation géopolitique de l’Afrique de l’Ouest qui fournit presque 60% de la production mondiale avec la Côte d’Ivoire et le Ghana. La consommation mondiale de chocolat atteint de l’ordre de 3 Mt, en France 392 000 t (7) mais les plus gros consommateurs en Europe sont les Suisses suivis des Autrichiens et des Belges.

Faites cependant un peu attention durant la « trêve des confiseurs ». N’oubliez pas l’enseignement de Paracelse « Rien n’est poison, tout est poison ; seule la dose fait le poison » et sur les marchés de Noël préférez le verre de chocolat chaud au vin chaud mais avec modération (8).

Jean-Claude Bernier
décembre 2017

Quelques ressources pour en savoir plus :
(1) Expériences autour du chocolat
(2) Le chocolat est-il bon pour la santé ?
(3) Les emplois thérapeutiques du chocolat
(4) Sport et cerveau (Collection Chimie et… junior)
(5) Le chocolat (Produit du jour SCF)
(6) Le goût : de la molécule à la saveur
(7) Chimie et la chocolaterie
(8) La chimie des sens ? Il y a tant de découvertes à faire !
 

La banane contient entre autres de la cellulose (1), des glucides (2), des lipides (3), des enzymes (4) et des polyphénols (5). Au sein des cellules il existe des compartiments, ce qui permet aux composés phénoliques de ne pas être en contact avec les enzymes présentes.

Altération de la peau et action du froid

Si les membranes des cellules sont altérées ou blessées, les enzymes et les polyphénols vont se trouver simultanément en contact entre eux et avec l’oxygène de l’air.

Cette altération peut avoir lieu par égratignure de la peau, par choc ou par refroidissement excessif. En effets les lipides des membranes des cellules végétales ajustent les proportions d’acides gras insaturés en fonction de la température. Si la température est trop basse la membrane devient trop fluide et perd son étanchéité. Alors enzymes et polyphénols peuvent se mélanger et réagir. La banane subit alors la « chilling injury » ou « blessure par refroidissement ». Pour ce fruit, on estime à 12,5 °C la limite au-dessous de laquelle il y a altération.

Les réactions mises en jeu dans le brunissement

En présence d’oxygène, les enzymes polyphénol oxydases (PPO) (6) permettent l’oxydation des phénols en quinone. Puis le processus se continue par une polymérisation en mélanine (7) qui est brune à noire.

Alors, comment éviter d’avoir des bananes avec des taches noires ?

• Achetez-les plutôt vertes
• Ne les mettez pas au réfrigérateur et ne les choquez pas
• Ne les stockez pas près d’autres fruits car ils émettent tous de l’éthylène qui accélère le murissement

Certains conseillent de les suspendre par la tige et de les envelopper dans un sac plastique pour éviter le contact avec l’oxygène. C’est un peu contradictoire avec l’atmosphère alors confinée qui contiendra de l’éthylène qui va continuer à les faire murir plus vite !

Dans de nombreux cas la lutte est dérisoire car hélas dans les grandes surfaces les fruits sont stockés dans des chambres froides et l’induction des réactions est déjà dans le fruit sur l’étal !

Vous voulez faire une salade de fruits ? Comment éviter le noircissement des bananes coupées ?

Les polyphénol oxydases étant inhibées par les acides, pour éviter que les rondelles de la banane coupée noircissent on peut les arroser avec du jus de citron ou de l’eau dans laquelle on a dissous un peu de vitamine C (acide ascorbique) (8). Ceci est aussi vrai pour les pommes.

Jean-Claude Bernier, Françoise Brénon et l'équipe Question du mois de Mediachimie

(1) La cellulose est un enchaînement linéaire de molécules de D-glucose. C’est le principal constituant de la paroi des cellules végétales.

D-glucose.
Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Glucose

(2) Le glucose est un exemple de glucide.

(3) Les lipides constituent la matière grasse de l’aliment.

(4) Une enzyme est une très grosse protéine jouant un rôle de catalyseur, c’est-à-dire qui est capable d’accélérer une réaction chimique.

(5) Exemple de polyphénol

Source : http://biochim-agro.univ-lille1.fr/brunissement/co/ch2_II_b.html

(6) Transformation d’un diphénol en quinone. La catécholoxydase est une PPO, métalloenzyme contenant du cuivre qui est le site d’interaction avec l'oxygène et le substrat phénolique.

Source : http://biochim-agro.univ-lille1.fr/brunissement/co/ch2_II_b.html

(7) La mélanine est une macromolécule brune.

(8) La vitamine C est identique à l’acide L-ascorbique. Le citron contient naturellement de l’acide citrique et de la vitamine C. L’acide inhibe l’enzyme. La vitamine C est un réducteur qui subit l’oxydation à la place des polyphénols, ce qui les conserve. On parle aussi de rôle « anti-oxydant » ou « anti-oxygène ». La vitamine C porte le nom de code E 300 parmi les additifs alimentaires.

Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_ascorbique