Le salon Mondial de l’Automobile vient de se terminer à Paris. Il a marqué un tournant dans l’industrie automobile qui retrouve ses couleurs après quelques années noires. Les tendances et nouveautés qui ont illustré cette édition 2016 sont :
- l’innovation dans les véhicules électriques (1) qui gagnent en autonomie grâce aux progrès sur le stockage électrique ;
- le désamour pour les véhicules Diesel atteints par le « VWgate » et la difficulté pour les constructeurs de satisfaire les normes Euro 6 ;
- les préoccupations de plus en plus fortes des habitants des grandes villes qu’illustre la maire de Paris agissant pour limiter la pollution atmosphérique ;
- enfin la percée encore timide de l’automobile autonome et connectée.
Sur tous ces points l’innovation et les avancées ne seraient pas possibles sans la chimie. Les véhicules électriques ont atteint une maturité industrielle et une crédibilité commerciale grâce à l’allègement des structures (2) et une autonomie convenable grâce au stockage électrochimique et les nouvelles batteries (3). Si les véhicules Diesel veulent devenir « propres » et satisfaire d’ici quelques années aux normes drastiques d’émissions (4), ils en seront redevables aux chimistes catalystes qui développeront les nouveaux catalyseurs, filtres et systèmes de dépollution éliminant les particules et les oxydes d’azote (5) (6). Si demain vous conduirez votre auto avec votre smartphone, ce sera grâce à la miniaturisation des circuits électroniques et à la photogravure où la chimie est omniprésente (7) (8). L’air des villes que nous respirons est le résultat d’une chimie atmosphérique complexe (9) où les composés organiques volatiles, le CO2, les NOx et l’ozone jouent un rôle essentiel.
L’industrie automobile n’est plus seulement mécanique, elle est de plus en plus multi-matériaux, chimique et électronique. Elle embauche surtout des cadres et ingénieurs spécialistes de ces domaines (10) (11).
Jean-Claude Bernier
octobre 2016
Quelques ressources pour en savoir plus :
(1) La voiture électrique : virage ou mirage ?
(2) Les alliages d’aluminium pour l’allègement des structures de l’aéronautique et la carrosserie automobile
(3) Stockage de l’électricité : élément clé pour le déploiement des énergies renouvelables et du véhicule électrique
(4) Ach… VW Das Auto ?
(5) La catalyse au service de l’automobile
(6) Un exemple de matériau spécifique : pots catalytiques et dépollution automobile
(7) Chimie et nanolithographie (vidéo, 8:20)
(8) Les multiples contributions de la chimie dans la conception des tablettes et des smartphones (conférence, vidéo + texte)
(9) Chimie atmosphérique et climat (conférence, vidéo + texte)
(10) Ingénieur chimie des matériaux un métier de l’automobile (vidéo, 2:10)
(11) Assistant ingénieur (fiche métier)
À l’occasion de la Fête de la Science, l’Onisep, en partenariat avec la Fédération Française de Sociétés Scientifiques (F2S) et Médiachimie, lancent le site Pro2science. Ce site propose d’explorer une série d’objets de la vie quotidienne, porteurs d’innovation, pour établir des liens entre disciplines et découverte du monde économique et professionnel dans le cadre du parcours Avenir. Il vise aussi à promouvoir les métiers scientifiques.
http://www.onisep.fr/pro2science
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Après plusieurs années où la chimie n’était vue qu’à travers la physique ou la biologie, le prix Nobel 2016 récompense des chercheurs chimistes au cœur de la chimie moléculaire. Le français Jean-Pierre Sauvage, l’écossais James Fraser Stoddart et le néerlandais Bernard L. Feringa ont réalisé tous trois d’étonnantes percées en topologie chimique, ouvrant le champ à la dynamique moléculaire. C’est dire qu’ils ont fabriqués des objets moléculaires de la taille du nanomètre (5000 fois plus petits que l’épaisseur d’un cheveu) (1), capables de se déformer sous une influence externe comme la lumière, un stimulus chimique ou électrique, de tourner sur eux même, d’avancer… On parle alors de machines ou moteurs moléculaires.
L’aventure commence pour Jean-Pierre Sauvage et son équipe en 1983, où ils réussissent à synthétiser le [2]caténane en 2 ou 3 étapes (2). L’astuce est en chimie moléculaire d’utiliser un métal, le cuivre, pour courber deux fils moléculaires et les faire s’enchevêtrer en deux anneaux qui s’interpénètrent. Plusieurs grammes sont ainsi préparés qui permettent l’étude de la structure et des propriétés. Ayant ouverts la voie de synthèses, plusieurs équipes se lancent dans ce domaine nouveau. L’équipe de Stoddart utilise les interactions π-π et les liaisons hydrogène pour les assemblages et fabrique un rotaxane (anneau autour d’un axe moléculaire), d’autres, les liaisons Pd – N dans les organométalliques.
En 1994, Jean-Pierre Sauvage arrive à créer un mouvement de « pirouette » sur un caténane en jouant sur l’état de valence du cuivre Cu+ et Cu++ qui fait que les anneaux basculent dans deux positions stables en fonction de l’apport ou du départ d’un électron sur le métal. C’est le premier moteur moléculaire. Les équipes de J. F. Stoddart et de B. Feringa montrèrent par la suite comment faire tourner puis se déplacer un anneau sur un axe, et même lui assigner deux positions distinctes (labélisées 0 et 1) ouvrant la voie à « l’ordinateur moléculaire ».
Jean-Pierre Sauvage rappelle souvent que ces objets artificiels miment des molécules du vivant (3). L’ATP synthase a un moteur rotatif qui synthétise l’ADP à partir des phosphates dans tous les organismes vivants (4). C’est dans l’ADN qu’on retrouve les nœuds entrelacés et les « trèfles » fabriqués par synthèse chimique. Les molécules créées, capables de se contracter et de s’étirer, simulent les mêmes mouvements que les molécules des fibres de nos muscles. Certaines machines moléculaires pourront peut-être à l’avenir transporter des agents thérapeutiques actifs jusqu’aux cibles tumorales. L’imagination des chimistes va jusqu’à fabriquer des roues pour des voitures de courses à l’échelle nanométrique (5).
Rappelons que ces travaux de pionnier ont valu à Jean-Pierre Sauvage de nombreuses distinctions : médaille d’argent du CNRS en 1988, prix Pierre Sue de la SCF en 2004, membre de l’Académie des Sciences et en 2014 Grand Prix de la Fondation de la Maison de la Chimie. Directeur de recherche émérite depuis 2014 et professeur émérite de l’université de Strasbourg, il travaille toujours au sein de l’ISIS (Institut de Science et d’Ingénierie Supramoléculaires).
Jean-Claude Bernier
7 octobre 2016
Quelques ressources pour en savoir plus :
(1) Les nano-objets : un avenir prometteur sous contrôle
(2) Les machines moléculaires (vidéo, 6:15)
(3) Conférence de Jean-Pierre Sauvage - Grand Prix de la Maison de la Chimie 2014 (vidéo)
(4) La fabrique des champions
(5) Nanocar Race : la course des plus petits bolides du monde
Le prix Nobel de chimie 2016 est attribué à Jean-Pierre Sauvage, J. Fraser Stoddart et Bernard L. Feringa.
Jean-Pierre Sauvage, 71 ans, professeur émérite à l'Université de Strasbourg (Institut des Sciences et Ingénierie Moléculaire), lauréat du grand prix de la Maison de la Chimie 2014, est le premier à avoir créé ces molécules extraordinaires aux anneaux entrelacés que l'on peut mettre en mouvement sous l'action d'un signal chimique, photo chimique ou électronique.
Dès 2015, la Fondation de la Maison de la Chimie pour Mediachimie et Univers Science TV ont décidé de coproduire une vidéo sur les machines moléculaires animée par Jean-Pierre Sauvage pour expliquer à tous les publics, y compris les plus jeunes, la chimie futuriste de toutes ces sortes de machines moléculaires, des plus simples aux plus complexes, aujourd'hui récompensée au plus haut niveau mondial.
C'est donc une immense joie et une grande fierté pour toute notre équipe de voir aujourd'hui récompensés non seulement la maîtrise de la synthèse, l'imagination, la créativité, l'intelligence du futur, mais aussi le charisme et les qualités pédagogiques de ce grand chercheur.
Pour ceux qui veulent en savoir plus, voir la vidéo de la conférence de Jean Pierre Sauvage, résumant ses recherches, lors de la remise du Grand Prix de la Maison de la Chimie 2014.
Les nouveaux programmes des collèges donnent aux enseignants et aux élèves de la 6e à la 3e quelques inquiétudes, mais aussi de nouvelles formes d’approches des connaissances. Au-delà des répartitions d’horaires suivant les matières qui peuvent se discuter, s’introduisent les EPI (Enseignements Pratiques Interdisciplinaires) qui seront traités par une équipe de professeurs de plusieurs disciplines sous forme de travaux et rédactions de rapports collectifs pour une classe.
Mediachimie.org est une source riche de données et documents pluridisciplinaires qui conviennent bien à ce genre d’enseignement. Pour vous en convaincre, je voudrais vous donner deux exemples qui s’inspirent des suggestions de croisement entre enseignements qui figurent dans les programmes.
- Corps, santé, bien-être et sécurité
Dans Médiathèque > Qualité de vie, santé et bien-être > Sport, vous trouvez de nombreuses facettes pour traiter du sujet avec les professeurs de physique-chimie, de SVT, de technologie, de mathématiques et de sport. Par exemple, dans La fabrique des champions (issue de la collection Chimie &… junior) (1) on trouve la molécule d’ATP, les réactions biologiques du corps humain, la mécanique de fonctionnement des muscles, l’analyse mathématique de la progression des records et la saison où ils ont été battus (un clin d’œil à l’histoire ?). Pour travailler autour du thème vous pouvez même aller plus loin avec les matériaux composites (2), les nouveaux tissus (3), et même le dopage (4).
- Transition écologique et développement durable, sujet d’actualité s’il en est un !
Dans la médiathèque, vous trouvez Nature, agriculture et environnement > Énergies et économie des ressources. Faites visionner à la classe la vidéo (5) « l’hydrogène qui valorise les énergies renouvelables ». On y suit le périple de deux jeunes étudiants qui vont d’abord en Angleterre visiter l’installation de stockage d’énergie d’une maison, puis on les retrouve en France au labo et dans l’usine qui fabrique le package électrolyseur-stockage-pile. Avec le professeur de langue (anglais), de physique-chimie, de technologie et d’économie vous initierez la classe à découvrir l’hydrogène (6), la pile à combustible (7), la batterie (8), et les données économiques du stockage de l’énergie (9).
Ce ne sont que deux exemples qui peuvent structurer deux thèmes d’EPI, mais il y en a des dizaines d’autres que vous pouvez découvrir en équipe pédagogique avec des données d’actualité et des media modernes et parfois ludiques. Lancez-vous dans cette nouvelle aventure, pariez sur l’EPI.
Jean-Claude Bernier
Septembre 2016
Quelques ressources pour en savoir plus :
1) La fabrique des champions
2) Les matériaux de la performance
3) Les textiles et les vêtements pour le sport
4) Le dopage
5) L’hydrogène qui valorise les énergies renouvelables (vidéo 7 :36)
6) Et revoilà l’hydrogène
7) La pile à combustible, un convertisseur d’énergie d’avenir
8) Piles à combustible et batteries au lithium
9) Stockage de l’électricité : élément clé pour le déploiement des énergies renouvelables et du véhicule électrique
Avec la rentrée, professeurs, élèves, lycéens et étudiants, vous renouez ou découvrez avec les programmes, de nouvelles matières à traiter ou à étudier en chimie, matériaux et physique. Vous aurez à créer des fiches, à écrire des rapports, trouver des références.
Vous avez maintenant un outil entièrement rénové : naviguez et consultez le site Mediachimie.org (donner matière à votre avenir). Vous y trouverez, grâce à une navigation claire, une mine très riche en documents et vidéos sélectionnés et validés par des experts scientifiques. Ces références, écrites ou animées, illustrent les points traités dans les nouveaux programmes officiels et vous seront utiles pour mieux comprendre un point difficile, traiter vos travaux personnels encadrés ou les Enseignements Pratiques Interdisciplinaires, mais aussi voir les débouchés en emplois dans le secteur de la chimie.
Plus de 1000 articles et vidéos constituent le plus grand site français de références en chimie avec de nombreux liens. Dans la médiathèque, six grands thèmes pour vous orienter : Nature, agriculture, environnement – Énergie et économie des ressources – Qualité de vie – Santé et bien-être – Analyse et imagerie – Histoire de la chimie. À côté, deux espaces : dans l’espace enseignants, les enseignants trouvent leur actualité et tous les documents classés par niveaux - collège, lycée, enseignement supérieur-, et dans l’espace métiers, parents, élèves, lycéens peuvent trouver toute l’actualité des emplois et découvrir les métiers de la chimie et des matériaux par niveaux de formation et domaines d’activité.
En cette rentrée 2016, alors que les jeux olympiques de Rio sont à peine refermés et que commencent les jeux paralympiques, ne soyons pas trop nostalgiques, même si certains athlètes français n’ont pas eu trop de réussite, la chimie française était bien présente grâce à quelques entreprises nationales. C’est tout d’abord Aqua Lung, société fondée il y a 70 ans par Cousteau, leader de la plongée de loisirs (1) et basée à Carros (06) qui fournit le nageur vedette Michael Phelps en maillots de bain en deux tissus « exo-foil » et « aqua core » (2), ce dernier en fibres de polyuréthane apportant la compression, notamment le long de l’artère fémorale, ce qui fait venir plus de sang aux muscles (3). De plus, les lunettes (4) aux côtés déformés permettent au compétiteur de mieux surveiller les nageurs concurrents sans tourner la tête. C’est une toute nouvelle entreprise Erpro & Sprint, située à Saint-Leu-La-Forêt (95), qui a fourni aux cyclistes français sur piste des guidons ultra-légers sur mesure et aérodynamiques, fabriqués par technique 3D ou synthèse additive par couches successives d’aluminium (5) fondues par laser. Enfin Gerflor, société basée en région lyonnaise, a installé tous les revêtements des sols de compétition de handball et de basket-ball ainsi que ceux de tennis et de badminton. Ces revêtements sont en général composés de trois couches sur une mousse de polyéthylène souple (6) et un revêtement PVC (7) doté d’un plastifiant d’origine végétale, la décoration et les lignes sont marquées par peinture acrylate aqueuse sans solvant qui donne une qualité de l’air sans COV (composé organique volatil) (8).
Après le rêve de médailles, les réalités de la rentrée sont là : rendez-vous sur Mediachimie.org, c’est le plus grand site pédagogique de la chimie.
Jean-Claude Bernier
Septembre 2016
Quelques ressources pour en savoir plus :
1) Comprendre la physico-chimie par la plongée sous- marine. Comprendre la plongée sous-marine par la physico-chimie
2) Les textiles et les vêtements pour le sport
3) Des textiles pour sportifs. Apport de la chimie pour améliorer confort et performances
4) Polyméthacrylate de méthyle / Altuglas ® / Plexiglas ® (produits du jour de la SCF)
5) Les alliages d’aluminium pour l’allègement des structures dans l’aéronautique et la carrosserie automobile
6) Matériaux polymères et développement durable
7) Polyuréthanes (produits du jour SCF)
8) La qualité de l’air intérieur : enjeu de la santé publique
Vous profitez de la mer, de la montagne, de l’air pur et… du soleil. Vous allez vous exposer avec précaution car une publication fin juin mettait en garde les consommateurs. C’était en réalité les crèmes et laits solaires destinés aux enfants qui étaient visés, certaines compositions n’assurant pas une protection suffisante aux UVA.
Le soleil nous envoie bien la lumière caractérisée par un spectre des longueurs d’onde du visible (1), mais aussi des rayonnements de courte longueur d’onde, les ultraviolets (UV). Les plus dangereux sont arrêtés dès la stratosphère par l’ozone (2), les UVB sont absorbés par la peau et sont responsables des coups de soleil mais ils contribuent à la synthèse de la vitamine D, et les UVA pénètrent le derme et peuvent accélérer le vieillissement de la peau et provoquer des stress oxydants aigus (3), voire des cancers de la peau.
Avant de vous exposer, voyez donc les moyens de vous protéger grâce à l’utilisation de crèmes solaires (4). Consultez les indicateurs figurant sur le tube ou le flacon. Le FPS (Facteur de Protection Solaire, parfois noté IP indice de protection ou SPF en anglais Sunburn Protection Factor) va de 6/10 pour une faible protection à 15/25 pour une protection moyenne, et 30/50 pour une protection forte ou 50+ très forte, en sachant bien qu’on ne peut arrêter tout le rayonnement. Ainsi pour l’indice 10 c’est 1/10 qui sont pourtant transmis, soit 10%, pour 50 c’est 1/50 soit 2%, ceci pour les UVB. Pour les UVA la réglementation européenne demande que la protection soit le 1/3 de celle des UVB ; c’est-à-dire que pour l’indice 30, 10% des UVA sont encore transmis.
On recommande d’appliquer généreusement les crèmes qui comportent des filtres solaires organiques, molécules qui se transforment en absorbant les UVB ou A telles que les methoxidibenzomethane, les methoxiphenylntriazine, ou des filtres minéraux comme les fines particules de TiO2 ou ZnO qui laissent parfois des traces blanches sur la peau et réfléchissent le rayonnement.
De grands progrès ont été faits en dermo-cosmétique pour protéger et soigner la peau (5). Suivant les individus, le taux de mélanine et la pigmentation varient. Une carnation claire, des yeux bleus et cheveux blonds donnent une sensibilité au soleil bien plus forte que pour une peau mate yeux marrons et cheveux noirs (6). Les contrôles en cosmétique sont stricts. L’ingénierie tissulaire permet de mener des essais in vivo sur tous les types de peau (7) et de voir leurs modifications sous UV. La polémique vient des tests in vitro, qui ne mesurent que la quantité d’UV passant à travers une plaque de polymère revêtue de produit solaire.
Quoiqu’il en soit, pour éviter le vieillissement de votre peau, les maîtres-mots sont protection et réparation (8). De plus profitez des vacances pour privilégier une alimentation saine et vitaminée qui aura aussi une influence sur votre beauté (9).
Jean-Claude Bernier
Juillet 2016
Quelques ressources pour en savoir plus :
1) Spectre et composition chimique du soleil (animation)
2) Chimie atmosphère et climat
3) L’homéostasie redox de la peau et sa modulation par l’environnement
4) Un exemple de composé chimique bénéfique à la santé de la peau : la crème solaire
5) Soleil, soleil
6) Les enjeux de la cosmétologie
7) Diversité des peaux du monde : de la clinique à la chimie et aux peaux reconstruites
8) L’approche pionnière de la sécurité en cosmétique : contexte, recherche, méthodes, évolution, réglementation et défis
9) La toxicologie alimentaire et la compréhension des effets alimentaires sur l’organisme
Juillet et août 2016 vont être très durs pour les sportifs sur canapé ! L’Euro 2016 pour les fans de football, le Tour de France pour les amoureux du vélo, Wimbledon et ses carrés de gazon et les Jeux de Rio pour les passionnés d’athlétisme. Plus de minutes à perdre, le burn-out est proche face aux écrans, mais que de belles occasions de faire de la CHIMIE !
Nous avons déjà montré (1) combien le ballon Beau Jeu était une petite merveille de mathématique et de chimie. Sa surface composée de 6 carrés à côtés courbes en polyuréthane finement quadrillé est propice à faire déferler des milliers de Hourras ! ou de Hooo ! lorsqu’il arrive dans la lucarne des buts adverses ou amis. Il en va de même pour les raquettes des tennismen (2) aux cadres composites et tamis en fibres synthétiques. Les vélos de course du Tour de France bénéficient également des progrès de la chimie des matériaux composites (3). Les « forçats de la route » ne roulent plus comme en 1904 sur des machines de 25 kg en acier mais sur des coursiers de 6 kg hypersophistiqués en fibres de carbone et polyester, avec des pneumatiques fins en polymère (4) et des jantes profilées aux formes issues de la technologie des voiliers de compétition (5). Même en athlétisme, les compétiteurs bénéficient des progrès de la chimie. Les records du saut à la perche ont suivi les matériaux utilisés pour la perche : bambou, aluminium et maintenant résine et fibres de verre ou de carbone (6) qui permettent de culminer à plus de 6 mètres.
Malheureusement, quand on parle chimie et sport, on pense souvent aux molécules dopantes (7). La chimie analytique a beau faire d’immenses progrès, il y va souvent du manque de volonté de certaines fédérations sportives pour lutter contre les tricheurs. Pour le vélo, sur le Tour de France 2016 on lutte contre le « dopage mécanique ». On avait eu des doutes l’an dernier sur la possibilité de dissimuler des micromoteurs électriques (8) dans les tubes et tiges de selles. De nouvelles caméras thermiques très sensibles fournies par le CEA permettent de déceler en course tout moteur en action et complètent les tablettes magnétiques testant les vélos au repos pour détecter éventuellement les aimants de moteurs dissimulés. Mais heureusement la majorité des athlètes comptent d’abord sur l’entraînement qui permet de sécréter la dopamine et la sérotonine (9) pour être en forme physique et mentale (10).
Jean-Claude Bernier
Juillet 2016
Quelques ressources pour en savoir plus :
1) Beau Jeu, un ballon chimique ?
2) Technologie et performance sportive
3) Les matériaux composites dans le sport
4) Les matériaux de la performance
(5) Moins de 80 jours grâce à la chimie ?
(6) De la transformation des matériaux (vidéo, 8:00)
(7) La traque aux molécules dopantes
(8) Un maillot jaune électrique ou chimique ?
(9) Optimisation des performances, complexité des systèmes et confrontation aux limites
(10) La fabrique des champions
Dimanche 19 juin un match décevant par son score, mais pas par ses surprises « chimiques ». Ça commence avec la pelouse, puis les maillots et enfin le ballon Beau Jeu.
La pelouse du stade Maurois de Lille n’est pas suffisamment belle selon l’UEFA, donc il faut la verdir. Repeindre son gazon c’est une mode qui nous vient des États-Unis depuis que la Californie a subi des étés très secs. C’est une société américaine qui commercialise un « law paint concentrate » qui, mélangé à de l’eau, est pulvérisé sur l’herbe jaunie. La composition est confidentielle, on sait seulement qu’elle est à base d’extraits d’algues et de tourbe, auxquels on ajoute des pigments organiques. C’est rapide, non toxique et écologique, puisque en période de sécheresse cela évite les arrosages et le gaspillage de l’eau. En France et en Europe, on utilise plutôt un chélate de fer (EDDHA, un sel de l'acide éthylènediamine dihydroxy phényl acétique) qui demande cependant plusieurs jours pour agir.
Plusieurs joueurs suisses ont dû changer de maillots, ceux–ci se déchirant avec entrain, l’avant-centre subissant trois changements. L’équipementier Puma explique qu’un lot fourni et fabriqué par un sous-traitant en Turquie est à incriminer. Il invoque lors de la fabrication des fibres, un problème de température, de pression et d’humidité. Les internautes de médiachimie.org ne sont pas étonnés car on sait grâce à « Chimie et Sport » qu’ils sont probablement en élasthanne–polyester avec l’avantage d’être élastique et doux comme « une seconde peau ». Mais certains polymères sont très sensibles à l’absorption d’eau et il faut les protéger de l’humidité lors de la fabrication.
Enfin cerise sur le gâteau, Beau Jeu notre « ballon chimique » explose lors d’un contact entre deux joueurs Griezmann et Behrami. Nous avons exposé récemment combien à lui seul il représentait une somme d’innovations. Les six pièces en polyuréthane (impranil) à la surface finement quadrillée, assemblées par soudure thermique, n’ont pas résistées aux crampons en composite carbone de notre joueur français. Une soudure a été déchirée et Beau Jeu s’est dégonflé comme une vulgaire baudruche.
Finalement n’est-il pas réconfortant que dans une compétition où tous les détails et la technologie doivent être réglés, l’incertitude du sport et l’influence humaine ont encore leurs places.
Jean-Claude Bernier
22 juin 2016