Un clin d'œil à la chimie du réveil et du coucher
Quand le soleil se lève…
La couleur bleue du matin éveille en nous la synthèse de multiples molécules chimiques et en particulier au niveau du cerveau de nombreuses molécules dites neuromédiateurs ou neurotransmetteurs. Il s’agit de petites molécules, lesquelles, une fois synthétisées dans les cellules, sont déversées dans le liquide intercellulaire (entre les cellules) pour transmettre des messages relatifs à l’éveil et au tonus (1).
Nos humeurs, notre équilibre affectif, notre appétit, nos motivations durant la journée en dépendent fortement. La sérotonine, la dopamine comme la noradrénaline en font partie (2). Un défaut en sérotonine ou en dopamine peut conduire à des pathologies graves comme, réciproquement, la dépression ou la maladie de Parkinson.
Les sources d’alimentation influencent aussi et pour beaucoup l’approvisionnement de l’organisme en ces deux neuromédiateurs : leur biosynthèse a lieu dans l’organisme à partir des acides aminés dits essentiels c’est-à-dire apportés par la nourriture. Il s’agit du tryptophane pour la sérotonine et de la phénylalanine pour la dopamine (3). Les protéines contenant le plus ces acides aminés sont celles issus du soja, des haricots secs, des lentilles, des graines de noix, œufs, légumes, fruits, poissons et viandes. Dans l’ensemble il faut privilégier plutôt les légumes secs, les lentilles, les noix et non une alimentation hyper-protéinée.
Quand le soleil se couche…
Le soleil tombant, la couleur rougeâtre va changer les processus physiologiques.
Ainsi et à titre d’exemple la synthèse de la sérotonine va être revue à la baisse et le surplus circulant va être transformé en mélatonine (melanas en grec=encre noire), l’hormone qui va progressivement nous conduire vers les bras de Morphée (4).
La lumière, le soleil et le crépuscule remplaceraient abondamment et qualitativement nos réveils électroniques grâce à la chimie et ses impulsions par le simple déclenchement des régulations naturelles. À quand les chambres à coucher rougeâtres la nuit tombante et bleues le soleil levant ?
La preuve de concept étant presque faite, allons plus loin et imaginons des peintures intelligentes dont «l’Homme » aurait grand besoin ! Ses humeurs, son énergie, ses dépressions, son efficacité, sa prductivité au travail et son bien-être ne pourraient que s’améliorer !!
Constantin Agouridas et l'équipe Question du mois de Mediachimie
[1] L’influx nerveux (message) est ainsi transmis à partir des cellules nerveuses (neurones) vers d’autres neurones ou vers d’autres cellules de l’organisme comme les muscles…
[2] Ces trois molécules sont des amines. Leurs formules sont :
| sérotonine | dopamine | noradrénaline, isomère L (R) est seul concerné |
 |  |  |
[3] La dopamine peut dans certaines circonstances trouver un autre précurseur endogène pour sa biosynthèse : la tyrosine. Il faut noter que la source de la tyrosine dépend aussi de la phénylalanine…
Pour ces 3 acides aminés, seuls les isomères L (S) sont impliqués.
| L (S) phénylalanine | L (S) tryptophane | L (S) tyrosine |
 |  |  |
[4]La mélatonine ou « hormone du sommeil » a pour formule
La sérotonine subit une acétylation de sa fonction amine et une méthylation de sa fonction phénol, par voie enzymatique, dans la glande pinéale ou épiphyse, selon :
Bien que la morphine, tire son nom de Morphée, cette molécule complexe, utilisée contre les douleurs intenses, n’est pas synthétisée au sein de l’organisme, mais extraite de l’opium. Elle n’appartient pas au cycle circadien.
L’autorisation donnée à Total de pouvoir importer de l’huile de palme pour sa bioraffinerie de la Mède (Bouches du Rhône) a enflammé (si j’ose dire) le monde agricole, entraînant durant une petite semaine le blocage de sites pétroliers. Aussitôt les divers lobbies agriculteurs, pétroliers, écologistes, se sont affrontés sans vraiment apporter des arguments scientifiques.
Que sont les biocarburants et plutôt les agrocarburants (1) en France ? Ce sont des substituts du pétrole biosourcés, incorporés à l’essence sous forme d’éthanol (2) ou au diesel sous forme d’esters d’huiles végétales (3) (4). Ces agrocarburants sont plus chers à produire que le pétrole à extraire et à raffiner et leurs cours assez volatils sont liés au marché pétrolier et au coût des produits agricoles. L’éthanol américain est 10% moins cher que celui produit en Europe et le biodiesel à base de colza est 30% plus coûteux que celui provenant de l’huile de palme.
Quand Total a décidé de reconvertir la raffinerie de la Mède, condamnée à la fermeture, dans une stratégie plus globale de diversification en énergies décarbonées, les agrocarburants étaient incontournables. Les 275 millions d’euros investis permettaient de plus de sauvegarder quelques centaines d’emplois et de garder une activité portuaire en PACA avec le transit de 450 000 T d’huile. De plus le procédé retenu le HVO (Hydrotreated Vegetable Oil) est l’aboutissement industriel d’un procédé français Vegan® mis au point par l’IFPEN et la société Axens (5). Il s’agit d’un traitement à l’hydrogène sous pression des huiles végétales sur catalyseur qui aboutit à l’hydrodesoxydation des acides gras pour former des paraffines linéaires. Deux voies coexistent :
- l’hydrogénation/hydrogénolyse notée HDO qui élimine l’oxygène sous forme de H2O
- la décarboxylation notée DCO l’oxygène étant éliminée sous forme de CO2
Une réaction d’hydroisomérisation améliore les chaînes paraffiniques pour donner un gazole remarquablement stable parfaitement compatible avec les produits pétroliers et utilisable pour le transport aérien (6).
On comprend la colère des agriculteurs et agro-transformateurs existants s’étant investis dans la culture du colza, blé, betterave… pour produire le bioéthanol et le biodiesel et celui du ministère du développement durable peu enclin à se lancer dans une guerre géopolitique avec l’Indonésie ! D’autant que des nuages sombres s’amoncellent sur l’avenir de la filière. En effet si en France les ajouts d’éthanol dans les essences de 10% dans le super 95 E10 progressent (ce dernier atteint 35% des ventes) et que les esters d’huile végétale atteignent 8% dans le gasoil, la Cour des comptes pointe les détaxations et subventions de l’État français chiffrées à plus de 1,3 milliards d’euros en 2012. À Bruxelles c’est pire, un rapport paru en avril 2016 repris par l’ONG Transport & Environnement conclut que les agrocarburants, loin d’être vertueux pour l’environnement, émettent en fait plus de gaz à effet de serre que les combustibles fossiles. Cette enquête commandée par la commission est corroborée à un degré moindre par une remarquable étude de l’ADEME et de l’INRA sur le facteur CAS (Changement d’Affectation des Sols) qui prend en compte la perte de « puits de carbone » engendrées par ces cultures industrielles. S’appuyant sur 800 publications et rapports internationaux ils chiffrent des fourchettes de 35 à 84 g. eq CO2 / MJ pour le biodiesel et de 25 à 80 g. eq CO2 /MJ pour le bioéthanol, qui doivent s’ajouter au bilan d’émission (culture, transport de la biomasse, transformation chimique, distribution) et complexifient encore l’évaluation (7).
On est alors loin de pouvoir satisfaire les normes de la directive européenne RED (Renewable Energy Directive) qui fixait des objectifs de réduction de GES (gaz à effet de serre) de 35% en 2017 et 50% en 2018 des biocarburants par rapport aux carburants fossiles. Alors quelles solutions ? Accélérer la voie industrielle du traitement par biochimie des lignocellulosiques pour les carburants 2G (8) ou diversifier la chimie végétale en produisant des molécules à haute valeur ajoutée (9) plutôt que des carburants, ce sont deux voies d’avenir et de sauvetage.
Jean-Claude Bernier
Juin 2018
Pour en savoir plus :
(1) Les enjeux de la R&D en chimie pour le domaine des carburants et des biocarburants
(2) L’éthanol (produit du jour de la SCF)
(3) Un exemple d’énergie renouvelable : l’essence verte
(4) Le colza à la pompe (vidéo)
(5) Voir le remarquable article de Thierry Chapus : L’Actualité chimique (mars 2017) n° 416 p. 32
(6) Chimie du végétal, fer de lance de la chimie durable
(7) Des biocarburants pas si verts que ça
(8) Le biocarburant 2G bientôt à la pompe
(9) Biomasse : la matière première renouvelable de l’avenir
Le site de la Maison du Soleil vient d’être rénové.
Un lieu insolite au cœur du village de Saint-Véran...
À travers des visites guidées et des ateliers thématiques pour enfants et adultes, à partir du 2 juillet, la Maison du Soleil, située dans la plus haute commune d’Europe, vous accueille tous les jours de 10h à 18 h même par météo défavorable pour vous faire découvrir pourquoi et comment le Soleil est notre vie sur Terre : la vie des plantes, des animaux, le cycle de l’eau, l’évolution des climats , la santé …
La Coupe du monde de football en Russie va disposer d’un nouveau ballon le « Telstar 18 ». S’il est composé de panneaux en polyuréthane comme le « Brazuca » au Brésil en 2014 (1), plusieurs innovations y sont présentes. D’abord la majorité des composants vient de matières recyclées (2). Ses couleurs métalliques forment un damier noir et blanc pour rappeler celui de la coupe de 1970 qui avait été pensé pour donner une meilleure visibilité sur les téléviseurs noir et blanc de l’époque (3). Enfin, innovation, il est muni d’une puce NFC (Near Field Communication) (4) qui permet aux utilisateurs disposant de smartphone ayant chargé l’application de connaître des informations exclusives sur la fabrication, le lieu où il se trouve et son histoire récente. Les malheureux gardiens de but qui ne peuvent encore être connectés lors d’un match officiel dénoncent déjà ses trajectoires improbables. Il est vrai que la texture externe du ballon est faite de minuscule croisillons et que les chaussures des attaquants en polyisocyanate avec une surface rugueuse (5) permettent de placer le ballon dans des zones hors de portée du dernier défenseur !
Mais les plus grandes innovations de cette Coupe du monde sont toutes les applications électroniques rendues possibles par la miniaturisation des semi-conducteurs, mémoires, puces… grâce à la chimie du silicium (6) et les progrès en opto-électronique. Les retransmissions à 360° des matches vont permettre sur smartphone de faire tourner l’image, passer des tribunes au terrain, faire un replay ou un arrêt sur image. Presque comme l’arbitre qui pourra faire appel à un panel d’arbitres à Moscou qui disposent en ligne des images de tous les stades et qui pourront l’aider sur un but ou carton rouge litigieux.
Contrairement aux joueurs de rugby qui disposent de capteurs (7) enregistrant les chocs et impacts subis au cours d’un match, les footballeurs ne peuvent être équipés de capteurs qu’à l’entraînement ou lors de matches non officiels. C’est dire que maintenant les équipes se présentent avec un staff fourni « d’analystes scientifiques »qui disposent de centaines de millions de données qui peuvent être exploitées comme pour l’équipe d’Allemagne grâce à l’application « Sport One » fourni par SAP bien connu dans l’industrie. Toutes ces données statistiques sont obtenues par des capteurs dédiés sur les joueurs : GPS qui mesure les déplacements, accéléromètre pour les sprints et démarrages, température, dépense calorique, déshydratation, etc. (8) Un seul match peut donner plus de 4 millions de données, il est donc nécessaire d’avoir une armée d’analystes qui jouent les nouveaux coaches pour optimiser l’entraînement, les performances (9) individuelles et la stratégie. Parmi toutes les données, pour consoler et aider le gardien avant chaque match, les statisticiens extraient les habitudes des principaux adversaires capables de tirer les pénalties, à droite, à gauche, en hauteur, le nombre de pas avant le tir…
Décidément le Mondial 2018 sera l’An 1 du football connecté… Grâce à la chimie ?
Jean-Claude Bernier
Juin 2018
Pour en savoir plus :
(1) Beau Jeu, un ballon chimique ?
(2) Recyclage et valorisation des déchets
(3) La chimie s’invite dans la guerre des télés
(4) Toujours plus petit ! (Chimie et... junior)
(5) Les matériaux composites dans le sport
(6) Les nouveaux matériaux, moteurs de l’amélioration des performances en microélectronique silicium
(7) L’électronique organique imprimée, vers une électronique flexible et de grande surface (vidéo)
(8) Vers de textiles intelligents pour des vêtements performants et innovants
(9) Technologie et performance sportive
C’est la mission de la NASA « InSight » partie vers Mars le 5 mai qui a relancé tous les phantasmes sur « la planète rouge ». Spécialement en France, où nous avons tous été fiers qu’une station géophysique élaborée par le CNES y était embarquée et devait atterrir le 26 novembre pour ausculter les profondeurs du sol martien. Tous nos rêves et lectures de science-fiction sont alors réapparus et nombreux ont été les futurs explorateurs de la planète mystérieuse !
Oui, mais d’abord quelle chimie nous attend sur Mars ? Grâce au Rover « Curiosity » équipé d’un sacré laboratoire d’analyse (1) le « CHEMCAN » encore une fois mis au point par le CNES avec le concours du CNRS et de l’université de Toulouse, nous savons pas mal de choses. Dans le cratère Gale exploré sur plus de 10 km, la température varie de – 140°C à + 45°C, l’atmosphère (2) quasi inexistante avec une pression de 6 millibars (6 10-3 Atmosphère) est à 95 % composé de gaz carbonique (CO2) (3) avec moins de 1% d’oxygène. Le sol est composé d’oxydes métalliques surtout Fe2O3, l’hématite qui donne cette couleur rouge, et de sédiments issus de roches basaltiques témoins de l’action d’usure de l’eau, des mers et rivières qui ont disparues il y a 3,7 milliards d’années et de l’action éolienne du vent solaire et des tempêtes martiennes (4). Des sulfates de calcium et de magnésium, des minéraux (5) et la présence d’argiles près du mont Sharp témoignent encore de molécules d’eau incarcérées.
Si nous voulons faire de la chimie sur Mars, il va falloir y aller, y séjourner et … en revenir !
Y aller : Les américains pensent d’abord faire une étape sur la Lune. Deux lanceurs sont en construction pour départ en 2019 ou 2020 le BFR de Space X qui pourrait y déposer 40 tonnes et le SLS de la NASA qui emporterait 26 tonnes, les bases lunaires seraient utilisées pour un départ soumis à moins de gravité. Mais pour franchir les 230 millions de km les modes de propulsion classiques (6) (chimiques) ne sont plus adaptés, les propulseurs électriques plus légers par expulsion d’ions ont encore des poussées faible (quelques W). Mais une invention actuellement testée « l’AD Astra Rocket » utilisant un plasma d’argon porté à près de 106 °C confiné par des aimants supraconducteurs, accéléré par une bobine magnétique dans une tuyère céramique aurait une poussée de l’ordre du MW et autoriserait un voyage en 39 jours plutôt que 6 mois.
Y séjourner : Il faudra d’abord se protéger des rayonnements cosmiques, car contrairement à la terre, Mars n’a pas de champ magnétique propre qui les détournent. Le modèle de base lunaire de Marco Peroni pourrait s’y adapter, composé d’un dôme de 16 câbles électrifiés, coiffés de plaques d’aciers il protège des rayonnements et des météorites. À l’intérieur des bungalows constitués d’enveloppes en Kevlar gonflées par de l’air abritent des robots qui en 3D fabriquent une protection interne minérale solide à partir des oxydes du sol et d’une encre polymérique. Pour alimenter tout cela il faut bien sûr de l’énergie. La NASA vient d’annoncer début mai le succès des tests sur un mini réacteur nucléaire le Kilopower Reactor « KRUSTY » à uranium 235 (7). Le cœur n’est pas plus grand qu’un « rouleau de papier essuie-tout », des caloducs au sodium transfèrent la chaleur à des moteurs Stirling qui la convertissent en électricité. Ce réacteur peut fournir 10 KW pendant au moins 10 ans, quatre de ces dispositifs pourraient alimenter un poste avancé sur Mars. Avec l’énergie, l’eau est indispensable, il faut alors tester si les sulfates et les argiles peuvent être déshydratés, car il ne vaut mieux pas compter sur l’atmosphère dont la teneur en eau varie de 20 à 70 ppm suivant la température.
Reste un seul problème, jusqu’ici tous les projets et innovations déjà financés avec comme objectif Mars ne disent pas encore comment en revenir ! (8)
Jean-Claude Bernier
Juin 2018
Pour en savoir plus
(1) Techniques analytiques et chimie de l’environnement
(2) Chimie des atmosphères planétaires
(3) Que faire du CO2 ? De la chimie !
(4) De la chimie du milieu interstellaire à la chimie prébiotique. L’évolution de la matière organique vers le vivant ?
(5) Cristaux, cristallographie et cristallochimie
(6) La combustion et les défis de la propulsion aéronautique et spatiale
(7) De l’uranium à l’énergie nucléaire
(8) De la Terre au Soleil
Le 31 mai est la dernière échéance d'enregistrement des substances potentiellement toxiques pour la réglementation européenne REACH. Ce règlement est entré en vigueur en 2007 pour sécuriser la fabrication et l'utilisation des substances chimiques dans l'industrie européenne. Derrière cet acronyme, REACH (Registration, Evaluation, Authorization and restriction of CHemicals) est une législation qui oblige les industriels qui produisent ou utilisent un produit chimique à s'assurer qu'il a bien été enregistré auprès de l'Agence européenne des produits chimiques (ECHA – European Chemicals Agency). Les deux premières phases de 2007 à 2017 concernaient les volumes de plus de 100 tonnes annuelles, produites ou importées. À partir du 1er juin 2018, ce sont les plus petits volumes de 1 à 100 tonnes qui sont concernés.
L'objectif de REACH est :
- de protéger la santé humaine et l'environnement ;
- d'instaurer une information générale et transparente sur la nature et les risques des substances tout au long de la chaîne du producteur au client final ;
- de sécuriser la manipulation de ces substances par les salariés ;
- de renforcer la compétitivité de l'industrie et notamment de l'industrie chimique secteur important de l'économie européenne.
Toutes les substances y compris naturelles sont concernées : les composés organiques ou minéraux, les métaux, celles utilisées dans les procédés, les peintures, les textiles, les meubles, l'électronique… C'est plus de 30 000 substances qui ont été enregistrées après évaluation et expertise, leurs risques potentiels établis. Ce sont donc des centaines de milliers de données très techniques qui ont été soumises et gardées à l'ECHA sur les propriétés toxicologiques, les tests et les études avec des informations sur les volumes, les usages et aussi les expositions, qui permettent de justifier la production et l'usage de tel type de molécule et d'en garantir la sûreté. Si certaines molécules sont jugées préoccupantes elles sont alors inscrites dans la liste des SVHC (Substance of Very High Concern). Ce sont par exemple les substances cancérigènes classées 1A et 1B, les mutagènes, les reprotoxiques ou persistantes biocumulables. Elles font alors l'objet d'une procédure d'autorisation assez lourde ou d'une interdiction.
Les industriels de la formulation qui n'utilisent pas forcément de grands volumes de produits sont fortement dépendants de leurs fournisseurs. Ils doivent s'assurer que ceux-ci ont bien enregistré leurs produits, car à partir du 1er juin, il ne sera plus possible de produire ou d'utiliser des substances pour plus de 1 tonne par an si elles n'ont pas été enregistrées. Le Ministère du développement durable et l'INERIS ont mis en place un service d'assistance réglementaire HELPDESK qui donne toutes les informations juridiques pour répondre aux questions des industriels. Par ailleurs l'UIC a sur son site et dans son organisation mis en place une aide REACH 2018 très complète.
Jean-Claude Bernier
Mai 2018
Pour en savoir plus :
– Le paradoxe apparent de REACH : contrainte et source d'innovation pour la chimie
– Les enjeux de la recherche en toxicologie et écotoxicologie dans le cadre de la mise en œuvre de REACH
– L'évaluation des substances chimiques dans le cadre de la mise en oeuvre de REACH
La chimie bien involontairement est venue récemment sur le devant de la scène médiatique lors de deux événements. Le premier, le 4 mars lors de l’empoisonnement de l’ex espion russe Sergueï Skripal et de sa fille Julia sauvés in extremis à l’hôpital de Salisbury mais qui a ravivé les tensions entre Londres et Moscou. Le second, une attaque chimique qui se serait déroulée le 7 avril en Syrie dans la ville de Douma et qui a provoqué une riposte ciblée de la part des États-Unis, de la France et du Royaume-Uni. Dans les deux cas étaient soupçonnées des armes chimiques (1), peut-être un innervant, le Novitchok, en Angleterre et le chlore gazeux en Syrie. La chimie comme le nucléaire a souvent été détournée à des fins peu avouables pour en faire des armes, c’est son aspect le plus critiquable. La poudre noire, les explosifs, les bombes incendiaires existent depuis plus de 1500 ans, l’arme nucléaire et l’arme chimique sont plus récentes.
Il faut rappeler que les débuts de la guerre chimique remontent à la Grande Guerre de 1914-1918 (2). C’est en avril 1915 que les armées allemandes déploient 168 tonnes de chlore (Cl2 gazeux) au nord d’Ypres en Belgique. Le nuage vert dérive vers les tranchées occupées par les armées alliées sur sept kilomètres provoquant la panique mais, le nuage stagnant, la percée ne sera pas exploitée. C’est cet agent Cl2 qui semble être mis en cause lors de l’attaque de Douma par les armées syriennes. Il faut dire qu’après le chlore d’autres gaz ont été trouvés par les belligérants. Ce fut d’abord un autre suffocant le phosgène CCl2O, puis le gaz moutarde ou ypérite C4H8Cl2S (sulfure de 2,2'‑dichlorodiéthyle), non seulement suffocant mais aussi vésicant (3). L’imagination des militaires pour tuer leurs semblables est sans limite. Au cours du XXe siècle furent inventés les innervants neurotoxiques comme le tabun, le sarin et le VX de la famille des organophosphorés qui sont, à des degrés divers, inhibiteurs de la cholinestérase, un relaxant musculaire, et qui provoquent en quelques minutes après l’inhalation le blocage des muscles respiratoires (4).
Les spécialistes de la chimie analytique ont montré que c’est un poison de ce type qui a frappé S. Skrispal et sa fille. Il semble bien après analyses qu’il s’agisse du Novitchok, issu d’un programme de développement soviétique appelé Foliant qui travestissait ces types de molécules en insecticides ! C’est encore un organophosphoré mais fluoré qui peut être fabriqué à partir d’acétonitrile et de phosphate organique. C’est un agent binaire qui se présente sous forme de poudre ultrafine pouvant être administré au moyen d’aérosol dispersif ou à l’état gazeux. Huit à dix fois plus toxique que le VX, une concentration de 0,01mg/kg dans le sang conduit à la mort (5). Ses antidotes sont de type anticholinergique, comme l’atropine qui peut être administrée avec des oximes telles que la galantamine qui renforce son action. Mais d’après les experts les séquelles, même si on en réchappe, peuvent conduire à des handicaps sévères et permanents.
En 1993, 192 États ont signé une convention sur l’interdiction de la mise au point, du stockage et de l’utilisation d’armes chimiques (la Syrie ne les a rejoints qu’en 2013 sous la pression). A été créé dans la foulée l’OIAC (Organisation pour l’interdiction des armes chimiques) qui a déjà supervisé en 2014 avec l’ONU la destruction des stocks de ces armes en Syrie (6). Ce sont à nouveau les chimistes de cette organisation qui sont sollicités pour résoudre ces énigmes et qui développent les moyens analytiques pour identifier les traces de ces composés à chaque demande d’expertise. Ces experts de l’identification des molécules sont sur place en Syrie pour vérifier que l’attaque sur Douma a fait l’objet d’utilisation d’armes chimiques. Hélas même s’ils identifient le chlore, sa fabrication et son stockage sont exempts de déclaration car cette molécule est utilisée dans l’industrie et l’agriculture (7).
Jean-Claude Bernier
Mai 2018
Pour en savoir plus
(1) Les gaz de combat
(2) 1914-1918 : la guerre chimique
(3) Il y a cent ans : la guerre chimique
(4) Qu’est-ce qu’une attaque chimique ?
(5) Chimie et poisons
(6) De la difficulté d’éliminer les « armes chimiques » de Syrie
(7) La chimie en agriculture : les tensions et les défis pour l’agronomie
