Dans le cadre de la Fête de la science, l’équipe de Mediachimie.org vous propose de rentrer dans le monde souvent surprenant et parfois magique de la chimie et de ses applications, au travers d’un quiz ludique et instructif.

C’est l’occasion de découvrir que la chimie est partout, qu’elle est présente en permanence dans notre quotidien et dans tout ce qui nous entoure. Source d'innovations et de progrès, elle accompagne les autres sciences et les autres technologies, dans tous les laboratoires de recherche, dans tous les domaines d'activités.

Avec ce quiz, testez vos connaissances et découvrez des innovations ou des applications inattendues, fruits de l'observation et de l'imagination des chercheurs, parfois aidés par ce que la Nature a su inventer avant nous.

À vos claviers !

Lien vers le quiz

Lien vers le règlement
 

Le grattoir est constitué de poudre de verre et de phosphore rouge.
Le phosphore rouge est la variété allotropique (1) stable du phosphore, non inflammable et non toxique.

Les composés présents sur la tête de l’allumette

La petite tige de bois de peuplier est imprégnée de phosphate d’ammonium et son extrémité est recouverte de paraffine. Sur cette extrémité est déposée une pâte constituée à environ 50 % de chlorate de potassium (KClO₃) (2), de trisulfure de diantimoine (Sb₂S₃) et de phosphate d’ammonium (NH₄)₃PO₄, le tout lié par une colle. Le colorant présent est ajouté pour la rendre jolie !

Cette tête est appelée le « bouton » dans le processus de fabrication.

Que se passe-t-il lors du grattage, et après ?

La poudre de verre permet la friction provoquant un échauffement. Cette augmentation locale de température provoque la transformation du phosphore rouge en phosphore blanc (3). Celui-ci, très volatil et inflammable, s’enflamme immédiatement en présence du dioxygène de l’air. Cette étape sert à amorcer la flamme.

Celle-ci se communique alors à la tête de l’allumette.

Le chlorate, oxydant, se décompose sous l’effet de la chaleur de la flamme en chlorure et libère de l’oxygène selon KClO₃ → KCl + 3/2 O₂ (gaz)

Le trisulfure de diantimoine est un réducteur et sert de combustible, permettant ainsi à la flamme de se maintenir.

Il se forme simultanément du trioxyde de diantimoine et du dioxyde de soufre, responsable de l’odeur que l’on perçoit.

Les réactions mises en jeu sont :
Sb₂S₃ + 9/2 O₂ → Sb₂O₃ + 3 SO₂

ou globalement Sb₂S₃ + 3 KClO₃ → Sb₂O₃ + 3 SO₂ + 3 KCl

Et ce bel enchaînement de réactions ne dure que quelques dixièmes de secondes !

La cire de paraffine, qui est aussi un bon combustible, va permettre à la flamme de se propager le long de la tige de bois.

Quant au phosphate d’ammonium dont le bois est imprégné, il joue le rôle de retardateur de combustion afin que l’allumette ne brûle pas trop vite, et limite la formation des fumées lorsque l’allumette s’éteint.

La fabrication des allumettes en France a pendant plus d’un siècle été un monopole d’état (représenté par la SEITA). La dernière usine de Saintines dans l'Oise a fermé en 1993, elle fabriquait environ 15 milliards d'allumettes sur les 22 milliards consommées en France et consommait alors 8400 m3 de bois de peuplier. Depuis la consommation chute de 2 à 4% par an, concurrencée par les allume-gaz et les briquets.

Pour voir en images et au ralenti le processus d’inflammation d’une allumette tout en identifiant les réactions qui se passent, regardez la vidéo « How Do Matches Work ? » sur la chaine Youtube de l’American Chemical Society.

Françoise Brénon

(1) Une variété allotropique correspond à une forme cristalline ou moléculaire. Le phosphore rouge a un enchainement structural semblable à un polymère :

source http://www.compoundchem.com/2014/11/20/matches/

(2) On utilise du chlorate de potassium qui est non hygroscopique (absorbe peu ou pas l’humidité de l’air) contrairement au chlorate de sodium.

(3) Le phosphore blanc est une autre variété allotropique du phosphore . Sa structure découle d’une « dépolymérisation « du phosphore rouge et est :

source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Phosphore_blanc 

Il est très inflammable. On pourra lire à son sujet la ressource « Le phosphore et l’invention des allumettes ».

Lors d'une séance en classe de seconde en enseignement d'exploration « sciences et laboratoire », M. François Bourliot, professeur de physique-chimie au lycée Pierre Gilles de Gennes - ENCPB, utilise le site Mediachimie pour accompagner l’exploitation d’un TP.

À cette occasion, Mme Françoise Brénon, professeure de chimie et membre du comité éditorial de Mediachimie, présente ce site à l’aide d’exemples. Au cours de cette séance, deux vidéos ont été réalisées par le service vidéo de l’académie de Paris :

• une version courte (7 min) consacrée à la présentation de Mediachimie et dans laquelle M. François Bourliot explique pourquoi et comment il l'utilise dans son cours ;
• une version longue (14 min) inclut l’intégralité de la version courte et permet également de suivre une partie de la classe dans exploitation d'un TP d'exploration portant sur l’oxydo-réduction, avec l'utilisation de Mediachimie.

et ils sont caractérisés par des doubles liaisons C=O et des ponts d’oxygènes greffés entre des radicaux carbonés. L’un des plus simples est le peroxyde d’hydrogène H-O-O-H ou eau oxygénée (1), antiseptique et comburant dans les fusées, mais aussi agent de synthèse oxydant en chimie organique. Les peroxydes sont utilisés en pharmacochimie (2) et aussi comme plastifiants (3), dans la fabrication des plastiques et des composites fibreux (4). Il y a plus de dix types de peroxydes organiques, citons le peroxyde de dibenzoyle utilisé comme agent thérapeutique contre l’acné et agent de blanchiment comme le peroxyde de lauroyle dans l’industrie alimentaire (5). D’autres peroxydes comme ceux des carbonates, de cétones et d’esters sont utilisés dans les polymères et diverses industries y compris cosmétiques (6), où l’on a besoin d’un réactif d’oxydation.
Ce sont des composés à la fois oxydants et comburants et donc instables car ils réunissent dans un même composé du carbone et de l’hydrogène (comburants) qui ne demandent qu’à réagir avec l’oxygène (oxydant) pour donner du CO₂ et H₂O. Ils se décomposent facilement sous l’action de la chaleur. La montée en température au-dessus de la « température de décomposition accélérée » (SADT en anglais) entraine une décomposition exothermique avec possibilité d’auto-accélération et auto-combustion d’où explosion (7).

C’est pourquoi on les stocke dans des containers refroidis où la température doit rester en général au-dessous de 20 °C. La panne d’alimentation électrique a provoqué la décomposition et la combustion des containers sur le site de Crosby, malgré toutes les précautions prise par les services de l’usine en doublant les circuits de réfrigération (8). La direction locale d’ARKEMA a décidé de déclencher l’incendie des produits restants en accord et liaison avec le « Chemical Safety Board », l’agence fédérale de sûreté chimique afin de mettre en sécurité le site (9).

Jean-Claude Bernier
Septembre 2017

Quelques ressources pour en savoir plus :

1) Découverte du peroxyde d’hydrogène (eau oxygénée)
2) Le vieillissement cutané : prévention et réparation
3) L’analyse des peintures automobiles
4) Matériaux composites à matrice polymère
5) Alimentation : les différentes facettes de la qualité
6) La chimie au cœur de l’innovation en parfumerie-cosmétique : le contexte économique et réglementaire et les défis de la recherche
7) Une enquête explosive
8) Apport de REACH dans l’amélioration de la connaissance des dangers des substances pour Arkema
9) Du produit aux installations : apport des sciences chimiques pour renforcer la sécurité
 

Le volume 4 de la collection Chimie et... Junior est paru. 

L’avenir de la planète dépend de l’évolution du climat et des sources d’énergie utilisées et utilisables dans le futur. Comprendre les problèmes à résoudre pour faire les choix et les efforts nécessaires concerne tous les habitants de la Terre pour longtemps.

Dans le domaine du climat comme dans celui de l’énergie, les chimistes sont au service de la transition énergétique à travers de nombreux métiers qui se développent et se diversifient. Les fiches professionnelles permettent de mieux les connaître.

Enfin avec le coin des jeux testez en famille les connaissances en chimie et en mathématique dans ce domaine.

En savoir plus et commander l'ouvrage "La Chimie, l’Énergie et le Climat"

La collection Chimie et... Junior a pour objectifs :

• d’illustrer par des exemples issus de récents résultats de la recherche académique et industriel, le programme du cycle 4 des collèges ;
• de faire agréablement découvrir aux collégiens et aux lycéens, l’importance des sciences de la chimie dans la vie quotidienne, notamment dans les domaines porteurs, afin de les aider à choisir leur orientation et à préparer leur avenir professionnel.

Le point faible de l’électricité produite par les éoliennes ou les panneaux photovoltaïques (1), c’est l’intermittence. Les media nous ont habitués aux abus de langages « la puissance de ce parc photovoltaïque ou de cette ferme d’éoliennes permet d’alimenter une ville de 50 000 habitants » … Et bien non ! Que feront ces malheureux la nuit ou les jours nuageux et sans vent, privés de chauffage, d’éclairage, de téléphone et d’ascenseur ? Se pose donc le problème de stocker l’électricité (2) non pas à l’échelle de quelques watts pour votre smartphone mais à quelques centaines de mégawatts pendant au moins 24 heures.

Elon Musk, le médiatique président de TESLA, a saisi l’opportunité qui se présente en Australie-Méridionale, frappée de black-out répétitifs dus à l’arrêt de centrales au charbon, à l’excès de renouvelables et à la désorganisation de son réseau par des pluies diluviennes (3). Les industries du sud de l’Australie, et en particulier les zones portuaires d’Adélaïde et de Perth, réclament à cor et à cri la construction d’une centrale thermique à gaz pour les alimenter. Suite à un appel d’offre du gouvernement méridional, Elan Musk leur propose d’installer un stockage de 100 MW (129 MWh) à Jamestown près du parc éolien de Hornsdale géré par le français Neoen (4), utilisant sa technique Powerpack, composée de 788 armoires comportant chacune 16 batteries lithium-ion (5) avec leurs composants électroniques de charge/décharge et onduleurs programmés. Il propose au Premier ministre du gouvernement de le lui livrer en 3 mois, d’ici décembre 2017, au prix de 250 $ le KWh (ce qui fait tout de même 33 millions de $) et gratuitement s’il ne tient pas les délais ! On connaissait déjà ses batteries Powerwall de Tesla pour les particuliers désireux d’autoconsommer leur électricité solaire de 6 à 14 KWh mais là, il franchit un sacré palier. Il ne craint pas de dire que c’est la plus importante unité de stockage en batteries au monde ; ce n’est pas tout à fait exact car le chinois Rongke Power et l’américain UET construisent près de Dalian en Chine un ensemble de batterie flux vanadium (redox) d’une capacité de 200 MW (6). En dehors de la performance technologique, on peut réfléchir au prix fourni en prenant une durée de vie de 3 ans et 1000 cycles décharges/recharges qui met le prix à 0,25 € du KWh stocké. L’investissement pour un terawatt-heure (TWh) serait suivant cette technologie de 250.10⁹ soit 230 milliards d’euros de 250.10⁹ dollars, soit 230 milliards d’euros, et immobiliserait 300 000 tonnes de lithium. Calculez combien il faudrait pour stocker la moitié de la production photovoltaïque française, 4,5 TWh. C’est sûr, même en baissant les prix et en améliorant la durée de vie ce n’est pas encore la solution (7).

Jean-Claude Bernier
Août 2017

Quelques ressources pour en savoir plus :

(1) Un exemple d’énergie renouvelable : les panneaux solaires photovoltaïques
(2) Matériaux pour conversion et stockage de l’énergie : avancées et challenges
(3) Le challenge de l’électricité verte
(4) Stockage de l’électricité : élément clé pour le déploiement des énergies renouvelables et du véhicule électrique
(5) Piles à combustible et batteries au lithium
(6) Les enjeux de la chimie dans la production d’électricité
(7) L’hydrogène qui valorise les énergies renouvelables (vidéo 7:36)
 

Il semblerait que ce soit l’isolation thermique par l’extérieur (ITE) du bâtiment qui soit en cause bien qu’elle soit l’une des meilleures méthodes d’isolation (1). En effet les travaux de rénovation thermique de la tour réalisés par le bailleur londonien ont consisté à fixer en façades des panneaux faits de deux plaques d’aluminium pré-laquées thermocollées de part et d’autre d’une âme de quelques centimètres d’épaisseur de matière isolante comme le polyéthylène (PE) (2). Ces panneaux bien rigides offrent plusieurs avantages : esthétiques, faible poids, résistance à la corrosion et aux intempéries et bien sûr coefficient d’isolation thermique excellent (3).

Ces panneaux qui constituent le bardage des façades de la tour Grenfell mis en place en 2015 sont de type Reynobond® fabriqués par Arconic une société américaine filiale d’ALCOA, un géant de l’aluminium, et située à Merxheim dans le Haut-Rhin en France. Cette société livre aux entreprises de construction plusieurs types de « sandwiches » (4) :

• une entrée de gamme où l’âme est constituée de polyéthylène expansé (PE) entre les deux plaques d’aluminium, qui est recommandée par le constructeur pour les immeubles de faible hauteur ;
• des produits plus sophistiqués comportant des versions dites FR (Fire Retardant) comportant des retardateurs de flammes (5) qui peuvent être des hydroxydes métalliques ou des dérivés halogénés ;
• des produits plus sophistiqués ignifugés avec des polymères autres que le PE (polyéthylène) ou PS (polystyrène) comme le polyisocyanurate et ignifugé, qui ont de meilleures résistances au feu pour des immeubles de plus grande hauteur.

Alors que s’est-il passé ? Lors du chantier de rénovation, l’entreprise londonienne a-t-elle utilisé un produit entrée de gamme au lieu du Reynobond® FR ? La présence d’une lame d’air entre le panneau extérieur et l’isolant polymère en façade a-t-elle joué le rôle d’une cheminée accélérant la combustion ? Si les isolants comme le polyisocyanurate ou ceux avec un retardateur de flamme ont des temps de résistance à l’incendie supérieurs à ceux du polystyrène expansé, il n’en reste pas moins que la laine de roche compressée est préférable dans cette application particulière. En effet les essais de tenue au feu menés au CNPP (Centre national de prévention et de protection) de Vernon soulignent que le matériau a tendance à générer des fumées nocives notamment de l’acide cyanhydrique HCN et du monoxyde de carbone CO. De plus, dans ce type d’incendie où la température peut atteindre près de 1000°C, les plaques d’aluminium dont la température de fusion est de 660°C s’effondrent (6).

L’isolation de l’habitat et surtout des tours exige un cahier de charges très strict qui doit prendre en compte toutes les caractéristiques chimiques, thermiques et mécaniques des matériaux (7), sinon des incendies meurtriers peuvent encore se reproduire.

Jean-Claude Bernier
Juillet 2017

Quelques ressources pour en savoir plus :

(1) L’isolation dans l’habitat : la chimie pour ne pas gaspiller de calories !
(2) Le polyéthylène (produit du jour de la SCF)
(3) La chimie au service de l’efficacité énergétique : comment concevoir un habitat performant ?
(4) Matériaux composites à matrices polymères
(5) Le textile, un matériau multifonctionnel
(6) Sciences et techniques séparatives pour scènes de crimes complexes. Application à la détection des accélérateurs d’incendie
(7) Vivre en économisant cette « chère » énergie
 

Après délibération, le jury international des Deauville Green Awards 2017 a attribué Le trophée d’or – Transition énergétique à François Demerliac pour le film « Des idées plein la tech / Microalgues / l’Eldorado » Production VIRTUEL.

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Pour survivre, la plante ou l’arbre ont développé une machinerie moléculaire (1) pour résister au froid ou la chaleur et sélectionné des toxines pour leur défense et une chimie de photosynthèse pour se nourrir. Le principe actif est alors mélangé à des milliers d’autres molécules et il est difficile de le « pêcher », de l’isoler et de le caractériser. La chimie par synthèse ou hémisynthèse (2) fait réagir un nombre limité de réactifs. Elle dispose de moyens analytiques performants qui lui permettent d’isoler un produit actif avec le minimum d’impuretés et bien caractérisé.

Le second point important pour l’application du principe actif (3) est la dose, sa quantité et sa fréquence d’application. Il est indispensable d’avoir une parfaite maîtrise de la pureté du produit administré et de la méthodologie de son dosage. Ce qui fait la différence entre un médicament et le poison, c’est « la dose » ! (4)

Les exemples des huiles essentielles (HE) qui sont très à la mode sont édifiants. Très concentrées elles sont souvent un cocktail de molécules pas toujours bienfaisantes. Sont considérées comme toxiques les huiles essentielles de sauge, d’hysope, de thym, d’eucalyptus et de camphre. L’huile essentielle de cannelle, riche en thymol, attaque le foie et l’intestin, une goutte tue un chat ! Les centres anti-poison et de santé relèvent chaque année des intoxications dues aux végétaux, des eczémas de contact, des dermites par irritations ou allergies et des phototoxicités (5). Ce qui est en cause dans la fabrication et la formulation des « crèmes», c’est à la fois la chaîne d’approvisionnement des produits et la mauvaise conservation.
L’industrie des cosmétiques et des parfums dispose de moyens analytiques (6) et technologiques de synthèse et de séparation de molécules par extraction, distillation, entraînement par micro-fluidique… Contrôlés par les DREAL (Direction Régionale de l’Environnement de l’Aménagement et du Logement), les fabricants disposent de moyens analytiques les plus modernes et d’un contrôle qualité rigoureux. L’innovation (7) et la recherche sont actives (8), par exemple sur la micro-encapsulation, les bioactifs en liaison avec le microbiote de la peau, les parfums sans alcool… (9). On est loin du coin cuisine individuel et des conseils hasardeux.

Jean-Claude Bernier
Juin 2017

Quelques ressources pour en savoir plus :

(1) L’analyse végétale depuis le XVIe siècle
(2) Les produits phytopharmaceutiques pour une alimentation de qualité pour tous
(3) Chimie et santé : risques et bienfaits
(4) Chimie et poisons
(5) L’aventure des produits inoffensifs : une approche pionnière de la sécurité en cosmétique
(6) Techniques analytiques et chimie de l’environnement
(7) Vision d’avenir de l’industrie dans le domaine des parfums, arômes, senteurs et saveurs
(8) Nouveaux actifs et nouveaux ingrédients
(9) La chimie au cœur de l’innovation en parfumerie-cosmétique : le contexte économique et réglementaire et les défis de la recherche
 

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Les Internationaux de France à Roland-Garros ont entamé leur seconde semaine et les champions de tennis n’arrêtent pas de martyriser la petite balle jaune. C’est une petite sphère de 57 grammes et de 6,5 centimètres de diamètre. Lors des 4 millièmes de seconde de contact avec le tamis en fibres synthétiques (1) de la raquette en matériau composite (2), elle se transforme en une galette de 2 centimètres d’épaisseur, il faut donc qu’elle ait une fameuse élasticité. C’est pourquoi le cœur de la balle de tennis est constitué de deux hémisphères de caoutchouc naturel (3) d’épaisseur de 2 à 6 millimètres, vulcanisé avec du soufre et mélangé à chaud avec des durcisseurs (4). Après collage de ces deux coques avec un adhésif élastomère (5) on les revêt d’une colle liquide pour fixer les bandes de feutre à base de fibres de coton, laine et nylon (6). Ce feutre est aussi traité avec un revêtement hydrophobe pour éviter qu’il s’imprègne d’eau, il est de couleur jaune fluo car c’est la couleur optique la mieux visible à l’œil nu et à la télévision (7).

Pour être homologué, la balle doit répondre aux spécifications de la Fédération Française de Tennis. Lâchée d’une hauteur de 100 inches (2,54 m), la balle de compétition doit rebondir à une hauteur comprise entre 135 et 147 centimètres. Pour donner plus de dureté et plus de rebond les fabricants mettent sous pression l’intérieur de la balle soit en utilisant un liquide comme le formaldéhyde (8) ou un sel d’ammonium qui libèrent un gaz lors du collage des deux demi-coques. L’enveloppe n’est pas totalement étanche et les balles peuvent perdre leur propriété en fonction du temps. Dans les grands tournois les balles sont changées tous les neuf jeux par précaution. C’est plus pour parer à l’usure du feutre. A Roland-Garros, c’est plus de 60 000 balles qui sont utilisées ; elles se retrouvent partiellement recyclées en revêtement de sols de salles de sports (9). La force transmise par la raquette propulse les balles à des vitesses incroyables. Les spectateurs regardent souvent la valeur de ces vitesses des balles d’engagement sur le tableau d’affichage. Ce sont des radars doppler (10) qui calculent la vitesse. Dans le court central ils sont disposés au-dessus des bâches vertes derrière les joueurs, ils sont de même type que ceux qui contrôlent la vitesse des automobiles. Le record (11) est actuellement détenu par un obscur joueur Samuel Groth lors d’un tournoi en Corée du sud à 263 km/h ! Pas étonnant que lors d’un « ace » on peine à suivre la petite balle jaune à la télé !

Jean-Claude Bernier
Juin 2017

Quelques ressources pour en savoir plus :
(1) Les matériaux de la performance
(2) Les matériaux composites dans le sport
(3) L’élasticité du caoutchouc
(4) Le caoutchouc synthétique
(5) La chimie et le sport autour du monde
(6) La grande aventure des polyamides
(7) La chimie crée sa couleur… sur la palette du peintre
(8) Formaldéhyde (produit du jour de la SCF)
(9) Une rentrée olympique
(10) Les radars des avions Rafale
(11) Technologie et performance sportive
 

• La découverte du phosphore
• La constante d'Avogadro
• Le tableau périodique de Mendeleïev
• Kekulé et le benzène
• L'expérience de Lavoisier
   
• Les radium girls
• La grotte Chauvet et le carbone 14
• Marie Curie aux USA
• Pasteur et le vaccin contre la rage
• Les fruits et l'éthylène

Un exemple avec « l’effet fromage » et certains antidépresseurs.

En quoi certains fromages, en particulier les plus fermentés, peuvent-ils influencer l’efficacité ou entraîner des effets secondaires majeurs de certains traitements contre des pathologies telles que la dépression ou la maladie de Parkinson ?

La dopamine et la sérotonine

La dopamine et la sérotonine sont des neurotransmetteurs. Ils jouent un rôle majeur au niveau des humeurs, de notre énergie au quotidien comme de notre équilibre psychique et somatique. Le moindre déséquilibre de leur métabolisme (production versus destruction) conduit fatalement et réciproquement à des pathologies comme la maladie de Parkinson ou la dépression.

 

  

 

  

sérotonine	dopamine

Leurs formules ci-dessus montrent l’existence d’une fonction amine (…-NH2), d’où le terme utilisé de « bioamines » c’est-à-dire amines de la vie.

MAO et IMAO

Certaines enzymes, appelés MAO pour Mono Amines Oxydases, sont des enzymes endogènes situées pour l’essentiel au niveau de l’intestin grêle, du foie, du plasma et du cerveau. Leur fonction naturelle est de dégrader l’excès des amines telles que la dopamine ou la sérotonine et de sauvegarder ainsi l’équilibre tant recherché.

Les IMAO, pour Inhibiteurs de MAO, sont des substances chimiques endogènes ou exogènes qui inhibent (empêchent) l’action de la dégradation des bioamines. Ainsi ils permettent de maintenir, pour l’essentiel, le niveau physiologique de la dopamine ou de la sérotonine qui font défaut dans des maladies telles que la dépression ou la maladie de Parkinson.

Parmi les IMAO on peut citer une famille de médicaments appelée « tricycliques » (1), plus particulièrement utilisés contre la dépression.

Fromage et tyramine

Tous les fromages, mais plus particulièrement les plus fermentés, contiennent un fort taux d’une substance chimique dite TYRAMINE (du grec tyri=fromage et amine).
Sa formule chimique montre aussi l’existence d’une fonction amine et une forte ressemblance avec la formule de la dopamine, et par extrapolation à celle de la sérotonine.

Les conséquences

Si le patient est sous traitement par des IMAO, ceux-ci vont aussi inhiber la dégradation de la tyramine. Sa concentration va substantiellement monter dans le compartiment sanguin provoquant une brusque augmentation de la tension artérielle qui peut même compromettre le pronostic vital pour certains individus. De plus, comme ces IMAO sont en train de « travailler » pour la tyramine abondamment amenée par la nourriture, ils ne sont pas suffisamment disponibles pour « s’occuper » de la sérotonine ou de la dopamine, entraînant ainsi une nette diminution de l’efficacité du médicament administré.
Ces phénomènes sont regroupés sous le surnom de « l’effet fromage ».

Autres aliments

La tyramine est présente dans de nombreux aliments à des concentrations variables. On la rencontre plus particulièrement dans les aliments ayant subi un processus de fermentation (viandes attendries, bières, harengs marinés, certaines sauces au soya qui accompagnent les repas des pays du soleil levant…). Certains fruits en contiennent. Ainsi, les bananes mûres contiennent beaucoup plus de tyramine que les bananes fraîchement recueillies.

Conclusion

Cet exemple nous fait prendre conscience qu’il est important de surveiller son alimentation lorsque l’on est sous traitement et de bien suivre les instructions de prise de chaque médicament.

Constantin Agouridas

(1)Exemple d’un tricyclique, l'imipramine :

Le problème majeur des énergies issues de l’éolien ou du photovoltaïque est celui de l’intermittence. Quand il n’y a plus de vent ni de soleil, la production d’électricité s’arrête, et quand il y en a trop, on a des difficultés à écouler le surplus d’énergie dans le réseau si la demande est faible (1).

Comment stocker l’énergie et la délivrer ensuite suivant la demande ? L’hydrogène vecteur d’énergie est une solution (2). Ce gaz léger (3) a un pouvoir énergétique massique trois fois plus élevé que l’essence, et sa combustion dans un moteur ou une turbine ne génère que de la vapeur d’eau (4). Par ailleurs, la technologie des piles à combustible est devenue robuste et des automobiles ou d’autres moyens de transports disposent maintenant de piles à hydrogène commercialisées (5). Il est alors tentant d’utiliser ce gaz comme élément de stockage pouvant à la demande fournir de l’électricité. Malheureusement, l’hydrogène est fourni majoritairement par un procédé peu coûteux le « steam reforming » à partir du méthane du gaz naturel, procédé qui génère 10 kg de CO₂ par kg d’H₂ produit ! Le stockage d’un gaz si léger en vue de sa valorisation énergétique n’est pas facile : sous pression à 700 bars, 1 m³ contient 42 kg de H₂, alors que sous forme liquide 1 m³ contient 70 kg (sans compter l’énergie dépensée pour le comprimer ou le liquéfier). Depuis 2008 des chercheurs du CNRS de Grenoble et une société française McPhy Energy savent stocker l’hydrogène à l’état solide dans des galettes d’hydrure de magnésium MgH₂ (6) telles que 1 m^₃ d’hydrure de magnésium contiennent 106 kg de H₂. L’idée des chercheurs et de cette société maintenant internationale est de développer des installations qui utilisent le surplus d’électricité issue du vent ou du soleil pour produire de l’hydrogène par électrolyse de l’eau (7), le stocker sur MgH₂ à 10 bars, le déstocker à 2 bars et l’utiliser ensuite dans une turbine ou une pile à hydrogène pour produire de l’électricité lors des nuits sans vent et sans lune. Astucieux, non ?

Ils ont fait mieux, McPhy associé à deux sociétés américaines IVYS Energy Solutions et PDC Machines ont développé un intégrateur d’équipements d’hydrogène dévoilé en mars au salon BePOSITIVE à Lyon : la station hydrogène SimpleFuel™. Cet équipement intègre la production par électrolyse, le stockage sous hydrure, la compression et la distribution d’hydrogène pour délivrer 5 à 10 kg d’hydrogène à 700 bars par jour pour les flottes d’automobiles ou de chariots élévateurs (8). Cet équipement a reçu un prix de la DOE et l’agrément réglementaire aux États-Unis. MacPhy a également remporté trois contrats dans la province du Hebei en Chine, à Wyhlen en Allemagne avec l’exploitant allemand Energiedienst et en France à Fos-sur-Mer sur le projet Jupiter 1000 de GRTgaz. Il s’agit là de réalisations « power-to-gas » où l’hydrogène vert stocké est renvoyé dans les circuits normaux de distribution de gaz.

En cette période de morosité où l’on parle peu d’industrie et d’innovation il est réconfortant de voir une solution innovante de stockage et de distribution de « l’hydrogène vert » résolvant partiellement le problème de l’intermittence de la production d’énergie, grâce à une entreprise française dont le savoir-faire est reconnu à l’international.

Jean-Claude Bernier
Avril 2017

Quelques ressources pour en savoir plus :
(1) La complexité du réseau et l’électricité verte
(2) L’hydrogène, un vecteur énergétique inépuisable. Le stockage de l’hydrogène
(3) H2 (produit du jour de la SCF)
(4) Et revoilà l’hydrogène
(5) Fonctionnement de la pile à hydrogène
(6) L’hydrogène qui valorise les énergies renouvelables (vidéo, 7:36)
(7) Production d’hydrogène par électrolyse de l’eau sur membrane acide
(8) L’hydrogène bientôt dans vos automobiles
 

Visionner les vidéos du colloque

Le prochain colloque aura pour thème La Chimie, l'Aéronautique et l'Espace le 8 novembre 2017.

On connait la complexité des écrans sur les téléviseurs plats. Les dalles LCD sont de véritables mille-feuilles qui comptent des transistors, des polariseurs de lumière, des cristaux liquides, des filtres de couleurs et des LED pour le rétroéclairage (1). La concurrence des grandes marques, Samsung, LG, Sony… pour ne citer que les majeures, a fait progresser les définitions, HD, Full HD, UHD, 4K…, en multipliant le nombre de pixels et aussi la technologie en passant du néon aux LED puis OLED et maintenant QLED. Le résultat soutenu par le marketing nous offre des téléviseurs aux diagonales de plus en plus grandes et aux épaisseurs de plus en plus fines.

Dans cette guerre commerciale la chimie est omniprésente : les polymères cristaux liquides (1), les filtres de couleurs avec les pigments micronisés (2), les LED qui ont amélioré le rétro éclairage, les verres ITO à base d’indium, les nano-transistors (3) sans oublier les revêtements antistatiques. Mais depuis deux ans et particulièrement vues lors du salon IFA de septembre 2016, deux stratégies opposent deux grands constructeurs.

Les téléviseurs OLED utilisent des diodes électroluminescentes, encapsulées dans des résines ou déposées en gouttes sur un support (4). Ce sont des polymères (5) semi-conducteurs où alternent les simples et doubles liaisons carbone-carbone dites π conjuguées sous l’influence d’un courant elles émettent de la lumière. L’astuce des chimistes organiciens a été de varier les formulations pour obtenir des couleurs différentes de base ; Rouge, Vert, Bleu. Elles constituent directement des pixels de couleur et il n’y a plus nécessité d’avoir des filtres ni de rétroéclairage, les noirs sont profonds et les images fluides car le temps de réponse est de l’ordre de 0,1 milliseconde. La fiabilité et la longévité des OLED sont maintenant assurées mais ces téléviseurs restent un peu coûteux.

Les téléviseurs QLED utilisent des nanoparticules de semi-conducteurs, au départ CdTe ou CdSe mais aussi PbSe et ZnSe. Le savoir-faire des chimistes à partir de précurseurs organométalliques et d’un réducteur doux (6) permet d’obtenir des suspensions colloïdales et d’arrêter la croissance des particules à quelques nanomètres ou dizaine de nanomètres. Ces « quantum dots » éclairés par des LED bleues ont la propriété d’émettre par fluorescence du rouge et du vert purs en fonction de la taille de ces particules. L’espace colorimétrique est élargi, la luminosité est meilleure, les fréquences parasites sont éliminées et l’énergie nécessaire est abaissée. Les quantum dots sont fabriqués par BASF et Dow, car ils peuvent aussi servir en imagerie médicale, 3M associé à Nanosys produit des films de quantum dots pour les téléviseurs. La recherche vise à remplacer les LED bleues source de lumière des filtres à boîte quantique par une excitation électrique, chaque sous-pixel émettrait alors sa propre lumière comme une OLED (7). Cette technologie n’est pas encore prouvée.

Jean-Claude Bernier
Mars 2017

Quelques ressources pour en savoir plus :
(1) Exploser un smartphone
(2) Les multiples contributions de la chimie dans la conception des tablettes et des smartphones
(3) La chimie au cœur des (nano)transistors
(4) Les diodes électroluminescentes organiques : des sources « plates » de lumière
(5) Les polymères se réveillent pour l’électronique
(6) Des chimistes au service des nouveaux objets intelligents
(7) Les matériaux avancés moteur de l’innovation en électronique
 

Lancé en 2010 par l’Union des Industries Chimiques (UIC) et la Fondation de la Maison de la Chimie, The Chemical World Tour a pour but de faire découvrir l’industrie chimique et ses innovations à des étudiants.

Cette cinquième saison, dédiée à la chimie du futur, s’est achevée le 19 mars après 3 semaines de votes et une très forte mobilisation des candidats et de leurs équipes.

Mikel & Maël, remportent cette 5^ème édition

Mikel (Université de Fribourg – Allemagne) et Maël (IEJ Paris), qui sont allés enquêter sur le laboratoire du futur chez BAYER arrivent en tête des votes des internautes avec 8 864 votes.

Leur motivation et leur aptitude à mobiliser leurs communautés tant sur les réseaux sociaux que sur le terrain (conférences auprès des collégiens et des étudiants et présence dans les médias…) font donc d’eux les vainqueurs du Chemical World Tour 5 !

Marie & Ilyess, des challengers méritent d’être distingués 

La bataille a été serrée entre le binôme gagnant et leurs challengers, Marie (IEJ Paris) et Ilyess (BTS Pilotage de Procédés - Lycée Lavoisier de Mulhouse) qui avaient enquêté sur l’agriculture plus connectée et plus durable avec BASF.

En effet, ces derniers ont périodiquement été en tête des votes pour au final arriver à un total de 8 316 votes. Ils ont également été très actifs sur les réseaux sociaux et présents dans les médias. Voilà pourquoi il a été décidé de les récompenser également.

Vous pouvez voir l’ensemble des reportages et des vidéos de cette 5^ème saison sur le site www.chemicalworldtour.fr

L’air est un mélange composé de 80 % de molécules de diazote N₂ et de 20 % de molécules dioxygène O₂ (1). Le gaz hélium est constitué d’atomes d’hélium.

La densité des gaz

Il faut d’abord regarder les masses molaires (2). Exprimées en gramme par mole (g.mol^-1), elles valent 1 pour l’hydrogène H, 4 pour l’hélium He, 16 pour l’oxygène O et 14 pour l’azote N, soit 32 pour O₂ et 28 pour N₂.

Les gaz vérifient une loi très importante : des volumes égaux de gaz différents à la même température et à la même pression contiennent le même nombre d’atomes ou de molécules (3) (mais n’ont pas la même masse).

Si on gonfle un ballon de baudruche standard de 28 cm de diamètre il contient environ 10 litres de gaz. Ainsi il y a le même nombre de molécules dans 10 litres d’air que d’atomes dans 10 litres d’hélium.

Concrètement, dans chacun de ces volumes, il y a 0,446 moles de gaz, à 0°C (273 K) et à la pression atmosphérique (1013 mbar). Pour l’air cela donne la répartition suivante : 0,357 moles de diazote et 0,089 moles de dioxygène (en utilisant la composition de l’air de 80 % de molécules de diazote N₂ et 20 % de molécules dioxygène O₂).

Compte tenu des masses molaires, 10 litres d’hélium ont donc une masse de 1,78 g et 10 litres d’air 12,9 g. 10 litres d’air sont ainsi 7,2 fois plus lourds que 10 litres d’hélium.

L’air est donc 7,2 fois plus dense que l’hélium.

La poussée d’Archimède

Un petit rappel : nous avons tous remarqué qu’un bateau flotte dans l’eau. Cela est dû à une force qui soulève le bateau et qui l’empêche de couler. Cette force s’appelle la poussée d’Archimède, qui existe dans l’eau, mais aussi dans l’air et pour tout fluide. La force qui fait tomber est le poids. Il est proportionnel à la densité du corps, à son volume et à l’accélération de la pesanteur.

La poussée d’Archimède, elle, est proportionnelle à la densité de l’eau, au volume immergé du corps, et à l’accélération de la pesanteur. On dit qu’elle est égale au poids du volume d’eau déplacé, mais elle est dirigée vers le haut.

Reprenons les ballons de baudruche de 10 L, contenant soit 1,78 g d’hélium, soit 12,9 g d’air.

C’est ici l’air extérieur qui exerce une poussée d’Archimède sur les ballons. Comme ils sont totalement immergés dans l’air et que leurs volumes sont identiques, la poussée d’Archimède qui les soulève est la même.

Le ballon contenant l’air subit une force d’Archimède égale au poids de l’air enfermé dans le ballon, alors il reste en suspension. Comme l’hélium est 7,2 fois moins dense que l’air, son poids est 7,2 fois plus faible que la poussée d’Archimède et le ballon s’élève.

En toute rigueur le ballon de baudruche a une masse d’environ 2 g. Donc le ballon rempli d’air tombe. L’ascension du ballon d’hélium est par contre peu affectée par ce poids supplémentaire.

Jusqu’à quelle altitude le ballon gonflé à l’hélium peut-il monter ?

Le calcul n’est pas facile, car il y a plusieurs facteurs qui interviennent. Avec l’altitude la pression de l’air et la température diminuent. Par exemple à 3000 m d’altitude la pression ne vaut plus que 701 mBar et la température -20 °C (253 K). Mais la densité de l’air diminue aussi donc il en est de même de la poussée d’Archimède.

Un calcul permet de montrer que le ballon peut atteindre 3000 m en 2 à 3 heures. Mais ceci reste théorique car le latex de la baudruche est perméable aux gaz légers. Ainsi un ballon gonflé à l’hélium se dégonfle en 10 à 12 heures et retombe donc à terre. Et n’oublions pas le vent qui peut perturber l’ascension !

Jean-Claude Bernier et Françoise Brénon

(1) En toute rigueur, l’air contient 78,08 % de N₂, 20,95 % de O₂ et moins de 1 % d'autres gaz.

(2) La masse molaire est la masse d’une mole. Mais qu’est-ce qu’une mole ? Les atomes ou les molécules étant infiniment petits et légers, nous nous ramenons à notre échelle en nous intéressant un très très grand nombre de ces atomes ou molécules. 1 mole contient environ 602 000 000 000 000 000 000 000 = 6,02 10²³ atomes ou molécules.

(3) Il s’agit d’une loi fondamentale appelée loi des gaz parfaits. Elle s’exprime par la relation : pV = nRT où p est la pression qui s’exerce sur le gaz, V le volume qu’il occupe, T la température et n la quantité de matière exprimée en mole. R est la constante des gaz parfaits.

La 19^e édition de la Semaine du Cerveau a lieu du 13 au 19 mars 2017. Chercheurs du CNRS, de l’INSERM et des universités partent à la rencontre du public dans plus de 30 villes où sont proposés conférences, expositions et ateliers. C’est pour tous l’occasion de découvrir le fonctionnement de notre cerveau et aussi les avancées scientifiques dans les domaines de l’exploration et des soins de cet organe si précieux. C’est la Société des Neurosciences avec le Ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche avec plusieurs autres acteurs de la recherche comme le CNRS, l’INSERM et plusieurs CHU qui organisent ces manifestations : http ://vww.semaineducerveau.fr.

La Maison de la chimie avait déjà en novembre 2014 lors du colloque « Chimie et cerveau » (1) fait appel aux meilleurs spécialistes des neurosciences et de la cognition pour présenter les derniers résultats sur l’exploration du cerveau, les pathologies cérébrales et l’apport de la chimie en neuropharmacologie, résultats que vous pouvez retrouver sur mediachimie.org.

Par exemple, vous pouvez voir comment les synapses et leurs réseaux font fonctionner le cerveau chez les mammifères et chez l’homme (2), l’exploration de ces réseaux à l’aide de molécules photo-activables (3) et comment les progrès en imagerie cérébrale peuvent être fondamentaux pour comprendre les mécanismes complexes du fonctionnement du cerveau (4).

Mais ce sont aussi les dommages causés par les maladies dégénératives cérébrales qui sont exposés ainsi que l’approche par diagnostic de la perte de mémoire et des maladies d’Alzheimer ou de Parkinson (5). C’est la compréhension des mécanismes moléculaires jusque dans les cellules qui permet de proposer de nouvelles thérapeutiques. L’affinement des diagnostics, le choix des cibles, ajoutés à l’étude des causes génétiques ou autres permettent d’avancer dans les traitements (6). L’effet des drogues, l’étude des addictions, la dépression sont témoins des dysfonctionnements cérébraux (7). De nouvelles stratégies thérapeutiques, basées sur une meilleure connaissance du mécanisme d’action sur les récepteurs, et l’approche de la chimie du cerveau vont permettre de proposer dans l’avenir de nouveaux médicaments pour traiter les maladies du cerveau (8).

Ne sont pas oubliées les fantastiques propriétés du cerveau de l’homme capable par la pensée seule de commander des ordinateurs (9) et d’être moteur dans les sports extrêmes pour que les sportifs dépassent leurs propres records (10).

Jean-Claude Bernier
Mars 2017

Quelques ressources pour en savoir plus :
(1) Colloque Chimie et cerveau (12 novembre 2014)
(2) Les enjeux de la chimie dans la connaissance du cerveau et les espoirs pour demain
(3) Imagerie moléculaire de la synapse
(4) Imagerie fonctionnelle du cerveau
(5) Maladie d’Alzheimer et cibles thérapeutiques : état de l’art
(6) Vieillissement cérébral ou maladie dégénérative
(7) La dépression et ses traitements
(8) La neuropharmacologie un triomphe de l’exploration du cerveau, un échec à dépasser dans la création de thérapeutiques innovantes
(9) Commander par la pensée avec les interfaces cerveau–ordinateur
(10) Sport et cerveau
 

http://www.chemicalworldtour.fr/

Léa & Benoît

« La chimie dessine l’impression 3D » chez ARKEMA
L'impression 3D ne serait rien sans la chimie qui offre des solutions toujours plus innovantes pour optimiser les modes de production et faciliter le travail des bureaux d'études, des architectes et des designers. C’est une véritable révolution industrielle. Léa (IEJ Paris) et Benoit (ENSCBP - Bordeaux) vous expliquent comment !

https://youtu.be/IvD7NOfz4rI

Marie & Ilyess

« Vers une agriculture plus connectée et plus durable » chez BASF
L’agriculteur connecté, relié à des satellites et des drones grâce à son smartphone, ça existe. En s’appuyant sur les nouvelles technologies, l’industrie de la chimie développe des services pour une agriculture durable ! Suivez Marie (IEJ Paris) et Ilyess (BTS Pilotage de Procédés - Lycée Lavoisier de Mulhouse) !

https://youtu.be/6U--16_grfA

Mikel & Maël

« Le laboratoire du futur » chez BAYER

"Le futur de la chimie c'est maintenant", embarquez avec Mikel (Université de Fribourg – Allemagne) et Maël (IEJ Paris) pour découvrir le centre de recherche et de développement du futur : ses laboratoires, ses robots et ses chercheurs interconnectés !

https://youtu.be/4qFc6OdlvtM

Elodie & Thomas

«Quand innovation rime avec micro réaction » chez CHIMEX

Elodie (Centrale Marseille) et Thomas (IEJ Paris) s'intéressent à la micro réaction, un procédé révolutionnaire, plus sobre, plus performant, plus sûr qui est au coeur de la chimie du futur.

https://youtu.be/jxJObEFpZ4Y

Julie & Arthur

« L’usine du futur valorisera son CO2 » chez SOLVAY

Capturer le CO₂ d’un site industriel pour faire rouler des voitures, la chimie invente le carburant de demain ! Arthur (IEJ Paris) et Julie (IUT Créteil-Vitry) vous disent tout !

https://youtu.be/f4zAv6xU27U

Rappelons d’abord que le Taxotère a été découvert, comme la Navelbine (1) un autre antitumoral, par l’équipe de Pr. Pierre Potier au laboratoire ICSN du CNRS à Gif-sur-Yvette (2). Extraite au départ des aiguilles d’if, la molécule améliorée chimiquement montrait une activité remarquable comme agent d’anti-polymérisation de la tubuline, étape essentielle dans la multiplication des cellules cancéreuses (3). Synthétisée en 1989 puis développée industriellement avec Rhône-Poulenc Rorer (maintenant Sanofi), la molécule (4) a été mise sur le marché en 1995 et a amélioré la vie, voire guéri, des millions de malades atteints du cancer du sein, de la prostate ou des poumons dans le monde entier durant près de 15 ans (5).

Lorsque le brevet est tombé dans le domaine public, de nombreux laboratoires se sont mis à copier la molécule princeps et à produire des génériques depuis de nombreuses années. Le médicament Taxotère originel produit par Sanofi-Aventis représente actuellement moins de 5% du marché, alors que le générique docétaxel commercialisé par Accord et fabriqué par le laboratoire Indien Intas Pharmaceuticals représente à peu près la moitié du marché. Il a remporté en France l’appel d’offres public pour les centres anticancéreux français.

Dès le mois d’août 2016, plusieurs cancérologues avaient signalé à l’Agence nationale de sécurité du médicament et des produits de santé (ANSM) une fréquence d’effets indésirables plus élevée que la moyenne et des médecins de Gustave Roussy avaient par ailleurs alerté l’agence de certains décès, suite à un choc septique après administration du docétaxel.

L’ANSM et le Ministère des Affaires sociales et de la Santé confirment qu’une enquête de pharmacovigilance est en cours sur ce générique et les premières conclusions sont attendues pour la fin du mois de mars.

Il faudrait savoir que le concept de génériques a pour l’essentiel contribué à :

• a) démocratiser des traitements coûteux ;
• b) diminuer le coût thérapeutique global en particulier pour la Sécurité Sociale ;
• c) obliger l’Industrie pharmaceutique à orienter ses dépenses de Recherche et Développement vers l’innovation apportant un réel avantage en termes de santé et d’équilibre socio-économique.

La contrepartie peut être :

• a) un prix « exorbitant » de nouvelles thérapeutiques imposé par l’industrie pharmaceutique, eu égard aux investissements exigés, pendant que les autorités de tutelle ne font que simplement déplorer les faits ;
• b) une menace certaine pour avoir légué la responsabilité industrielle de production de principes actifs à des entreprises qui ne possédaient pas nécessairement le savoir-faire ;
• c) une mondialisation peu contrôlée du fait des contraintes légales, des exigences réglementaires et de responsabilités civiles, voire juridiques, différentes d’un pays à l’autre.

Il faut savoir qu’un générique repose sur au moins trois règles infranchissables.

• Le principe actif doit être identique à la molécule originelle avec un taux d’impuretés répertorié, identifié et qualifié. Ceci relève de l’art d’une production robuste accompagnée de moyens analytiques les plus sensibles.
• Le principe actif dans sa formulation finalisé doit présenter une bioéquivalence parfaite et identique à celle du produit originel.
• (Bioéquivalence : l’organisme humain doit être exposé au médicament aux mêmes concentrations durant le même temps)
• Les lots finaux doivent être empaquetés dans une procédure assurant une robustesse du procédé et une stérilisation incontestée.

Le moindre sur- ou sous-dosage dû à une bioéquivalence non respectée ou la moindre contamination des lots peut engendrer des complications sévères, voire conduire à la mort dans le cas des patients affaiblis ou immunodéprimés, comme c’est le cas des personnes souffrant d’un cancer. Un contrôle de qualité stricte et sans faille à la fois du procédé de synthèse, du produit fini, comme des installations de production et d’empaquetage, s’impose en permanence (6). S’assurer du bon suivi avec des entreprises mondialisées sous des régimes légaux de contraintes réglementaires comme de responsabilités civile et juridique différentes relève d’un défi difficile à surmonter.

Pour le responsable de la filiale française Accord (Intas Pharmaceuticals), «… tous les médicaments ont des effets indésirables, il n’y a rien de particulier, il n’y a pas de problème… », ce à quoi répondent les oncologues : « Quand un médicament administré pour son activité devient toxique et provoque un décès c’est catastrophique ». Pour l’heure, l’ANSM et le Ministère signalent qu’un autre médicament, le paclitaxel qui contient une molécule aussi de la famille des taxanes, peut servir d’alternative, et l’ANSM n’a émis qu’une recommandation d'éviction temporaire le 17/02/2017.

En conclusion on peut regretter que les malades comme leur environnement soient mis au courant plus de six mois après les premiers signalements. On peut aussi regretter que l’image des génériques soit ternie par ces accidents mortels alors que la politique du Ministère est de diminuer les coûts de solutions thérapeutiques et de médicaments appliqués dans la santé. Enfin on ne peut que constater qu’il n’y a presque plus de laboratoires de synthèse chimique en France capables de produire industriellement des molécules et princeps. Si on a dit souvent que la Chine était l’atelier du monde, l’Inde ne devient-elle pas le laboratoire du monde ?

J.-C. Bernier et C. Agouridas
Février 2017

1- Un exemple de médicament extrait d’une substance naturelle : la pervenche de Madagascar
2- Produit du jour SCF taxol /taxotère
3- La nature au labo : la phytochimie (vidéo, 9:08)
4- Un arbre à l’origine d’un anticancéreux
5- La nature pour inspirer le chimiste : substances naturelles, phytochimie et chimie médicinale
6- De la conception du médicament à son développement : l’indispensable chimie
 

La kératine est une protéine constituée d’acides aminés différents (1) reliés entre eux par une liaison dite peptidique ou amide (2). Cela crée des chaines polypeptidiques. Celles de la kératine du cheveu présentent une disposition spatiale particulière en hélices appelées α (3), qui s’associent entre elles et s’entrelacent. Cette cohésion est principalement due à des liaisons hydrogène (liaison H) entre les atomes H portés par les atomes d’azote et les atomes d’oxygène portés par les groupes carboxyles (4). Certaines parties des chaines présentent aussi des interactions électrostatiques entre les groupes carboxylates (R-COO^-) chargés négativement et les dérivés aminés (R’-NH₃⁺) chargés positivement. Ces interactions confèrent sa résistance à la kératine. Elles peuvent se rompre et se refaire réversiblement, permettant un « façonnage » du cheveu !

Parmi les acides aminés présents, la cystéine (5) qui possède une fonction thiol (SH), joue un rôle particulier. Des ponts disulfures (S-S) peuvent s’établir entre deux atomes de soufre de chaines différentes. Ces ponts disulfures résistent bien à l’étirement et contribuent à l’élasticité du cheveu.

Lissage et mise en plis

Modifier la frisure ou le lissage des cheveux, c’est modifier les liaisons entre les chaînes polypeptidiques. L’eau par exemple brise les liaisons H ; les atomes H de la kératine ont alors tendance à se lier plus facilement avec les atomes O de l’eau H₂O (6). Le cheveu mouillé peut se distendre, être déformé ou lissé plus facilement. Il y a un glissement et un étirement provisoire des chaînes de kératine. En le séchant des liaisons H et des interactions électrostatiques se reforment à d’autres endroits. Le cheveu pourra garder sa nouvelle forme un certain temps.

Utiliser une laque ou un spray permet, en recouvrant d’une fine couche les cheveux, de les maintenir en forme et éviter que la pluie vienne friser la chevelure lissée ou détendre la mise en plis !

Provoquer une frisure « permanente »

Les cheveux vont subir deux types d’actions.
La première action consiste à casser les ponts S-S par une réduction en milieu basique. Les chaines polypeptidiques sont alors relâchées. Les cheveux peuvent être enroulés à volonté, étirés et lissés. Les atomes de soufre des différentes chaines se retrouvent alors dans une nouvelle disposition.

La deuxième réaction va consister en une oxydation permettant de créer de nouveaux ponts disulfures fixant ainsi la nouvelle frisure ou le lissage recherchés.

Les shampoings, après-shampoings, démêlants et autres produits capillaires ont des formulations très complexes pour améliorer entre autre la souplesse, le démêlage et la brillance. Leurs actions consistent toujours à modifier les interactions des chaines polypeptidiques de la kératine entre elles.

Françoise Brénon

(1) Un acide aminé a pour formule générale R CH(NH₂) COOH

(2) La liaison peptidique ou amide présente l’enchaînement suivant d’atomes :

(3) La laine est également constituée de kératine α. Il existe une autre forme spatiale de la kératine dite en hélice β, que l’on rencontre dans la soie.

(4) Schéma de la liaison H symbolisée par le pointillé

(5) La cystéine contient un atome de soufre en plus des fonctions amine et acide carboxylique HS-CH₂CH(NH₂)-COOH

(6) Schéma de la liaison H entre l’eau et le groupe amine :

Village de la chimie et des sciences de la nature et de la vie
Les 24 et 25 février 2017 au Parc Floral de Vincennes
http://www.villagedelachimie.org

L’édition 2017 du village de la chimie et des sciences de la nature et de la vie est particulièrement riche cette année ; elle met à disposition des jeunes, de leurs professeurs et de leurs parents :

• Un pôle « entreprises » où une cinquantaine d’entreprises industrielles et établissements présentent leur activité et leurs besoins en compétences de chimistes, avec des salariés qui parleront de leurs métiers.
• Un pôle « orientation » avec la présence de l’ONISEP, de l’observatoire de la branche chimie et de Mediachimie.org, première médiathèque sur la chimie, ses innovations et ses métiers, balisant les métiers de l’opérateur à l’ingénieur en passant par le commercial.
• Un pôle « formation » où seront présents une trentaine d’établissements de formation aux métiers de chimistes situés en Ile-de-France. Toutes les informations sur les parcours conduisant aux métiers de la Chimie et des sciences de la nature et de la vie seront disponibles ; CAP, BEP, Bac Pro, Bac Techno, BTS, DUT, Licences pro, écoles d’ingénieurs, sans oublier l’apprentissage, avec des interlocuteurs performants.
• Un pôle « insertion professionnelle » disposant de stands où des ingénieurs et des responsables des ressources humaines vous conseilleront sur l’écriture des CV et pourront vous préparer à un entretien d’embauche.
• Enfin des stands de démonstration et d’expériences en « live » pour montrer l’apport de la chimie à votre vie quotidienne.

Venir les 24 et 25 février à Vincennes, c’est découvrir les métiers et les formations. C’est s’orienter en écoutant les témoignages des professionnels et voir les secteurs d’activité qui embauchent. C’est s’insérer dans la vie professionnelle en rédigeant un beau CV et en connaissant les fautes à ne pas faire lors d’un entretien d’embauche. C’est aussi trouver la possibilité de votre stage ou futur emploi.

Tout un cycle de conférences le 24 et le 25 février vous ouvrira de nouveaux horizons sur la chimie dans la police scientifique, sur les parcours de chimistes expérimentés, sur le biomimétisme… Le 25 février, en complément aux conférences, une table ronde sur les Métiers et Filières de Formation et quatre ateliers vous permettront d’échanger sur ce qu’attendent les recruteurs, le métier de chercheur, l’entretien d’embauche, la création d’entreprise.

Vous avez la possibilité au village de la chimie et des sciences de la nature et de la vie, le 24 et 25 février de choisir votre voie pour connaître et réussir une vie professionnelle intéressante et connaître les évolutions des métiers du futur, ne laissez pas passer votre chance !

Jean-Claude Bernier
Février 2017

Alors c’est fait ! Armel le Cléac’h, skipper de Banque Populaire VIII, après sa 2^e place en 2013 remporte la version 2016-2017 du Vendée Globe. Après 74 jours de mer et 45 000 km en milieu marin (1), il pulvérise le record de François Gabart, le premier à être descendu en dessous des 80 jours (78 jours).

Sur les 29 monocoques qui ont pris le départ le 6 novembre 2016, 7 étaient de la nouvelle génération, pourvus de « foils », ces appendices en forme de moustaches qui dépassent du haut de la coque quand ils sont relevés. Six de ces bateaux de la classe 60 pieds IMOCA ont été conçu par le cabinet d’architecture navale de G. Verdier en collaboration avec le cabinet VPLP. Sur le papier ces monocoques se ressemblaient beaucoup : mêmes tailles, mâts à peu près de même hauteur, coque et quille standardisées grâce à la chimie des composites et à la maîtrise des alliages métalliques. Seul le poids de l’ordre de 3 tonnes pouvait différencier ces coursiers de la mer :

• la coque est presque entièrement en matériau composite carbone, obtenu par moulage de couches de fibres de carbone pré-imprégnées de polyester (2) (3) ;
• la quille comporte à sa base un bulbe de forme aérodynamique en métal lourd, relié à la coque par un voile de quille de plusieurs mètres en acier ou en titane forgé en lame de couteau en tôle ployée ou soudée (4) ou encore en fibres de carbone (5) ;
• les voiles sont tissées en fibres artificielles comme le Kevlar (6) ou le polyéthylène téréphtalate (PET) ou même encore en fibres de carbone, tissées sur mesure en fonction de la modélisation des forces appliquées sur le mât (7).

Mais ce qui fait l’originalité de cette nouvelle génération ce sont les « foils »qui de part et d’autre de la coque remplacent la dérive. Leur forme donne un appui latéral et avec la vitesse, ils déjaugent le navire. Une fois acquise une vitesse de 13 à 17 noeuds, le foil accroche et toute augmentation de la vitesse du vent se traduit en vitesse pure. Leur action soulage la coque qui se lève doucement pour réduire la trainée et surtout diminue la gîte afin de porter plus de voile et d’augmenter la vitesse.
Les foils, après modélisation et essais, ont été fabriqués par une entreprise bretonne du Morbihan. Ils sont en fibres de carbone entremêlées en 3D, technique dérivée de l’aéronautique et de la fabrication des aubes des réacteurs, conçues pour éviter le délaminage du composite lors d’une collision avec un oiseau. Dans le cas des foils, il n’y a pas de garantie de casse en cas de collision en pleine vitesse avec un cétacé ou un « ofni » (objet flottant non identifié). C’est la prise de risque de ces navigateurs aventuriers qui ne cessent de faire avancer la technologie marine.

Jean-Claude Bernier
Janvier 2017

Quelques ressources pour en savoir plus :
(1) Les grandes questions en sciences chimiques de l’environnement marin
(2) Les matériaux composites dans le sport
(3) Les polymères ce qu’il faut savoir (vidéo, 4:25)
(4) Chimie et construction navale
(5) Les composites carbone/carbone
(6) La grande aventure des polyamides
(7) Le textile, un matériau multifonctionnel
 

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Programme (PDF)

Nous avons vu en décembre que le champagne contenait du gaz carbonique sous pression qui ne demandait qu’à se libérer sous forme de bulles qui remontent doucement à la surface du vin et participent à l’effervescence joyeuse, synonyme de fête. Le verre dans lequel on boit le champagne doit répondre par son élégance à l’image de prestige de ce breuvage mais aussi permettre d’en apprécier toutes les qualités.

Éviter le métal

Il existe pour boire le champagne des récipients en métal précieux, argent ou métal doré, mais ils ne conviennent pas car on ne peut ni observer la couleur du vin, ni la finesse du dégagement des bulles.

Les arômes tant appréciés

Les analyses ont montré que l’éclatement des bulles de gaz carbonique jouait un rôle majeur dans la libération des arômes. Ceux-ci sont des molécules organiques amphiphiles qui comportent soit une partie hydrophile qui les font rester majoritairement dans le vin, soit une partie hydrophobe qui les fixe de préférence à l’interface gaz–liquide de la bulle. Les analyses par IR-FT et SM (1) des aérosols de surface, comparées aux analyses du liquide in situ, ont montré des concentrations plus élevées d’acides gras ou de dérivés estérifiés tels que l’acide palmitoléique (2), l’acide tétradécanoïque (3) et d’autres, qui apportent les notes métalliques, fruitées, herbacées… Ces concentrations organoleptiques participent au plaisir olfactif puis gustatif du champagne.

D’où l’attention particulière à porter sur la nature du verre et à son nettoyage qui ont une grande influence sur la formation et la persistance des bulles qui sont de vrais ascenseurs à arômes.

Flûte ou coupe ?

La forme du verre à champagne doit être fonctionnelle. Les verres à fond rond ou les verres à fond pointu ne dégagent ni les mêmes mousses ni les mêmes lignes de bulles.

La flûte à champagne par sa hauteur de la colonne de liquide permet le bel examen visuel du vin et à la condition d’y laisser quelques microfibres, d’admirer la formation progressive de fines bulles. Si la flûte est suffisamment ouverte, le dégustateur peut y approcher le nez et goûter tous les arômes qui se dégagent de l’aérosol.

La coupe à champagne plus populaire dans les pays du sud est pourtant indéfendable. La mousse s’y forme mal et le bouquet se disperse. On y boit avec le nez qui trempe dans le breuvage et la surface liquide–air y est trop vaste, l’effervescence se calme trop vite.

C’est maintenant le verre « tulipe » à forme d’œuf tronqué sur une jambe pleine allongée qui a la côte. Il permet de jouir d’une mousse réduite et de la montée des fines bulles tout en permettant de respirer les arômes qui se dégagent en surface.

Fuyez la coupe ou flûte en plastique !

Faut-il rappeler le scandale qui est de boire le champagne dans une coupe en plastique ! Le PET (4) a une énergie de surface bien plus faible que celle du verre, la tension de surface liquide/solide y est très différente et sa surface est classée comme hydrophobe. Le liquide n’a pas tendance à s’y accrocher et ce sont les bulles qui le remplacent et grossissent sur les parois en cachant malheureusement la douce ascension des fines bulles.

Pour votre plaisir olfactif ou gustatif, choisissez bien votre matériel, mais dans tous les cas ne l’utilisez qu’avec modération !

Jean-Claude Bernier

(1) IR-FT : analyse par infrarouge à transformée de Fourier ; SM : spectrométrie de masse
(2) acide palmitoléïque acide (Z)-hexadéc-9-énoïque : CH₃ –(CH₂)₅-CH=CH-(CH₂)₇-COOH
(3) acide tétradécanoïque CH₃–(CH₂)₁₂–COOH
(4) PET : poly(éthylène-téréphtalate) polymère de motif répétitif -[O-(CH₂)₂-O-CO-paraPh-CO]_n-

Contre la fièvre vous auriez pu comme nos lointains ancêtres sucer de l’écorce de saule connue pour ses propriétés fébrifuges depuis l’antiquité (1). Ce n’est cependant qu’en 1838 qu’un chimiste, Piria, du laboratoire de Jean-Baptiste Dumas en a extrait l’acide salicylique (2) et il fallut attendre 1853 pour que Charles Gerhardt fasse la synthèse chimique de son dérivé acétylé moins agressif pour l’estomac. La société Bayer mis au point la synthèse industrielle et pris un brevet en 1899 sous le nom « aspirin ». C’est sous ce nom qu’est commercialisé le médicament fabriqué aussi en France par la société chimique des usines du Rhône à partir de 1910 (3). On en consomme environ encore 40 000 t en France. Son action antalgique, anti-inflammatoire et antipyrétique en a fait sous différentes marques le top des antigrippaux. Son action d’anti-agrégat des plaquettes du sang a conduit à rechercher un substitut qui est le paracétamol (4). Celui-ci a été découvert un peu par hasard par deux médecins strasbourgeois qui s’intéressaient à la parasitose intestinale et qui s’étaient fait livrer par erreur de l’acétanilide à la place du naphtalène. C’est le dérivé hydroxylé NHCOCH₃ – φ – OH qui révéla des activités antipyrétiques sans action sur l’agrégation plaquétaire encore appelé acétaminophène. Le paracétamol fut largement produit et commercialisé après 1950. Avec peu de réactions secondaires sauf surdosage, il s’en consomme 260 millions de doses en France.

La chimie a aussi d’autres molécules (5) à son arc : la pseudoéphédrine comme vasoconstricteur local pour le nez, l’ibuprofène pour les douleurs musculaires, les extraits de dérivés terpéniques (6), mais leur efficacité reste à démontrer (7).

In fine, en cas d’attaque virale, à part les deux antalgiques et les pulvérisations de sérum physiologique proche de l’eau de mer (8) riche en chlorure de sodium pour dégager le nez, il faut faire preuve de patience : « un rhume non traité dure une semaine, un rhume traité dure sept jours ».

Jean-Claude Bernier
 janvier 2017

Quelques ressources pour en savoir plus :

(1) Du saule à l’aspirine
(2) L’aspirine, une origine végétale
(3) Aspirine (produit du jour de la SCF)
(4) Paracétamol (produit du jour SCF)
(5) De la conception du médicament à son développement : l’indispensable chimie
(6) La nature au labo : la phytochimie (vidéo 9:08)
(7) La neuropharmacologie : un triomphe dans l’exploration du cerveau, un échec à dépasser dans la création de thérapeutiques innovantes
(8) La nature pour inspirer le chimiste : substances naturelles, phytochimie et chimie médicinale
 

Prochaine question du mois : Dans quel verre faut-il boire le champagne ? (s’il en reste !)
 

Un nouvel épisode de pollution a frappé les grandes villes comme Paris, Lyon ou Grenoble la seconde semaine de décembre. Lorsque la capitale suffoque, c’est toute la province qui s’enrhume ! C’est la persistance d’un anticyclone centré sur la France et de faibles vents d’est qui ont entrainé ces pics de pollution. Ils ont été caractérisés par des concentrations en particules fines PM10 (≤ 10 μm) mais surtout PM2,5 (≤2,5 μm) parfois 10 fois au-dessus du seuil d’alerte et donc très nocives pour les voies respiratoires (1).

D’après un rapport de pneumologues la pollution aux particules fines provoquerait l’équivalent de 48 000 décès prématurés. De même, un rapport européen « Europe’s Dark Cloud » vient de dénoncer l’usage des centrales thermiques au charbon (2) qui entrainerait aussi en Europe 22 000 décès prématurés dont 2 900 en Allemagne et 4600 en Pologne. Mais ces nuages portés par les vents amèneraient aussi la pollution particulaire et en métaux lourds chez les voisins, responsable par exemple en France de 1 380 décès prématurés (3).

Les causes de ces pics de pollution sont diverses. Dans Paris, les experts estiment que c’est le trafic routier qui est responsable des 2/3 des émissions d’oxyde d’azote et de 55 % des émissions de particules fines. Autres sources : le chauffage dont les foyers ouverts (4) et l’industrie.

Des progrès ont cependant été faits depuis 10 ans ; la chimie a fait de bons efforts pour limiter la pollution automobile (5) les pots catalytiquesont progressés et les filtres de particules équipent maintenant tous les véhicules de moins de 10 ans (6). La chimie atmosphérique permet de mieux comprendre les processus de pollution (7). L’électrochimie permet d’année en année de gagner sur les possibilités de stockage en énergie des batteries des véhicules électriques. L’industrie notamment chimique a réduit de façon importante ses émissions polluantes notamment de SO₂ (8).

Le gouvernement vient d’annoncer de nouvelles mesures pour lutter contre ces pollutions urbaines : des facilités d’achat pour les véhicules électriques (9), l’instauration des vignettes autorisant ou non les automobiles en ville ; malheureusement il n’a pas la maitrise de la météo. Une initiative intéressante menée par une équipe de chercheurs de l’INRIA (10) est d’inciter les habitants à être leur propre agent anti-pollution avec la mise au point d’une application sur smartphone et un site Citylab@inria qui donne l’accès à tous les citoyens aux centaines de capteurs de pollution urbains.

Jean-Claude Bernier
 décembre 2016

Quelques ressources pour en savoir plus :

(1) - La qualité de l’air en question
(2) - Faudra-t-il retourner au charbon ?
(3) - Les défis de la santé et du bien-être en ville (conférence - vidéo)
(4) - Pollution et feux de cheminées
(5) - Un exemple de matériau spécifique : pots catalytiques et dépollution automobile
(6) - Améliorer les pots catalytiques (vidéo 3:00)
(7) - La chimie atmosphérique : contexte, récents développements et applications
(8) - La chimie face aux défis de la transformation du système énergétique
(9) - Stockage de l’électricité : élément clé pour le déploiement des énergies renouvelables et du véhicule électrique
(10) - Exposition individuelle et collective aux pollutions urbaines (conférence - vidéo)

 

Pour plus de renseignements : http://www.chemicalworldtour.fr/

Ouvrage :
La chimie dans les TIC (Technologies de l'Information et de la Communication)
Editeur : EDP Sciences
ISBN : 978-2-7598-1675-0

Prix Roberval

Soutenu par la Délégation générale à la langue française et aux langues de France, le Conseil départemental de l'Oise, la ville de Compiègne, Sorbonne Universités, l’Université de Technologie de Compiègne (UTC), l’Agence Universitaire de la Francophonie et la Délégation Générale du Québec en France, le Prix ROBERVAL, organisé par le service des Cultures Scientifique, Technique et Industrielle de l’UTC, dirigé par Élisabeth Brunier, récompense chaque année des œuvres en langue française expliquant la technologie.

Ces œuvres récompensées sont destinées au grand public, à la jeunesse ou à l'enseignement supérieur et peuvent prendre la forme de livres ou de productions audiovisuelles.
Le prix est un hommage rendu à Gilles Personne de ROBERVAL, natif de l'Oise, génial inventeur de la balance qui porte son nom. C'est un bel exemple de technologie au service de tous.

En savoir plus sur le prix Roberval