Intégrant l’hypothèse d’Avogadro et la loi expérimentale de Gay-Lussac sur les combinaisons en volumes, Ampère est connu des chimistes comme l’auteur de la loi d’Avogadro-Ampère. Mathématicien éloigné de l’expérimentation, mais doué d’un esprit classificateur et généralisateur, il a dressé un tableau des corps simples (1816) qui constitue une remarquable synthèse des travaux accumulés à son époque. Il a été l’ami et souvent l’inspirateur des grands savants du début du XIXe siècle, Berthollet, Thenard, Biot, Davy, Gay-Lussac. Séduit par les idées du minéralogiste Haüy, il a énoncé une théorie géométrique de la combinaison chimique. Bien dépassées aujourd’hui, les théories et la terminologie d’Ampère n’en ont pas moins été des étapes importantes vers notre théorie moléculaire et notre classification périodique des éléments.

Ressource proposée par JF ^*

L’auteur nous conte la naissance de la Société Chimique de Paris en 1857 créée par trois chimistes, qu’aujourd’hui nous dirions stagiaires, dont deux étaient étrangers, à l’écart des autorités académiques. Très vite, le succès de cette initiative attire des chimistes confirmés en visite dans un laboratoire parisien, tel le Russe Boutlerov. Fin 1858, les « petits maîtres » de la chimie française s’emparent du bureau de la jeune société en s’abritant derrière la présidence de l’indiscutable Jean-Baptiste Dumas au cours d’une séance qui sera assimilée à un « 18 brumaire » chimique. Cette naissance est brièvement rapportée, bien située dans le contexte politique du second Empire, et le récit emprunte un style alerte et plein d’humour.

Léon Velluz, pharmacien et chimiste, s’est illustré dans la recherche pharmaceutique. On lui doit la fondation et la direction du centre de recherche des usines Roussel-UCLAF où son équipe isole un précurseur thermique de la vitamine D, met au point un appareillage original de mesure du dichroïsme circulaire et réalise la synthèse multistade stéréospécifique d’hormones stéroïdes, cortisone et hormones sexuelles. Président de la Société chimique de France en 1955-1956, académicien en 1961, Velluz est l’auteur de biographies bien documentées de Lavoisier, Berthelot, Priestley… et d’une série d’articles sur d’autres chimistes écrits dans un style plein d’agrément.

À l’exception de quelques explications physico-chimiques plus détaillées pour expliquer les propriétés fascinantes de ces matériaux, ce cours très pédagogique et magnifiquement illustré d’exemples est pour la plus grande partie accessible à tous à partir du niveau baccalauréat.

La chimie associée à ces matériaux, dont la taille varie du nanomètre à quelques microns, est présentée de la formation du solide à partir de la solution jusqu’à leur cristallisation ainsi que leur importance dans le monde du vivant.

Ces nano-objets ont des propriétés physiques et chimiques inhabituelles qu’il est important de comprendre pour mieux savoir les exploiter et les maîtriser.

Les nanosciences et les mésosciences constituent un nouveau domaine de recherche important qui a de nombreuses applications dans le monde du vivant, dans la nanomédecine (imagerie, diagnostic, thérapie), dans la physique des plasmons (sondes et images), dans la nanocatalyse (réactivité exaltée et ajustée) et dans l’énergie (batteries Li-ions, piles à combustibles, cellules photovoltaïques). Tous ces points sont expliqués à partir d’exemples concrets.

La première partie, bien documentée et facilement accessible, situe l’importance du stockage électrochimique dans le contexte énergétique actuel et futur et dans les perspectives liées au développement des énergies renouvelables.

La seconde partie présente les technologies Li-ion et les nouveaux matériaux qui vont permettre de fabriquer des batteries efficaces et propres et notamment l’apport de la recherche dans le domaine des nanomatériaux.

La dernière partie est une revue très complète, mais plus difficile d’accès, du présent et de l’avenir du stockage électrochimique à travers l’évolution de la batterie Li-ion dans le contexte du développement durable qui vise à :

• l’élaboration éco-efficace de matériaux d’électrode inorganiques via des méthodes basses température ;
• l’utilisation d’électrodes organiques renouvelables provenant de la biomasse et obtenues par chimie verte ;
• la mise au point de nouveaux systèmes de stockage lithium-air.

La science, la philosophie et l’humanisme sont intimement mêlés dans cet exposé où l’auteur montre à travers les relations entre la chimie et le vivant et le chimiste et le vivant que la vie dépend de la capacité des organismes vivants à utiliser efficacement le potentiel chimique de leur environnement.

Après avoir résumé l’histoire de la chimie biologique, Marc Fontecave nous montre le rôle important joué par les ions métalliques dans l’analyse du monde vivant et les apports de la chimie bio-inorganique. À l’interface de la chimie et de la biologie, la chimie bio-inorganique est en pleine expansion. Les développements sont prévisibles et souhaitables dans de nombreux domaines tels que la chimie verte (toxicologie, biocatalyse, chimie bio-inspirée), l’identification des molécules du vivant (petites molécules et protéines) et les applications dans le domaine de la santé (vectorisation des médicaments, nouveaux outils d’imagerie et de diagnostic, traceurs, chimie du cerveau…).

Cette leçon inaugurale des cours 2010-2011 du Collège de France, abordable par un large public y compris celui des lycéens, montre à partir de nombreux exemples magnifiquement illustrés la chimie des nouveaux matériaux bio-inspirés et les nombreuses applications actuelles et à prévoir.

 En analysant et en comprenant comment la nature a su combiner des composantes organiques et minérales pour créer des matériaux hybrides nanocomposites très performants, Clément Sanchez montre les défis relevés par les chimistes, à l’interface de la chimie, de la biologie et de la science des matériaux, pour élaborer et maîtriser la construction de ces nouveaux matériaux. Leurs applications ont déjà intégré de nombreux domaines d’applications : construction, textiles, cosmétique, micro-optique, micro-électronique, revêtements fonctionnels, sciences environnementales et biomédicales.

En 2050 la population mondiale atteindra 9 milliards d’habitants. Cette leçon montre comment nos sociétés pourront s’adapter à des besoins alimentaires et énergétiques croissants tout en préservant notre environnement.

L’un des défis majeurs du 21^e siècle sera de développer une bio-économie, c’est-à-dire de créer de nouveaux systèmes de production permettant d’articuler les filières alimentaires, énergétiques et chimiques, en remplaçant une partie du carbone fossile par du carbone d’origine biologique produit à partir des composants de la biomasse, des plantes ou des micro-algues. Des exemples sont donnés dans tous ces domaines ainsi que les descriptions des biotechnologies « vertes », « blanches » et industrielles des procédés fermentaires.

Ce panorama très complet se termine sur une réflexion sur les controverses sociétales et les changements de paradigmes technologiques et politiques entrainés par l’appropriation sociale de ces avances technologiques.

Le directeur des infrastructures, des transports et de la mer au Ministère de l’écologie, du développement durable et de l’énergie fait le point sur la politique générale des transports et montre que la chimie est au cœur des enjeux techniques et économiques.

Ces enjeux sont notamment : les enjeux d’innovation et de compétitivité pour les matériaux, les équipements et les moteurs ; les enjeux en termes d’émissions polluantes et sonores ; les enjeux de développement durable avec la recherche de sources d’énergies nouvelles pour une consommation énergétique plus sobre et mieux maîtrisée et la construction d’infrastructures de transports plus économes en ressources naturelles.

Vidéo de la conférence : (Retrouvez ici toutes les vidéos de ce colloque. Possibilité de les télécharger)

L’industrie du ferroviaire qui conçoit des systèmes complexes n’est pas un acteur direct de la chimie mais il en est largement dépendant pour trouver des solutions à ses problèmes dans des domaines aussi diversifiés que les composants électroniques de puissance, les peintures, les matériaux composites de structure, les sièges…

Les projets innovants sont nombreux, mais ils doivent tenir compte des contraintes importantes spécifiques aux transports ferroviaires : les normes, le cycle de vie très long et le coût. Deux exemples de R&D sont traités plus en détail : l’élaboration des composites thermo-dures et les fibres bio-sourcées.

Vidéo de la conférence :

Daniel CADET - La Chimie et le rail. from Maison de la Chimie on Vimeo.