La diversité des matières colorantes dont dispose l’artiste peintre est redevable aux progrès de la chimie. La réalisation d’une œuvre picturale nécessite non seulement des pigments mais aussi un liant et diverses substances dont le choix est resté longtemps empirique. Les chimistes sont parvenus à comprendre le secret de ces formulations et ils en ont proposé d’autres comme les émulsions acryliques, les siccatifs et les vernis.

Le chimiste intervient également dans l’analyse des œuvres d’art pour identifier pigments, vernis et procédés de synthèse d’anciens pigments. Les couleurs sont redevables aussi à la physique (diffusion de la lumière par la couche picturale) et à la physiologie (perception subjective de la sensation colorée). Tous ces points sont expliqués et illustrés à partir de nombreux exemples d’œuvre d’art.

Le synchrotron est un compagnon de l’art. L’essor de la technique d’analyse associée, non destructive, s’est accompagnée de découvertes intéressantes susceptibles de servir l’art : authentification et datation d’œuvres pour l’histoire de l’art (exemple de Van Gogh), conservation et protection du patrimoine culturel grâce à la compréhension des mécanismes de dégradation (exemple de l’encre ferro-gallique et des tableaux d’Ensor et de Van Gogh), restauration d’œuvres d’art.

La matière constituant un objet d’art ou d’archéologie recèle de nombreux indices très utiles pour leur étude. En particulier sa composition chimique permet d’identifier le matériau, sa provenance, les recettes de fabrication et ses éventuelles altérations. L’accélérateur de particules Aglaé a été installé au Palais du Louvre à Paris pour permettre le développement de l’analyse non invasive des œuvres et offrir un nouveau visage de l’histoire. Tous ces points sont décrits sur des exemples et accompagnés d’anecdotes montrant comment on a pu ainsi résoudre des énigmes cachées derrière des œuvres d’art et des objets archéologiques.

Sur l’exemple du fard noir égyptien, le Khôl, l’étude des processus chimiques permet de comprendre les raisons des traditions et pourquoi elles se sont perpétuées de génération en génération. Ces processus électrochimiques ont été étudiés avec des ultramicroélectrodes à fibres de carbone, synapses artificielles.

Le fard noir est susceptible de libérer des quantités submicromolaires d’ions Pb²⁺, lesquels conduisent les cellules de la surface de l’œil à produire massivement du NO°, qui à son tour favorise la présence de macrophages éliminant tout corps étranger qui nous pénètre (bactéries, virus, levures…). La chimie se mélange harmonieusement à l’histoire et à la sociologie pour montrer comment cette préparation, à l’origine un simple cosmétique, a la capacité de protéger son porteur de maladies endémiques.

Après un bref panorama de la de la polychromie des bronzes antiques, les objectifs et les techniques des patines antiques sont exposés sur des exemples étudiés au laboratoire du Musée du Louvre. Le point sur l’histoire de la technique du cuivre noir est présenté. Ces exemples montrent le fruit d’un travail pluridisciplinaire d’équipes associant historiens d’art, restaurateurs et physico-chimistes.

L’utilisation de la matière végétale comme source première de produits chimiques s’est pratiquée de tous temps. Elle s’est développée à l’ère de la révolution industrielle puis a été éclipsée par la disponibilité du pétrole mais revient aujourd’hui au moment où celui-ci se raréfie. Elle constitue déjà une branche industrielle puisque qu’elle est à la base de plus de 5% de la production chimique. L’analyse de la géographie et de l’économie indique que la chimie française est très bien placée pour bénéficier de ce mouvement et que la création d’une industrie correspondante – comportant de nouveaux métiers (bioraffineurs, chimistes biosourcés, biotechnologues) - se poursuit activement. Des exemples de productions actuelles importantes, comme celle de l’isosorbitol qui confère de nouvelles propriétés à certains matériaux polymères, ou en croissance comme celle de l’acide succinique, intermédiaire chimique important, sont entre autres décrits dans ce chapitre ainsi que les activités stimulantes de l’association Chimie du Végétal (ACDV).

Le principe adopté par Grätzel s’inspire du vivant, utilisant un mécanisme à l’œuvre dans la photosynthèse. Le mécanisme de passage de l’électron conduit à considérer des éléments de photochimie : niveaux d’énergies fondamental et excité dans un colorant, transfert vers des nanoparticules de TiO², semi-conducteur, transfert de la charge vers l’iodure en solution pour bouclage du cycle. Les cellules expérimentales de Grätzel sont développées à grande échelle, présentent des caractéristiques très intéressantes et constituent un exemple brillant de la démarche biomimétique.

La situation des nodules dans les grandes profondeurs rend leur ramassage complexe et coûteux. Le point est fait sur les technologies de ramassage et de traitement métallurgique commencés sur les gisements français il y a plus de vingt ans, et réactualisés en tenant compte de l’impact sur l’environnement. L’analyse économique de la rentabilité de l’exploitation, comparée avec celle des minerais terrestres dans un contexte de demande en matières premières, est présentée pour le manganèse, le nickel, le cobalt et le cuivre.

L’océan peut-il être un Eldorado pour les ressources du futur ? Actuellement, plusieurs réserves de ressources minérales sont connues à de faibles profondeurs d’eau : les placers de minéraux lourds, les diamants et les phosphates. Par grande profondeur, on rencontre les nodules polymétalliques, les encroûtements corallifères et les sulfures hydrothermaux.

Quels sont les enjeux économiques et politiques de l’exploitation de ces gisements marins ? Face à l’évolution de la demande mondiale et à l’envolée du cours des matières premières, le point est fait sur la situation actuelle de la recherche et de l’exploitation industrielle de ces ressources potentielles.

Les biotechnologies blanches ont pour objet la fabrication de produits chimiques et de bioénergie à l’échelle industrielle par l’utilisation de la biomasse végétale comme matière première renouvelable par des procédés utilisant microorganismes ou enzymes. Elles conduisent à la construction de bioraffineries qui sont déjà une réalité industrielle. Le spectaculaire développement de ces techniques provient en particulier de la capacité des ingénieurs de créer par manipulations biologiques et chimiques des micro-organismes spécifiquement adaptés au travail de transformation chimique qu’ils souhaitent réaliser (ingénierie métabolique).

 Une plateforme industrielle à grande échelle (société Amyris) construite pour la production de multiples produits de santé est décrite. Un autre exemple fournissant des polymères à partir de matières végétales est également détaillé.

De nouvelles techniques qui ont nom « biologie synthétique » et « métagénomique » sont à l’étude dans les laboratoires et visent à identifier certaines fonctions réalisées de façon si performante par la nature et qu’il serait si profitable de comprendre puis de dompter dans nos installations. En parallèle de l’utilisation des micro-organismes, se développe aussi celle de la catalyse enzymatique souvent plus facilement adaptable au cas traité.

Aujourd’hui limité à environ 8%, la production de produits chimiques à partir de biomasse, donc en consommant une partie du CO₂ présent dans l’atmosphère, s’accroit rapidement. L’Europe a fixé un objectif de 15% en 2020. Les objectifs du développement durable réclament l’extension des biotechnologies.