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.

L’article présente différentes expériences concernant le chocolat telles que la détermination de la teneur en eau dans des fèves de cacao, la mesure de l’acidité du cacao, l'extraction des matières grasses par l’utilisation d’un Soxhlet, la variation de la couleur des fèves en fonction du pH.

Puis on trouve une série de manipulations « amusantes » et des réponse à des questions simples comme : pourquoi le chocolat blanchit quand on le conserve longtemps par exemple.

La préparation du chocolat est indiquée à partir de la fève de cacao.

L’acidité obtenue par fermentation est précisée tout comme les mesures du taux d’humidité. L’ajout de sucres est expliqué. On indique l’étape nécessaire de l’alcalinisation pour obtenir un  beurre de cacao. L’utilisation finale de la lécithine (E322) est présentée dans un encart : cela permet d’augmenter la fluidité.

L’introduction rappelle que, dans le contexte actuel de besoins croissants en énergie, l’énergie solaire peut être une réponse. Les a priori qu’il faut dépasser et qui limitent encore actuellement son étude et les réalisations associées sont présentés. Puis l’article développe plus en détail l’origine de l’effet photovoltaïque et sa compréhension.

Les caractéristiques des différentes filières sont développées : la filière silicium et les filières non silicium utilisant soit le tellurure de cadmium (CdTe), soit les alliages cuivre indium/gallium sélénium (noté CIGS) et appelée filière CIS.

Les nouvelles voies et perspectives sont présentées ainsi que l’analyse économique de la situation et des évolutions attendues dans l’industrialisation  de ces techniques.

Après un bref rappel historique sur la découverte de l’électrolyse de l’eau, le processus interfacial aux électrodes est expliqué. Puis le rôle fondamental des membranes est développé.

Les domaines d’applications présentés permettent de prendre conscience de l’importance de l’électrochimie dans les procédés industriels.

Au préalable, les besoins croissants en énergie et les préoccupations associées auxquelles il faut répondre sont présentés. Après un rappel du principe de fonctionnement d’une pile à combustible et des différentes technologies associées, l’article présente des exemples de leur intégration à des systèmes et à des prototypes. Les nombreuses questions associées à l’hydrogène, sa production, son stockage, son transport et sa distribution ainsi que les pistes de réponses sont développées. Puis sont expliqués les axes de développement nécessaires pour relever le défi du coût et de la durée de vie afin de pouvoir conduire à la commercialisation des piles à combustible, PEMFC - Proton Exchange Membrane Fuel Cell - ou pile à membrane échangeuse de protons, technologie à ce jour la plus répandue.

Les enseignants, le personnel de laboratoire et tous les étudiants poursuivant des études en chimie sont particulièrement concernés par ce document. Les pages 35 à 69 traitent en particulier de l’évaluation des risques, des pratiques de prévention et du nouvel étiquetage.

Les enseignants, le personnel de laboratoire et tous les étudiants poursuivant des études en chimie sont particulièrement concernés par ce document. Les pages 21 à 38 traitent en particulier de l’identification des dangers, de la prévention, des nouveaux pictogrammes dangers, du stockage des produits chimiques et de son organisation avec des exemples d’incompatibilité, de la gestion des déchets chimiques et des rejets à l’évier dans certaines conditions.

Le site japonais Spectral Database of Organic Compounds SDBS présente les spectres IR, RMN du proton, RMN du carbone 13 et le spectre de masse de très nombreuses molécules. Ce site est en anglais. Le spectre s’affiche accompagné d’un tableau indiquant les caractéristiques de chaque signal. Par exemple en RMN du proton, il est indiqué pour chaque H son déplacement, la nature de son signal (singulet ou multiplet), et la valeur des constantes de couplage.

Sur la page d'accueil du site, cliquer sur « I agree the disclaimer and use SDBS ».

Pour chercher une molécule il est parfois difficile de donner le nom en anglais reconnu par la base. Le plus simple est d’indiquer sa formule brute (Molecular Formula). La base SDBS propose alors tous les composés possibles ayant cette formule brute avec leurs noms. Cliquez alors sur le n° dans la base SDBS correspondant à la molécule dont vous cherchez les spectres (SDBS No).

La structure semi-développée s’affiche. Il suffit alors de choisir en bas à gauche de l’écran le spectre que vous voulez visualiser :

• Mass : pour spectre de masse
• ¹³C NMR : in CDCl3  : pour la RMN du carbone 13 pour un échantillon dans le solvant trichlorométhane deutéré
• ¹H NMR : 90 MHz in CDCl₃ pour la RMN du proton pour un échantillon dans le solvant trichlorométhane deutéré
• IR : CCl₄ : spectre IR pour le produit dans le solvant tétrachlorométhane
• IR : liquid film : spectre IR pour un échantillon pur liquide

Le second principe de la thermodynamique indique que l’évolution d’un système isolé se fait vers un désordre toujours croissant. Or, dans le monde vivant, les êtres correspondent à une organisation – le contraire d’un désordre – spectaculaire. Cette situation conduit à récuser la validité du second principe lorsqu’il s’agit du vivant. Il s’agit là d’une erreur grossière mais délicate à redresser. L’article montre que, pour éviter les contresens, il faut déployer beaucoup de soin dans la rigueur des définitions des notions de base – système thermodynamique, équilibre, système isolé, réversibilité. Le contenu pédagogique de ce développement – exposé en termes simples – est extrêmement pertinent.