Les éléments métalliques tels que Cd, Pb, Mn, Zn, Hg… sont présents dans notre environnement, y compris chez l’homme où ils sont dans notre corps en tant qu’oligo-éléments, nécessaires à la vie. Extraits de sources minières ou dispersés dans des eaux souterraines par accumulation géologique ou résidus d’industries, de déchets ménagers des villes, répandus par l’agriculture ou des boues d’épandage, ces éléments métalliques sont transportés dans les sols, les rivières, l’atmosphère. Pour réhabiliter un site il faut d’abord diagnostiquer ; c’est donc voir et doser les concentrations et traiter ensuite si ces dernières sont anormalement élevées. Chaque polluant et chaque site demandent alors un traitement spécifique. En dehors de cas catastrophiques, la pollution diffuse est difficile à traiter par manque d’études épidémiologiques. C’est un article assez complet qui attire l’attention et documente sur les atteintes à l’environnement et les méthodes d’analyse et de traitements.

Le marché du traitement des eaux est devenu très important pour les charbons actifs. Leur intérêt vient de ce qu’ils sont très absorbants de la matière organique. En grains ou en poudres, ils sont préparés par activation chimique qui leur donne une structure très poreuse. Sont développés ensuite les mécanismes d’adsorption en phase aqueuse des composés organiques et inorganiques et la façon de regénérer les charbons. C’est un article intéressant pour qui s’intéresse à la dépollution extrême des eaux potables confrontée de plus en plus à des traces de composés de type pesticides ou résidus de médicaments.

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Ce chapitre se place dans un domaine scientifique neuf qui promet des retombées tant vers le médicament que vers les applications industrielles (biotechnologies). Les études comparées des mécanismes de la désoxygénation à l’œuvre dans la synthèse naturelle de l’ADN, soit en milieu aérobie, soit en milieu anaérobie, conduisent à la mise en évidence du rôle de la « ribonucléotide réductase », protéine dont le centre actif (rôle du cluster fer-soufre) est analysé et le mécanisme de réaction radicalaire décrit. Une importante classe de protéines, les « radical-SAM », peut y être rattachée. Elles contiennent des centres actifs analogues à celui de la ribonucléotide réductase, mettent comme elle en œuvre l’activation radicalaire et interviennent dans une grande variété de fonctions biochimiques.

L’approche « biocatalyse » ou « catalyse bio-inspirée » est ensuite abordée. Le mécanisme d’action des hydrogénases dans la production d’hydrogène par décomposition de l’eau est étudié. Il inspire la conception et la fabrication de catalyseurs sans métaux précieux et à efficacité remarquable – travail de développement en cours.

La lecture de ce chapitre suppose acquise la notion de macromolécule biologique (éléments sur les protéines et sur les acides nucléiques au niveau de l’article « acides aminés » de wikipedia) ainsi que celle de complexe de coordination en chimie. Elle fait prendre conscience des vastes perspectives de l’interface chimie-biologie.

L’article débute par des généralités sur les tensioactifs et la présentation d’exemples de tensioactifs anioniques, cationiques, amphotères et même non ioniques. La synthèse de ces molécules à partir de sucres est illustrée par de nombreux cas d’études : les alkylpolyglucosides, les esters de sorbitan, les esters du saccharose et les alkylméthylglucamides.

Un exemple de mise en œuvre de la formulation d’un shampoing puis d’un produit du soin pour la peau sont présentés à la fin de l’article.

La question des déchets radioactifs produits par l’exploitation des réacteurs nucléaires est une de celle qui nourrit le plus les préventions contre le développement de l’énergie nucléaire. Ceci est pour partie le résultat d’une méconnaissance des méthodes de gestion actuellement utilisées ou étudiées. Cet article tente de remédier au manque d’information en la matière en décrivant, à la manière de l’ingénieur, les différentes catégories de déchets auxquelles on a affaire, les quantités dont il est question, les méthodes de gestion mises en œuvre ou envisagées et les recherches qui soutiennent ces programmes.

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.

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.

Après un rappel des processus d’absorption de la lumière par un matériau et de la génération d’une photo courant dans un semi-conducteur, l’évolution dans le temps des différentes filières photovoltaïques, puis les structures de base des filières actuelles sont décrits ainsi que leur part de marché.

Quelles sont les filières actuelles privilégiées ? L’accent est mis sur les filières couches minces au silicium et sur les nouvelles couches minces au tellurure de cadmium et au diséléniure de cuivre, en particulier sur leurs nouvelles technologies de dépôt. Leur intégration dans l’habitat est expliquée sur de nombreux exemples de réalisation. La place de la chimie dans l’élaboration de ces nouveaux matériaux semi-conducteurs et dans le développement de leurs applications à l’habitat est expliquée sur des exemples.

Quelles sont les perspectives d’avenir ? Les dernières générations de cellules solaires (couches minces semi-conductrices sans terre rares, cellules à colorants, et cellules à polymères organiques) sont présentées ainsi que des exemples d’application.

L’article conclut sur l’analyse du potentiel de développement du photovoltaïque pour l’habitat à énergie positive.

Le fonctionnement des réacteurs producteurs d’électricité nucléaire nécessite la mise en œuvre de nombreuses et souvent complexes transformations chimiques : extraction du minerai à l’isolement de l’uranium, puis enrichissement isotopique et fabrication des éléments combustibles et après utilisation de celui-ci en réacteur, son retraitement suivi de la gestion des déchets radioactifs. Ces opérations sont décrites dans cet article où l’attention est portée sur les aspects quantitatifs - les flux de matières radioactives mises en jeu. Cet article donne une vue synthétique d’un pan de la production nucléaire trop souvent agité pour les risques qu’il peut présenter sans qu’une vue d’ensemble n’en soit connue.

Pour découper ou abraser des pièces métalliques, on a besoin de matériaux ultra-durs. Après une définition de la dureté et des unités qui la mesurent, toute une série de matériaux est décrite. Les caractéristiques communes, en particulier les fortes liaisons de covalence et la structure cubique de type diamant, sont essentielles et bien décrites. La recherche de nouveaux matériaux de ce type passe par une démarche théorique ou semi empirique très fondamentale. La mise en pratique se fait par synthèse soit CVD (Chemical Vapor Déposition) ou sous pression conduisant à de nouveaux dérivés comme B4C ou BN et de nombreux carbo-nitrures intermédiaires. De nouvelles approches prospectives sont données en conclusion. Voilà un article de découverte sur des matériaux dont on parle peu mais qui sont indispensables à l’industrie mécanique et métallurgique.