Dans les laboratoires Clément Pouliot Cégep de Sept-Îles La chimie verte Dans les laboratoires Clément Pouliot Cégep de Sept-Îles

La chimie verte dans les laboratoires Définition Principes Avantages Défis Exemples Conclusion

Définition «La chimie verte a pour but de concevoir des produits et des procédés chimiques permettant de réduire ou d’éliminer l’utilisation et la synthèse de substances dangereuses.»

Principes 1. Prévention Économie d'atomes Synthèses chimiques moins nocives Conception de produits chimiques plus sécuritaires 5. Solvants et auxiliaires plus sécuritaires 6. Amélioration du rendement énergétique 7. Utilisation de matières premières renouvelables 8. Réduction de la quantité de produits dérivés 9. Catalyse 10. Conception 11. Analyse en temps réel de la lutte contre la pollution 12. Chimie essentiellement sécuritaire afin de prévenir les accidents

Principe # 1 Prévention : Il vaut mieux produire moins de déchets qu'investir dans l'assainissement ou l'élimination des déchets.

Principe # 2 Économie d'atomes : Les synthèses doivent être conçues dans le but de maximiser l'incorporation des matériaux utilisés au cours du procédé dans le produit final.

Principe # 3 Synthèses chimiques moins nocives : Lorsque c'est possible, les méthodes de synthèse doivent être conçues pour utiliser et créer des substances faiblement ou non toxiques pour les humains et sans conséquences sur l'environnement.

Principe # 4 Conception de produits chimiques plus sécuritaires : Les produits chimiques doivent être conçus de manière à remplir leur fonction primaire tout en minimisant leur toxicité.

Principe # 5 Solvants et auxiliaires plus sécuritaires : Lorsque c'est possible, il faut supprimer l'utilisation de substances auxiliaires (solvants, agents de séparation...) ou utiliser des substances inoffensives.

Principe # 6 Amélioration du rendement énergétique : Les besoins énergétiques des procédés chimiques ont des répercussions sur l'économie et l'environnement dont il faut tenir compte et qu'il faut minimiser. Il faut mettre au point des méthodes de synthèse dans les conditions de température et de pression ambiantes.

Principe # 7 Utilisation de matières premières renouvelables : Lorsque la technologie et les moyens financiers le permettent, les matières premières utilisées doivent être renouvelables plutôt que non renouvelables.

Principe # 8 Réduction de la quantité de produits dérivés : Lorsque c'est possible, toute déviation inutile du schéma de synthèse (utilisation d'agents bloquants, protection/dé protection, modification temporaire du procédé physique/chimique) doit être réduite ou éliminée.

Principe # 9 Catalyse : Les réactifs catalytiques sont plus efficaces que les réactifs stœchiométriques. Il faut favoriser l'utilisation de réactifs catalytiques les plus sélectifs possibles.

Principe # 10 Conception de substances non persistantes : Les produits chimiques doivent être conçus de façon à pouvoir se dissocier en produits de dégradation non nocifs à la fin de leur durée d'utilisation, cela dans le but d'éviter leur persistance dans l'environnement.

Principe # 11 Analyse en temps réel de la lutte contre la pollution : Des méthodologies analytiques doivent être élaborées afin de permettre une surveillance et un contrôle en temps réel et en cours de production avant l’apparition de substances dangereuses.

Principe # 12 Chimie essentiellement sécuritaire afin de prévenir les accidents : Les substances et la forme des substances utilisées dans un procédé chimique devraient être choisies de façon à minimiser les risques d'accidents chimiques, incluant les rejets, les explosions et les incendies.

Au Cégep de Sept-Îles Nous nous sommes attardés surtout aux principes 1, 5, 7, 10 et 12. 1. Prévention 5. Solvants et auxiliaires plus sécuritaires 7. Utilisation de matières premières renouvelables 10. Conception 12. Chimie essentiellement sécuritaire afin de prévenir les accidents

Avantages L’environnement, un sujet d’actualité Sensibilisation à la préservation de l’environnement Motivation et intérêt des étudiants Utilisation de substances mieux connues des étudiants Lien avec des substances couramment utilisées Substances sécuritaires pour l’environnement Manipulations appliquées aux industries de la région Manipulations appliquées à l’environnement de la région Substances sécuritaires pour les étudiants et les employés, faibles impacts sur la santé

Avantages (suite) Faibles coûts d’achat Recyclage possible dans certains cas Faibles risques et/ou faibles coûts d’élimination Outil de promotion, réputation et implication du Cégep Utilisations de quantité micro ou macro Amélioration de la perception des étudiants sur la chimie, les produits chimiques et les chimistes

Avantages (suite 2) Quand même possible de mettre l’emphase sur le développement des habiletés Ajout de techniques et de réactions de pointe. Implantation répartie sur une ou plusieurs années dans un ou plusieurs cours. Tous les phénomènes et manipulations à enseigner peuvent être représentés quand même

Autres avantages Enseignement de l’évaluation objective des risques. Fourniture d’une procédure rationnelle d’analyse et de minimisation de risques. Habilitation des étudiants à résoudre des problèmes environnementaux. Les étudiants deviennent des ombudsmans de la chimie verte. Modification de la façon de voir des étudiants et de la société sur la chimie, les produits chimiques et les chimistes. Pas tous les produits chimiques sont dangereux.

Défis Contrer l’idée préconçue que la chimie verte est moins rigoureuse. Trouver des expériences qui illustrent bien la chimie verte et qui sont utilisables tout en tenant compte des contraintes des laboratoires d’enseignement. Préparation puis dissémination des documents. Promotion.

Défis (suite) En lien avec les cours théoriques (illustration, complément, application) Exécution dans le temps prescrit avec du matériel disponible dans un laboratoire d’enseignement typique. Enseignement des techniques et des réactions modernes. Illustration des concepts de la chimie verte. Plateforme de discussions pour les problèmes environnementaux

Exemples en chimie générale 1 Étude d’un lac Logiciel de simulation Méthode scientifique Rédaction de rapport 2 Formule d’un hydrate MgSO4.7H2O Chiffres significatifs avec le site Internet www.ccdmd.qc.ca/ri/chiffres Brûleur, séchage, précision, exactitude, causes d’erreur

Exemples en chimie générale (suite) 3 Récupération de l’argent de l’expérience « dosage des chlorures de l’eau de mer » AgCl + Glucose Filtration sous vide, Calcul de rendement et calcul de l’économie faite 4 Analyse qualitative Produits domestiques Organigramme Méthode scientifique, doute sur la réponse

Exemples en chimie générale (suite) 5 Forme des molécules et ions Formules de Lewis Logiciel Isis draw ou Chem Sketch 6 Traçage d’orbitales Nombres quantiques et équations Logiciel Maple 7 Spectre de l’hydrogène Spectroscope, Vernier Courbe d’étalonnage

Exemples en chimie générale (suite) 8 Volume molaire de l’hydrogène Mg + HCl, Lois des gaz 9 Visite industrielle à l’usine d’eau potable de Sept-Îles ou de Port-Cartier Problème des trihalométhanes, Choix de carrière 10 Autres A) Dosage des chlorures de l’eau de mer ou dans la soupe Lipton Titrage NaCl + AgNO3 B) Dosage du fer dans l’eau potable Spectrophotométrie, o-phénanthroline

Exemples en chimie des solutions Solubilité du sel de cuisine Rédaction du protocole par les étudiants Dissolution petit à petit Saturation puis filtration, séchage résidu, pesée Saturation puis filtration puis évaporation jusqu’à siccité Mais jamais de titrage d’une solution saturée Point d’ébullition de solutions Éthanol et eau, Vodka Courbe points d’ébullition en fonction de la fraction molaire (à pression constante)

Exemples chimie des solutions (suite) 3 Cryoscopie Eau salée (abaissement point fusion, Van’t Hoff, K cong) Masse molaire d’un inconnu, KCl, Van’t Hoff Coefficient Van’t Hoff théorique fourni pour le NaCl et le KCl 4 Visite industrielle Préparation de questions, questions expédiées à l’avance Aluminerie Alouette, Électrolyse Choix de carrière

Exemples chimie des solutions (suite) Solutions tampons Ka et Kb, CH3COOH et NH4OH, pH 6 Courbe de titrage d’un acide faible par une base forte CH3COOH et NaOH 7 Autres Cinétique, décomposition de l’eau de javel, Co2O3 comme catalyseur Constante d’équilibre, FeSCN+2, spectrophotométrie Constante d’équilibre Ag(NH3)2+1, titrage Piles

Exemples en chimie organique 1 Isomérie Acide maléique et fumarique Titrage avec NaOH, point de fusion, test C=C 2 Fermentation du sucre Levure à pain, sucre granulé Distillation fractionnée Chromatographie en phase gazeuse, pureté et rendement

Exemples en chimie organique 3 Aspirine Anhydride acétique Filtration sous vide Rendement Spectrophotométrie infrarouge 4 Cinétique Protocole écrit par les étudiants Peroxydase de la carotte et peroxyde d’hydrogène EXAO, sonde de pression

Exemples en chimie organique 5 Modèles de molécules organiques Lewis, Isis Draw, formules développées, sortes d’isomérie 6 Visite industrielle Laboratoire de l’hôpital de Sept-Îles Questions préparées à l’avance Choix de carrière

Exemples en chimie organique 7 Autres Caféine du thé Extraction avec CH2Cl2 Évaporateur rotatif, sublimation HPLC, % dans thé et pureté de la caféine Groupements fonctionnels Benzène, toluène, cyclohexane, cyclohexène et alcools à 4C

Exemples Cours d’intégration Sciences de la santé 1 Visite industrielle, travail en équipe 2 Site Internet sur un sujet imposé choisi selon leur premier choix universitaire, travail individuel 3 Analyse des nitrates dans l’eau potable avec leur spectrophotomètre artisanal ÉSP (En équipe : recherche sur un sujet d’expériences imposé, rédaction d’un protocole, expérimentation, Individuel : rédaction du rapport) Voir le site : http://pages.globetrotter.net/sciencesseptiles

Exemples Cours d’intégration Sciences pures et appliquées 1 Visite industrielle, travail en équipe 2 Site Internet sur un sujet imposé choisi selon leur premier choix universitaire, travail individuel 3 Analyse d’un minéral avec leur spectrophotomètre artisanal ÉSP (En équipe : recherche sur un sujet d’expériences imposé, rédaction d’un protocole, expérimentation, Individuel : rédaction du rapport) Voir le site : http://www.profweb.qc.ca/cpouliot

Exemples Cours d’appoint en Soins 202-1A3-RE 1 Méthode scientifique et rapport Pepsi, vs Pepsi diète % sucre dans la gomme à mâcher 2 Volume molaire d’un gaz à TPN Mg et HCl, PV=nRT, P = P1+P2 3 Chaud Froid Q = m c T Eau chaude, eau froide

Exemples Cours d’appoint en Soins 202-1A3-RE (suite) 4 H, NaOH (s), NaOH (aq), HCl (aq) 5 Vitesse de réaction Alka-Seltzer , effet de la masse, de la température, de la surface de contact Carotte et peroxyde d’hydrogène, effet de la concentration 6 Propriétés des phases Forme définie, masse volumique, point fusion, etc.

Exemples Cours d’appoint en Soins 202-2A3-RE Propriété de l’eau et des solutions Solubilité, conductibilité, capillarité, ménisque, tension superficielle, point ébullition, Osmose, Dialyse, etc. 2 Propriétés de l’équilibre Système fermé, réactifs et produits, changements macroscopiques Alka Seltzer 3 Calcul de K, Vinaigre et vinaigre dilué, pH

Exemples Cours d’appoint en Soins 202-2A3-RE (suite) 4 Titrage du vinaigre 5 Donneur et receveur d’électrons Tiges de différents métaux Eau salée, multimètre Piles Tiges de différents métaux Eau salée, multimètre

Est-ce votre laboratoire? Conclusion Est-ce votre laboratoire? (sans hottes)

Médiagraphie (1) http://www.uoregon.edu/~hutchlab/greenchem/slideone.html http://www.chemistry.org/portal/a/c/s/1/acsdisplay.html?DOC=greenchemistryinstitute\education\edresources-highschool.html http://www.chemistry.org/portal/a/c/s/1/acsdisplay.html?DOC=greenchemistryinstitute\education\edresources-undergrad.html http://www.chemsoc.org/networks/gcn/educate.htm http://www.epa.gov/greenchemistry/tools.html http://www.greenchemistry.ca/#5

Médiagraphie (2) http://www.rsc.org/publishing/journals/GC/article.asp?type=CurrentIssue http://greenchem.uoregon.edu/Pages/Search.php http://www.anl.gov/techtransfer/Available_Technologies/Environmental_Research/ethyllactate.html www.vanderbilt.edu/Green_Campus_Conference/Henrie.ppt http://gtresearchnews.gatech.edu/newsrelease/greenchemistry.htm http://www.gobartimes.org/20050228/gt_activity.htm http://www.greenchemistry.uml.edu/html/publications/publications.htm

Médiagraphie (3) http://www.greenchemistry.uml.edu/html/publications/publications.htm http://www.zerowaste.org/ http://www.greeningschools.org/resources/view_cat_teacher.cfm?id=42 http://fusion.stolaf.edu/gca/ http://www.microscale.org/about.asp http://wuml-longview.org/greenchemistry.htm

Médiagraphie (4) http://thunder1.cudenver.edu/chemclub/Green%20Labs/CO2_extract1.pdf http://www.umich.edu/~nppcpub/resources/ResLists/chem.html http://www.domsweb.org/ecolo/chimie-verte.php http://www.rand.org/pubs/monograph_reports/MR1682/MR1682.ch4.pdf

Questions?

Merci Clément Pouliot Cégep de Sept-Îles 175, Rue de la Vérendrye Sept-Îles, G4R 5B7 (418) 962-9848 poste 267 clement.pouliot@cegep-sept-iles.qc.ca