la chimie verte

Présentation au sujet: "la chimie verte "— Transcription de la présentation:

1

2 Plan de travail : I. introduction II.Définition de la chimie verte III. Les outils de la chimie verte IV. Les douze principes de la Chimie Verte V. Quelques exemple sur la chimie verte VI. Des applications VII.Comparaison entre la chimie et la chimie verte VIII. Conclusion

3 I.Introduction: chimie verte, chimie durable, chimie biosourcée, propre, environnementale... Depuis quelques années, tant dans les médias que dans les appels à projets de recherche, la chimie se retrouve associée à de multiples qualificatifs très en vogue par ailleurs dans les discours politiques. Qu'entend-on par chimie verte ? Comment ce concept est-il apparu et quels en sont les enjeux ? La chimie verte est-elle vraiment verte ? en proposant la définition suivante

4 II. Définition de la chimie verte: La chimie verte appelée aussi chimie durable ou chimie écologique 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. Dans cette définition, le terme « dangereuses » est pris au sens le plus large : le danger peut être physique (substance inflammable, explosive...), toxicologique (cancérigène, mutagène...) ou global (destruction de la couche d'ozone, changement climatique...)

5 III. Les outils de la chimie verte:  Matières premières alternatives  Réactifs alternatifs  Solvants/milieux réactionnels alternatifs Produits/molécules cibles nouveaux  Catalyseurs alternatifs  Analyse de procédés

6 IV.Les douze principes de la Chimie Verte :

7 1. Prévention : il vaut mieux produire moins de déchets qu'investir dans l'assainissement ou l'élimination des déchets. 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. 3. Synthèses chimiques moins nocives : 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. 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. 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.

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

9 9. Catalyse : les réactifs catalytiques sont plus efficaces que les réactifs stœchiométriques. Il faut favoriser l'utilisation de réactifs catalytiques les plus sélectifs possibles 10. Conception de substances non-persistantes : les produits chimiques doivent être conçus de façon à pouvoir se dissocier en produits de dégradation non nocifs, cela dans le but d'éviter leur persistance dans l'environnement. 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 qu'il y ait apparition de substances dangereuses. 12. Chimie essentiellement sécuritaire afin de prévenir les accidents : les substances et la forme des substances utilisées dans un procédé chimique doivent être choisies de façon à minimiser les risques d'accidents chimiques incluant les rejets, les explosions et les incendies.

10 Principe 1. Prévention des déchets Souvent une approche interdisciplinaire: Chimie, engineering, microbiologie. Approche utilisée pour des procédés dangereux/ chers Prévention des déchets - Exemple de la Sertraline (Pfizer) Rendement augmenté au double Utilisation de l’éthanol en substitution du dichlorométhane, tetrahydrofuran, toluène et hexane (solvants organiques volatils) Elimination de 140 t/an de TiCl4 (toxique, irritant) Elimination de 150 t/an de HCl (toxique, corrosif)

11

12 Principe 2. Economie atomique Synthèse de l’ibuprofène Procédé traditionnel: 6 pas de synthèse 40% d’économie atomique

13 Nouveau procédé plus propre car: Synthèse avec un catalyseur: 3 pas 80% d’utilisation atomique (99% avec le recyclage de l’acide acétique)

14 Principe 3. Minimisation de l’utilisation de substances toxiques dans la synthèse Synthèses moins toxiques – synthèse du polycarbonate Procédé traditionnel – utilisation du phosgène: Phosgène est toxique et corrosif Impuretés dans le produit final (Cl- )

15 Nouveau procédé plus propre car: Pas de phosgène Produit final plus pur

16 Principe 4. Produits plus efficaces et moins toxiques insecticide naturel Plus propre car: Produit par Saccharopolyspora spinosa Facilement isolé à partir d’échantillons de sol Grande sélectivité et faible toxicité

17 Principe 5. Eviter les solvants/agents de séparation. Les rendre plus sécuritaires

18 synthèse en phase aqueuse Plus propre car: Formation de liaisons C-C en phase aqueuse L’eau est un solvant plus propre D’une façon générale la séparation est plus facile

19 Principe 6. Economie d’énergie Nouvelles approches: Nouvelles formes d’énergie Efficacité de l’usage énergétique (contrôle de la réactivité, thermodynamique) Séparations (distillation, filtration, recristallisation vs. Immiscibilité réactifs/ produit/catalyseurs) Nouvelles techniques de synthèse (microondes, ultrasons, etc) Optimisation de procédés industriels.

20 Principe 7. Matières premières renouvelables Synthèse de l’acide adipique Procédé traditionnel: Production de N2O (2% de la production mondial annuelle) Utilisé dans la production de nylon 6,6 et comme aditif alimentaire (gélatines, boissons, etc…)

21 Procédé plus propre – I: Recyclage du N2O Production de phénol

22 Procédé plus propre – II: Biotechnologie – utilisation de matières premières renouvelables Pas de production de N2O

23 Principe 8. Elimination de produits de dégradation toxiques Synthèse d’amines quaternaires Plus propre car: Utilise l’acide borique: pas toxique, pas cher, pas dangereux Elimination du SOCl2, PCl3, phosgène. Possibilité d’utilisation en plusieurs procédés industriels.

24 Principe 9. Utilisation de la catalyse (la plus spécifique possible) La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but d'accélérer la cinétique de cette conversion. Le catalyseur, qui est en général en quantité beaucoup plus faible que les réactifs, n'est pas consommé et est retrouvé inchangé à la fin de la réaction. S'il est séparable facilement du milieu réactionnel, il pourra être recyclé dans une nouvelle synthèse.

25 Synthèse iminodiacetate de sodium Procédé traditionnel: Procédé de Strecker Utilise NH3, CH2O, HCN, HCl. Chimie verte Utilisation de la catalyse – Synthèse iminodiacetate de sodium Procédé plus propre: Déhydrogénation catalytique de la diéthanolamine Pas de purification nécessaire Pas de produits secondaires toxiques

26 Principe 10. Conception de produits à utiliser totalement ou facilement dégradables plastiques à partir de l’acide polylactique Procédés plus propres: Utilisation de matières premières renouvelables (entre autres des rejets de l’agriculture intensive) Procédés énergétiquement beaucoup plus favorables (20-50% mois de combustibles fossiles). Recyclable et dégradable.

27 Principe 11. Analyse en temps réel pour éviter la formation de substances indésirables Nouvelles approches: Développement des techniques analytiques (en ligne) Logiciels d’identification des substances plus dangereuses Economie dans le traitements des rejets industriels – rôle des industriels. Réglementation - rôle des organismes publics. Chimie verte Analyse en temps réel

28 Principe 12. Chimie plus sécuritaire synthèse de l’acrylamide Procédé traditionnel: Utilisation de H2SO4 et NH3 Procédé plus propre: Synthèse enzymatique

29 synthèse du methylisocyanate Procédé traditionnel: Utilisation du phosgène Procédé plus propre: Synthèse catalytique

30 V.Quelques exemple sur la chimie verte : Concernant l’economie atomique : (Synthèse de l’ibuprofène) L'ibuprofène est un analgésique (anti-douleur) et un anti-inflammatoire au même titre que l'aspirine. C'est le constituant actif de nombreux produits commerciaux et il fait partie des anti-douleurs en vente libre les plus répandusLa molécule a été découverte par la société Boots dans les années 1960.Cette synthèse a permis de produire annuellement des milliers de tonnes d'ibuprofène mais elle s'est accompagnée de la formation d'une quantité encore plus importante de sous-produits non utilisés et non recyclés qu'il a fallu détruire ou retraiter.

31 synthèse : procédé Boots Cette synthèse fait appel à réactions stœchiométriques. Dans le schéma de synthèse ci- dessous, on a représenté en vert les atomes qui se retrouvent dans la molécule cible et en rouge ceux qui forment des sous-produits à retraiter.

32

33

34 Calcul Le tableau suivant permet de faire le bilan des atomes mis en jeu dans la synthèse. Pour chaque nouveau réactif, on classe les atomes en deux catégories : ceux qui entrent dans la constitution de la molécule cible d'ibuprofène et ceux qui se retrouvent dans des sous-produits (en rouge). L'utilisation atomique de ce procédé est donc UA = 206 / 514,5 x 100 % = 40 %. La production annuelle d'ibuprofène est de l'ordre de 13000 tonnes, si c'est ce procédé qui est utilisé, il génère plus de 20000 tonnes de sous-produits par an. Ces sous-produits ne sont pas directement exploitables, ils doivent donc être retraités ou détruits ce qui a un coût économique et environnemental. Utilisation atomique: UA = (206/514,5)*100 = 40% Ibuprofène: 13000 T/an Déchets: 20000 T/an

35 Synthèse de l'ibuprofène : procédé BHC Cette synthèse est effectuée en 3 étapes et fait appel à des réactions catalysées. Le schéma de synthèse reprend les conventions précédentes : les atomes qui se retrouvent dans la molécule cible sont en vert et ceux qui forment des sous-produits en rouge. On remarque immédiatement que l'utilisation atomique de ce procédé est plus élevée, donc meilleure, que celle du précédent.

36

37

38 Calcul : L'utilisation atomique de ce procédé est UA = 206 / 266 x 100 % = 77,4 %. Le gain offert par le procédé vert sur le procédé Boots est considérable. Il faut de plus noter que le sous-produit obtenu au cours de l'étape 1, qui est le seul sous-produit, est l'acide éthanoïque. Il est séparé du mélange réactionnel et purifié : l'unité de production d'ibuprofène est dans la pratique couplée à une unité de production d'acide éthanoïque[3]. L'utilisation atomique peut donc être considérée comme égale à 100 %.3 Le procédé vert permet dans ce cas particulier de réduire la quantité de déchets à retraiter à zéro. Il offre aussi d'autres avantages. Comme il ne fait appel qu'à trois étapes contre six pour le procédé traditionnel, le débit de la chaîne de synthèse est plus important, Utilisation atomique :UA = (206/266)*100 = 77,4% Ibuprofène: 13000 T/an Déchets: 4000 T/an valorisés 4000 T/an

39 VI. Des applications:

40

41

42 VII.Comparaison entre la chimie et la chimie verte

43 VIII.Conclusion La chimie verte est une approche radicalement nouvelle des problèmes posés par les activités chimiques industrielles. Jusqu'à présent, encadrés par la législation, les industriels cherchaient à minimiser l'exposition aux dangers en contrôlant les substances toxiques à tous les stades des procédés : manutention, utilisation, traitement et élimination. La chimie verte propose de traiter les problèmes à la source en développant des processus sans dangers ! Il existe bien sûr des barrières à son développement à une échelle globale : l'activité commerciale impose la rentabilité et un procédé vert ne remplacera un procédé traditionnel polluant que si son retour sur investissement est suffisamment rapide pour attirer les dirigeants et les investisseurs.

44