La chimie verte Dans les laboratoires Clément Pouliot Cégep de Sept-Îles
La chimie verteDans 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 2. Économie d'atomes 3. Synthèses chimiques moins nocives 4. 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 dérivés9. Catalyse 10. Conception11. 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 casFaibles risques et/ou faibles coûts d’éliminationOutil de promotion, réputation et implication du Cégep Utilisations de quantité micro ou macroAmélioration 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 lacLogiciel de simulation Méthode scientifiqueRédaction de rapport
2 Formule d’un hydrate MgSO4.7H2OChiffres significatifs avec le site
Internet www.ccdmd.qc.ca/ri/chiffresBrûleur, 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 + GlucoseFiltration sous vide,Calcul de rendement et calcul de l’économie faite
4 Analyse qualitativeProduits domestiquesOrganigrammeMéthode scientifique, doute sur la réponse
Exemples en chimie générale (suite)
5 Forme des molécules et ionsFormules de Lewis Logiciel Isis draw ou Chem Sketch
6 Traçage d’orbitales Nombres quantiques et équationsLogiciel Maple
7 Spectre de l’hydrogèneSpectroscope, VernierCourbe d’étalonnage
Exemples en chimie générale (suite)
8 Volume molaire de l’hydrogèneMg + HCl, Lois des gaz
9 Visite industrielle à l’usine d’eau potable de Sept-Îles ou de Port-CartierProblème des trihalométhanes, Choix de carrière
10 AutresA) Dosage des chlorures de l’eau de mer ou dans la soupe Lipton Titrage NaCl + AgNO3
B) Dosage du fer dans l’eau potableSpectrophotométrie, o-phénanthroline
Exemples en chimie des solutions
1 Solubilité du sel de cuisineRédaction du protocole par les étudiantsDissolution petit à petit
Saturation puis filtration, séchage résidu, peséeSaturation puis filtration puis évaporation jusqu’à siccité
Mais jamais de titrage d’une solution saturée
2 Point d’ébullition de solutionsÉthanol 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)
5 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’intégrationSciences de la santé
1 Visite industrielle, travail en équipe2 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
4 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’intégrationSciences pures et appliquées
1 Visite industrielle, travail en équipe2 Site Internet sur un sujet imposé choisi selon
leur premier choix universitaire, travail individuel
3 Analyse d’un minéral avec leur spectrophotomètre artisanal
4 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’appointen 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’appointen 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’appointen Soins
202-2A3-RE
1 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’appointen Soins
202-2A3-RE (suite)
4 Titrage du vinaigre
5 Donneur et receveur d’électronsTiges de différents métauxEau salée, multimètre
6 PilesTiges de différents métaux Eau salée, multimètre
ConclusionEst-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?
MerciClément Pouliot
Cégep de Sept-Îles175, Rue de la Vérendrye
Sept-Îles, G4R 5B7(418) 962-9848 poste 267