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


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


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


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


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


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


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.


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


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

[email protected]

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