Dossier

Une chimie plus verte pour la planète

Et si, à l’avenir, « produits chimiques » n’était plus synonyme de danger et de pollution ? C'est tout l’enjeu de la chimie verte, qui veut réinventer les relations entre chimie, santé et environnement !

Prélèvement d'un échantillon de microalgues pour la production de biodiesel

Prélèvement d'un échantillon de microalgues pour la production de biodiesel

© Jean-Claude MOSCHETTI/AlgoSolis/CNRS Images

La chimie verte, dont l’essor est encore très récent, vise avant tout à limiter l’usage de substances néfastes auxquelles nous avons trop souvent eu recours par le passé, mettant en péril notre environnement et notre santé. Il s’agit donc principalement d’utiliser autant que possible des matières premières renouvelables, qui ne persistent pas dans l’air et les sols après dégradation. Mais on peut aller encore plus loin : il est en effet possible de dépolluer les cours d’eau et les sols abîmés en faisant appel aux plantes ou à des procédés novateurs tels que la photocatalyse ou encore les canons à électrons. Et une fois ce nettoyage terminé, on peut même valoriser la biomasse ainsi récupérée en en tirant de nouvelles molécules à haute valeur ajoutée !

Dans ce secteur en pleine expansion, la recherche fondamentale menée par les scientifiques du CNRS aboutit bien souvent à des innovations qui peuvent ensuite être développées en partenariat avec des entreprises du secteur industriel. Découvrez avec nous à quoi ressemblera la chimie du futur...

Claude Grison fauchant des parties aériennes de renouées du Japon, "Fallopia japonica", dans le Gard. Cette plante envahissante se développe en France depuis le XIXe siècle, mettant en danger les écosystèmes locaux et les zones humides. La renouée est très difficile à éliminer et des scientifiques étudient l’impact de la fauche sur sa reprise. Des fauches répétées sont réalisées à fréquence précise et à hauteur idéale pour épuiser l'espèce et limiter sa prolifération de manière douce et non…

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Solution d’un composé photothermique, dans une cuve en verre, soumise à une irradiation laser dans le proche infrarouge (le faisceau infrarouge invisible à l’œil est matérialisé par un faisceau pilote additionnel rouge). L'irradiation de cette solution est réalisée dans le cadre de recherche de composés ayant la capacité de convertir l’énergie lumineuse en chaleur, il s'agit de l’effet photothermique. Pour certains composés, quelques microgrammes permettent de porter à ébullition de l’eau sous…

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Analyse par un DFA (dynamic foam analyser) d'une mousse produite par un tensioactif, utilisé par exemple dans les shampoings, afin d'évaluer son pouvoir moussant. Cet analyseur permet de caractériser la production, la stabilité ainsi que la structure (nombre, taille des bulles) de la mousse. Sur l'écran d'ordinateur, une vidéo prise en direct par la caméra permet de suivre l'évolution de la mousse. L'objectif est de synthétiser par chimie verte des tensioactifs biosourcés dérivés de la glycine…

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Cultures de microalgues disposées sur un plateau agitateur pour obtenir des starters pour des cultures dans des bioréacteurs de contenance plus importante. Les souches sont plus faciles à maîtriser lorsqu'elles sont conservées en petits volumes. L'agitation du plateau permet d'éviter que les souches ne sédimentent et de maintenir une certaine homogénéité du milieu et des gaz présents dans les cultures. La porosité des bouchons maintient les échanges gazeux avec l'extérieur mais empêche les…

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Bio Inspir' étudie les vertus dépolluantes d'un certain nombre de plantes, terrestres ou aquatiques. Cette start-up s'intéresse notamment à la menthe aquatique, une petite plante autochtone de la région Occitanie, qui possède des capacités exceptionnelles d'épuration d'eaux chargées en éléments métalliques et organiques. Utilisée sous forme de poudre ou vivante, cette plante permet de dépolluer des eaux contaminées directement sur des sites industriels. La start-up Bio Inspir' transpose les…

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Bioréacteurs d'étude utilisés pour la culture de deux souches de microalgues : en vert la Spiruline, "Arthrospira platensis" et en rouge Porphyridium. Des prélèvements réguliers permettent de suivre la concentration des microalgues pour voir comment elles se développent, leur composition pigmentaire, les niveaux de sucres et de protéines et de vérifier l'absence de bactéries. La production de microalgues trouve des applications dans les biocarburants, la chimie verte, la cosmétique ou encore le…

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Pour lutter contre l'utilisation massive de pesticides de synthèse dans l'hexagone, une équipe de chercheurs pense avoir trouvé une alternative dans les micro-algues. À la suite de prélèvements sur les côtes françaises, plusieurs souches de micro-algues ont démontré d'étonnantes capacités. En s'appuyant sur un mécanisme de défense commun à un grand nombre d'êtres vivants, le RNA silencing, les chercheurs ont mis en évidence la faculté de ces dernières d'augmenter l'immunité des plantes pour se…

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Dans le laboratoire d'Isabelle Rico-Lattes, les chercheurs utilisent les concepts de la chimie verte qui révolutionnent entre autre le secteur du médicament.

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Gérard Férey et son équipe, qui ont développé des molécules en forme de sphères creuses dans lesquelles on pourrait notamment piéger des gaz à effet de serre nous explique ce procédé…

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Nathalie Karpel Vel Leitner, du Laboratoire de Chimie et de Microbiologie de l'Eau (LCME) nous expose différents procédés innovants pour la dépollution de l'eau comme le canon à électrons ou l'utilisation de catalyseur... En effet, la plupart des secteurs industriels utilise de l'eau dans leur processus de fabrication, ce qui entraîne une pollution. Plusieurs procédés innovants sont à l'étude...

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Isabelle Rico-Lattes du laboratoire Interactions Moléculaires et Réactivité Chimique et Photochimique (CNRS) explique ce qu'est la chimie verte. Il s'agit d'une chimie résolument tournée vers le futur, plus propre, utilisant des catalyseurs pouvant être recyclés et moins de solvant et de réactif.

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A Lyon, l'équipe de chercheurs de l'institut de recherche sur la catalyse a mis au point un tissu lumineux utilisant un procédé chimique dit de photocatalyse, permettant de détruire certains polluants sous l'action de la lumière naturelle ou artificielle. Présentation de ce textile dépolluant intelligent, dont la prochaine étape reste le passage à l'échelle industrielle.

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Certains végétaux ont la capacité de dépolluer les terres souillées et les eaux usées. Alain Manceau, biominéralogiste au CNRS, nous explique ce qu'est la phytorestauration et parle de sa collaboration avec la société Phytorestore. Dans une démarche de renouvellement des ressources naturelles, la phytorestauration (ou phytoremédiation) consiste à utiliser les végétaux pour l'élimination des polluants, comme les métaux lourds, tout en prenant en compte la…

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Le projet européen Eurobioref, coordonné par le chimiste Franck Dumeignil, a pour objectif de proposer des solutions pour faire face à l'inexorable épuisement des ressources fossiles. Ce projet regroupe des centres de recherches et des industriels de quatorze pays. Son concept est basé sur le principe d'une bioraffinerie intégrée et flexible. Celle-ci permet de relier les préoccupations de l'agriculture et de l'industrie chimique en fournissant différentes biomasses et en produisant un panel de…

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Les plantes et bactéries associées au rayonnement du soleil ont la faculté de dégrader ou d'absorber de nombreuses molécules de nos eaux usées. Si la nature sait si bien épurer l'eau, nous pouvons nous en inspirer pour créer des stations d'épuration qui deviennent elle-mêmes de jolis petits coins de nature !

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Pour croître les plantes ont besoin de soleil, d'eau et de nutriments. Parmi les nutriments essentiels à leur croissance, se trouve l'azote, présent en quantité limitée dans le sol. Pour pallier à l'utilisation intensive d'engrais azotés, source de pollution, les chercheurs se sont penchés sur l'étude des légumineuses, des plantes qui possèdent la propriété de s'associer avec des bactéries capables de métaboliser l'azote atmosphérique pour elles. A la ferme du Moulon, les scientifiques tentent…

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La production porcine bretonne représente 56% de la production nationale française. Une des conséquences de cet élevage intensif hors sol sur un territoire restreint est la production excessive de produits fertilisants qui entraîne une pollution environnementale, déséquilibre les écosystèmes et pollue les nappes phréatiques. La porcherie écologique située à Guernevez a mis en place, grâce aux travaux de chercheurs du CNRS, de l'INRA et de la chambre d'agriculture de Bretagne, un système de…

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Les effluents des porcheries industrielles posent un problème environnemental. Ils constituent de bons engrais mais lorsqu ' ils sont déversés en trop grande quantité sur les surfaces cultivables, ils polluent les cours d ' eau et les nappes phréatiques. La porcherie écologique de la station expérimentale Guernévez en Bretagne, développée par des chercheurs du CNRS, de l'INRA et par les chambres d'agriculture de Bretagne, présente deux particularités : elle est dotée d ' un système de chasse d …

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Les micro-algues sont un secteur prometteur de la recherche dans le domaine de la chimie verte. La nutrition, les bio-carburants, les cosmétiques ou encore l'énergie, sont autant de champs auxquels les micro-algues pourraient apporter des solutions durables. Pour accélérer le développement de cette nouvelle filière, qui représente un enjeu économique considérable, les chercheurs du laboratoire de Génie des Procédés – Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) collaborent avec des partenaires…

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Jussies d'eau, "Ludwigia peploides", sèches, conservées au laboratoire ChimEco / Bioinspir. La récolte massive est nécessaire pour contrôler la prolifération de cette plante aquatique envahissante. Une fois séchées et broyées, les jussies servent de matière filtrante dans des biofiltres dépolluants. Leur fonctionnement repose sur la biosorption, un phénomène physico-chimique qui permet à certaines plantes de capter et de stocker naturellement une grande quantité d’éléments traces métalliques …

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Mouillage d'une feuille de taro, "Colocasia esculenta", pour reproduire l'humidité du milieu de vie naturel de cette plante, lors de l'étude de ses capacités de dépollution en milieu contrôlé. L'objectif est d'étudier les aptitudes naturelles d'épuration des eaux des tarodières de Polynésie française, vis-à-vis des herbicides utilisés dans la culture de l'ananas. Ce projet collaboratif est mené par les laboratoires ChimEco, CRIOBE et la Klorane Botanical Foundation.

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Préparation d'une transformation chimique écocatalysée par activation micro-ondes afin d'obtenir une molécule très utilisée en parfumerie. Une scientifique contrôle les paramètres clés de la transformation (température, pression, puissance et agitation) sur un réacteur micro-ondes. Cette technique de la chimie verte permet de combiner deux apports d’énergie qui vont faciliter la transformation d’une molécule organique. Les temps de réaction sont fortement réduits, ce qui constitue une économie…

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Préparation du traitement thermique des feuilles de renouées du Japon, "Fallopia japonica", afin de détruire la matière organique. Les parties minérales seront utilisées en écocatalyse. Cette plante envahissante se développe en France depuis le XIXe siècle, mettant en danger les écosystèmes locaux et les zones humides. La renouée est très difficile à éliminer et des scientifiques étudient l’impact de la fauche sur sa reprise, afin de mettre en place une technique douce et non destructive pour…

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Claude Grison collectant des feuilles de renouées du Japon, "Fallopia japonica", dans le Gard, à des âges différents. Cette plante envahissante se développe en France depuis le XIXe siècle, mettant en danger les écosystèmes locaux et les zones humides. La renouée est très difficile à éliminer et des scientifiques étudient l’impact de la fauche sur sa reprise, afin de mettre en place une technique douce et non destructive pour limiter sa prolifération. Les parties aériennes (tiges, feuilles, etc…

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Echantillon en cours d'examen, lors de l'analyse du taux d'éléments métalliques après biosorption à l'aide d'un spectromètre d'absorption atomique à four graphite. La biosorption est un phénomène physico-chimique qui permet à certaines plantes de capter et de stocker naturellement une grande quantité d’éléments traces métalliques (ETM). Cette propriété est exploitée dans des biofiltres dépolluants dont la matière filtrante est constituée de plantes biosorbantes. Cette solution naturelle…

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Arrachage de jussies d'eau, "Ludwigia peploides", par la Compagnie nationale du Rhône (CNR), dans le Gard. L'objectif est de contrôler la prolifération de cette plante aquatique envahissante qui met en danger les écosystèmes locaux et gêne la navigation. L'impact des récoltes sur la dynamique de reprise de cette espèce est étudié en étroite collaboration avec la CNR. Les jussies récoltées servent également de matière filtrante dans des biofiltres dépolluants. Leur fonctionnement repose sur la…

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Imagerie au microscope optique à épifluorescence d'un biofilm dans un réacteur microfluidique. Les images tridimensionnelles obtenues sont analysées par Benjamin Erable. Chercheur en génie des bioprocédés, il étudie les biofilms au Laboratoire de génie chimique (LGC) à Toulouse. Un biofilm, ou film microbien, est une communauté constituée de microorganismes englobés dans une matrice protectrice de polymères qui se forme sur des surfaces naturelles ou artificielles. Ici, le biofilm est observé à…

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Exemple de montée en échelle (pour se rapprocher des conditions industrielles), d'une synthèse d'un tensioactif biosourcé en utilisant un réacteur de 5 litres. L'objectif est de synthétiser par chimie verte des tensioactifs biosourcés dérivés de la glycine bétaïne (co-produit de l'industrie sucrière, la betterave à sucre) et d'alcools gras (huiles végétales). Certains produits biosourcés de cette famille sont déjà développés industriellement par la société SurfactGreen.

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Exemple de montée en échelle (pour se rapprocher des conditions industrielles), d'une synthèse d'un tensioactif biosourcé en utilisant un réacteur de 5 litres. L'objectif est de synthétiser par chimie verte des tensioactifs biosourcés dérivés de la glycine bétaïne (co-produit de l'industrie sucrière, la betterave à sucre) et d'alcools gras (huiles végétales). Certains produits biosourcés de cette famille sont déjà développés industriellement par la société SurfactGreen.

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Préparation d'un distillateur moléculaire. De l'azote liquide est utilisé pour piéger les vapeurs et protéger la pompe. Ce distillateur permet de récupérer, par un procédé vert de distillation moléculaire, l'alcool gras résiduel en fin de réaction, pour le réutiliser. Cette réaction est une synthèse par chimie verte de tensioactifs biosourcés, dérivés de la glycine bétaïne (co-produit de l'industrie sucrière : la betterave à sucre) et d'alcools gras (huiles végétales). Certains produits…

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Allume-feu fabriqué à base de vitrimère biosourcé et de bois recyclé. Les vitrimères à base d'huile sont facilement inflammables, ils se consument sans fumée, ni odeur, en ne laissant aucun résidu. Associés avec du bois, ils permettent de fabriquer des allume-feux très efficaces, entièrement biosourcés.

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Bois recyclé incorporable à un biopolymère pour la fabrication d'allume-feu. Les vitrimères à base d'huile sont facilement inflammables, ils se consument sans fumée, ni odeur, en ne laissant aucun résidu. Associés avec du bois, ils permettent de fabriquer des allume-feux très efficaces, entièrement biosourcés.

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Les étapes de la synthèse d'un vitrimère à partir d'huile végétale. L'huile végétale (à gauche) est époxydée (au centre) puis réticulée à l'aide d'un réactif bifonctionnel pour aboutir au vitrimère (à droite).

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Caractérisation par DMTA (analyse mécanique dynamique en température) d'un vitrimère biosourcé à base d'huile végétale. Les vitrimères ont été découverts en 2010 par Ludwik Leibler et présentent des propriétés situées entre les thermoplastiques et les thermodurcissables. Biosourcés, ils peuvent être utilisés pour substituer certains plastiques pétrosourcés.

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Optimisation du procédé de synthèse de molécules odorantes par métathèse d’oléfines Z-sélective en flux continu. Mise au point du plan d'expérience avec les différents paramètres à prendre en compte en flux continu (température, débit, temps de résidence, charge catalytique, ...) pour combiner activité et sélectivité des catalyseurs Z-sélectifs.

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CNRS Images,

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