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Greener chemistry for the planet

What if, in future, ‘chemicals’ were no longer synonymous with danger and pollution? That is the challenge of green chemistry, which aims to reinvent the relationship between chemistry, health and the environment.

Sampling of microalgae for biodiesel production

Sampling of microalgae for biodiesel production

© Jean-Claude MOSCHETTI/AlgoSolis/CNRS Images

Green chemistry, a sector that has only recently taken off, aims primarily to limit the use of harmful substances commonly deployed in the past, endangering our environment and our health. It mainly consists, as far as possible, of using renewable raw materials, which do not persist in the air or the soil when they degrade. But more can also be done: polluted water courses and soil can be cleaned up using plants or novel processes such as photocatalysis and electron beams. And once this clean-up process is finished, it is even possible to generate value from the recovered biomass by extracting new molecules with high added value. In this fast-growing sector, the fundamental research carried out by CNRS scientists often leads to innovations that can then be developed in partnership with industrial companies. Explore with us what chemistry will look like in the future…

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…

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…

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…

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' studies the depolluting qualities of certain land and aquatic plants. This start-up is especially interested in water mint, a small plant native to the southern French Occitanie region that has exceptional capacities for purifying water containing metallic and organic elements. Used in the form of a powder or alive, this plant can purify contaminated water directly at industrial sites. #BioInspir' finds industrial applications for the research conducted by the laboratoire de Chimie…

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…

To control the massive use of chemical pesticides in France, a team of researchers believes they have found an alternative in micro-algae. As a result of samples taken from the French coast, several strains of micro-algae showed surprising capacities. Based on a defence mechanism common to many living beings, RNA silencing, researchers have demonstrated the ability of plants to ramp up their immune system. Extract D, a micro-algae discovered in Brittany, has revealed its ability to directly…

In Isabelle Rico-Lattes ' laboratory, researchers use the green chemistry concepts which revolutionize, among others, the pharmaceutical drugs sector.

In this short film, Gérard Férey and his team, who have developed hollow sphere-shaped molecules in which we could notably trap the greenhouse gases, explains this process.

In this short film, Nathalie Karpel Vel Leitner, from the Laboratory for “Water Chemistry and Microbiology” (LCME), exposes different innovative processes concerning the cleaning up of water, as the electron gun or the use of a catalyst… Indeed, most of the industrial sectors use water in their process of production, which has for consequence pollution. Many innovative processes are being studied…

In this short film, Isabelle Rico-Lattes from the IMRCP (Laboratory for Molecular Interactions & Chemical and Photochemical Reactivity) explains what the green chemistry is. It consists in a chemistry resolutely turned to the future, cleaner, using catalysts which can be recycled and less solvent and reagents.

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How can we fight the increasing levels of pollution plaguing our cities? A surprising solution could come from luminous textiles. Indeed, a group of researchers has just combined fiber optics with a powerful photocatalyst in a device that cleans both air and water.

Some plants could clean up the dirty soils and the wastewaters. Alain Manceau, a CNRS biomineralogist explains in this film what is the principle of phytoremediation and talks about its collaboration the Phytorestore company.

To face the last of the fossil fuels stocks, Franck Dumeignil, a chemist, coordinates the Eurobioref project. It gathers research centers and manufacturers from fourteen countries. Its concept is based on the principle of an integrated and flexible biorefinery, which allows to link the preoccupations of agriculture and chemical industry.

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Plants and bacteria combined with sunlight have the ability to breakdown or absorb various molecules from our waste water. If nature knows how to effectively purify water, we can use this as inspiration to create purification facilities which themselves become natural areas of beauty!

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To grow, plants need nutrients that they draw from soil, especially nitrogen. Pulse crops (the UN declared 2016 the International Year of Pulses (IYP)) have developed a cunning strategy: they partner up with bacteria able to metabolize nitrogen directly from the atmosphere. Researchers are very interested in this phenomenon, and hope to apply it to develop therapeutic applications or use atmospheric nitrogen in agriculture.

Breton pig production represents 56% of French national production. One of the consequences of this intensive livestock farming on a restricted territory is the excessive production of fertilizer products which causes environmental pollution, unbalances ecosystems and pollutes groundwater. The ecological pig farm located in Guernevez has set up, thanks to the work of researchers from the CNRS, INRA and the Chamber of Agriculture of Brittany, a system for recycling pig droppings by reproducing…

Effluents from industrial pig farms cause an environmental challenge. While being good fertilizers, they pollute rivers and groundwater when overused on arable land. The ecological piggery of the Guernévez experimental station in Brittany, developed by researchers from the CNRS, the INRA and the chambers of agriculture of Brittany, has two particularities: it is equipped with a flushing system and it recycles the mixture of water and slurry which is daily evacuated from the building. This…

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Microalgae can produce food, fuel and capture carbon dioxide in the process. These tiny organisms seem to meet many of humanity's development challenges. Yet scaling up the technology from a lab environment to industrial capacity is no easy task. The AlgoSolis research platform, inaugurated this year on the West coast of France, will provide scientists the tools they need to develop and test the next generation of technologies for a mass production of microalgae.

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 …

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.

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…

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 19e 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…

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…

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…

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…

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…

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.

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.

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…

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.

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.

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).

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.

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.

CNRS Images,

Our work is guided by the way scientists question the world around them and we translate their research into images to help people to understand the world better and to awaken their curiosity and wonderment.