Séance Science: Tout ce que la chimie a déjà fait pour toi et que tu ne savais peut être pas.

Journal nº2 - 02/11/2020

Beaucoup parmi nous pense que la chimie n'est qu’un concept étrange appartenant au monde universitaire et aux manuels scolaires; la trouvant à la fois peu pertinente dans nos vies quotidiennes. Mais en réalité, vous auriez du mal à trouver un aspect de notre routine qui n’est pas directement touché par les recherches chimiques.

La chimie est une science expérimentale qui étudie les propriétés de la matière et ses transformations. Elle est au cœur de notre existence et mène nos enquêtes sur le corps humain, la Terre, la nourriture, les matériaux, l’énergie... Ce sont les applications industrielles de la chimie qui affectent directement notre vie quotidienne, c’est-à-dire ce que nous mangeons, ce que nous portons, nos transports, la technologie que nous utilisons, comment nous traitons les maladies et comment nous obtenons l’électricité (pour en citer à peine quelques exemples).

L’industrie chimique, grâce à la recherche en chimie, soutient une grande partie de notre progrès économique et fournit de la richesse pour la société. En 2018, l’industrie chimique française employait 166 650 personnes. La recherche approfondit constamment notre compréhension de la chimie et conduit à de nouvelles découvertes. Mais ceci dit, avant de regarder vers le futur, allons voir ce que la chimie a déjà fait pour nous.

UNE COURTE INTERVIEW AVEC DES PROFESSIONNELS DE LA CHIMIE :

Pour l’occasion, j’ai eu l’opportunité de poser une question à ces deux différents professionnels, afin qu’on puisse mieux rentrer dans le sujet. Il a été difficile de penser à une seule question, mais à la fin, j’ai fini par proposer la suivante : Selon vous, quel a été le plus grand impact fait par la chimie dans les derniers 100 ans ?

Andressa Martire, chimiste qui actuellement fait son master à University of South Australia:

"Tout d'abord, une chose qui est impossible d'omettre est sans doute la partie de la médecine, avec la découverte de la pénicilline et des éléments radioactifs qui ont conduit à la création du rayon X et l'énergie nucléaire. Ensuite, il y a la découverte de la procédure de Barber Bosch pour produire l’ammoniac et qui est crucial pour l’utilisation des engrais en agriculture. Enfin, je dirai que la chimie verte et son développement est d’une très grande importance. Je dis cela car la "green chemistry" est un principe qui envisage l’application des principes du développement durable au monde de la chimie. Elle forge l’équilibre économique, social et environnemental du milieu dans lequel elle s’exerce. »

Anthony Thébault et Aline Soulhat, professeurs de physique-chimie:

"En chimie classique, une découverte importante est la stéréoisomérie des molécules (plusieurs prix Nobel depuis le 20ème siècle). Par exemple, il y a eu un scandale public au sujet d’un médicament qui s’appelle le Thalidomide : on a découvert qu’un stéréo-isomère de la molécule du principe actif donnait des malformations au fœtus tandis que l’autre stéréo-isomère de la molécule permettait de soulager les nausées des femmes enceintes. En chimie organique, il y a les avancées sur les polymères (synthèses) et les fullerènes (prix Nobel en 1996)."

1. Technologie

Téléviseurs, portables, ordinateurs, tablettes… ils sont désormais présents dans la vie quotidienne de tous. Alors sachez que les écrans de ces appareils utilisent des molécules appelées cristaux liquides pour contrôler la lumière et les images: le LCD (écran à cristaux liquides).

Un cristal liquide n'est ni un solide cristallin, ni un liquide, mais présente des caractéristiques intermédiaires. La molécule est de forme allongée, comme un cigare, qui aurait quelques nm de longueur et quelques dixièmes de nm de diamètre. ils ont en particulier la propriété de s’orienter en présence d’un champ électrique et de dévier la lumière dans une direction choisie.

2. Nourriture et agriculture

Une technologie complexe entre dans la production alimentaire moderne. En passant par la science du sol à l'analyse nutritionnelle, des tests de sécurité à l'emballage et à la conservation des aliments, les processus chimiques impliqués sont extensifs et souvent peu pris en compte. Mais lorsqu’on aborde le sujet de l’agriculture en chimie, on ne peut pas négliger l’ammoniac. (NH3)

Considéré par de nombreux chimistes comme l’une des plus importantes réactions industrielles chimiques jamais développée. Il s’agit d’une innovation intégrale pour la production alimentaire, principalement en raison de son utilisation dans la production d'engrais. L'augmentation de la productivité des systèmes alimentaires est devenue nécessaire avec l'augmentation de la population, du changement climatique et des pénuries d'eau.

Sans le procédé Haber-Bosch, notre production agricole actuelle ne serait pas durable. Il a été développé pour la première fois en 1909 et permet la production efficace et à grande échelle d'ammoniac (NH3) en faisant réagir l'azote atmosphérique (N2) avec de l'hydrogène (H2) à haute température et pression. Cela a mené à une voie d'accès facile à la production d'engrais, et a permis de quadrupler la productivité agricole. Aujourd'hui, environ 40 à 60% des rendements agricoles mondiaux dépendent des engrais artificiels.

Les populations humaines du monde entier dépendent de la chimie pour maintenir un approvisionnement en eau propre et salubre. Sans ce développement en ingénierie chimique, des pays comme l'Arabie saoudite, le Koweït, les Émirats arabes unis, Bahreïn et la Libye n'auraient probablement pas assez d'eau utilisable pour soutenir leurs populations actuelles.

3. Les métaux

Le phénomène du feu a été l'une des premières merveilles que l'humanité a cherché à comprendre et son utilisation a conduit à l'étude et à la manipulation des métaux. Cela remonte à 5000 avant JC, lorsque le cuivre a été découvert pour la première fois et a remplacé la pierre comme matériau de fabrication d'outils.

L'âge du bronze naît quand on découvre que le cuivre pouvait être combiné avec de l'étain (élément chimique) pour produire un métal plus dur, le bronze. C'était le premier alliage jamais fabriqué et il en résulta des armes et des outils plus puissants. Le commerce de ces outils a facilité le partage de la technologie et des connaissances entre les premières civilisations.

L'âge du fer, vers 1200 avant JC, le fer a prédominé comme le principal métal de choix pour les outils de coupe et les armes. Le fer a été plus lent à évoluer en tant que matériau car il avait besoin de températures plus élevées pour travailler le métal.

4. Matériaux et fabrications

C’est depuis Lavoisier au 18ème siècle, qui le premier réalisa la décomposition de l’eau, que l’on considérait jusque l

à comme une entité indissociable, que la chimie s’établit comme une science moderne, rigoureuse, laissant derrière elle l’alchimie, oculte et mystique. Des éléments autres que les métaux naturels étaient en cours d’identification et leurs propriétés étudiées, bien qu’ils ne soient pas encore entièrement compris. Les gens n'avaient pas encore une grande compréhension de la science sous-jacente qui déterminait les propriétés des matériaux. C’est avec ces découvertes que le pôle industriel et scientifique changea :

1867 : la découverte d’Alfred Nobel de la dynamite et d'explosifs plus raffinés a conduit plus tard à une expansion rapide de l'exploitation minière comme moyen d'extraire des minerais et des minéraux.

1856 : Une découverte accidentelle faite par William Perkin, un jeune de 18 ans qui essayait en fait de fabriquer de la quinine artificielle, mène à la synthèse du premier colorant artificiel. C’était une couleur violette, qui plus tard est appelée mauvéine. Les pigments bleus et violets étaient historiquement incroyablement rares et la mauvéine était très demandée. Son développement a conduit à des recherches plus poussées sur la chimie organique et la production de colorants et pigments associés. Certaines des plus grandes entreprises de chimie organique du monde ont été fondées à cette époque en raison de la demande de production de colorants.

Plus récemment, Harold Kroto, Richard Smalley, James Heath, Sean O'Brien et Robert Curl de l'Université Rice ont fait une nouvelle découverte concernant quelque chose que nous pensions bien comprendre: ils ont découvert une nouvelle forme de carbone. Ils reçoivent le prix Nobel de chimie en 1996 pour avoir découvert les fullerènes, un tout nouvel arrangement d'atomes de carbone, formant des structures en forme de cage en forme de boule. Ceux-ci ont été utiles dans la conception de matériaux et pourraient avoir un certain nombre d'applications biomédicales.

Ce domaine de recherche a également conduit au développement de nanotubes de carbone. Les nanotubes de carbone sont utilisés pour créer des matériaux ultrarésistants et légers, pour une utilisation dans les avions par exemple.

5. Énergie

L'électricité a durant longtemps été une curiosité intellectuelle et les phénomènes ont été mieux compris grâce aux expériences des chimistes et des physiciens.

La production traditionnelle d'énergie, via la combustion et la thermodynamique des combustibles fossiles, a conduit à la révolution industrielle. Ce boom de l'industrie du milieu des années 1700 aux années 1800 a été une ère de croissance, avec des ingénieurs chimistes qui se sont manifestés pour développer et industrialiser les processus de fabrication. C'est à cette époque que de nombreuses utilisations pratiques de la chimie sur lesquelles nous nous appuyons aujourd'hui ont été développées.

Les batteries dont dépendent nos appareils sont soutenues par une réaction chimique qui produit de l'électricité (réaction d’oxydoréduction). La première batterie électrique a été créée par Alessandro Volta,au début du 19ème siècle, qui a prouvé que des particules chargées (on ne connaissait pas encore les électrons à cette époque, ils ont été découverts par Thomson à la fin du 19ème siècle) circulait à travers des fils attachés à différents métaux et que les types de métaux utilisés affectaient la tension. D’ailleurs, le terme «volt» en tant que mesure du potentiel électrique est nommé en son honneur. Bien que les batteries actuelles soient beaucoup plus sophistiquées qu’à l’époque de Volta, il y a l’intérêt de pousser plus loin cette technologie chimique vitale, de sorte que l’énergie durable produite par les cellules solaires ou l’énergie éolienne puisse être stockée.

6. Santé

Les soins de santé modernes sont fondés sur de nombreuses percées vitales que le domaine de la chimie a apportées. La chimie analytique et la science médico-légale sont essentielles pour identifier les poisons ou les toxines dans les aliments, les plantes et les animaux, et pour localiser et identifier les substances et produits chimiques inconnus.

Les pratiques médicales ont également radicalement changé à fur et à mesure que la chimie progressait. La découverte des analgésiques et des anesthésiques a ouvert un tout nouveau champ d'opportunités pour les médecins. Une chirurgie avancée (plutôt qu'une amputation) est devenue possible. Ici, la chimie a été d'une grande aide avec les premiers antiseptiques. En 1867, Joseph Lister a introduit l'acide carbonique comme antiseptique pour nettoyer les plaies chirurgicales. Les taux de mortalité dans son opération ont chuté de 45,7% à 15%.

Toujours sur ce front, Alexander Fleming a découvert en 1928 le premier antibiotique, la pénicilline. Cette découverte a inauguré une toute nouvelle ère dans la lutte contre les maladies provoquées par les bactéries. En raison de la prévalence toujours croissante de la résistance aux antimicrobiens, des travaux supplémentaires dans ce domaine de la chimie sont plus importants que jamais.

Bien évidemment, il est difficile d’aborder tous les aspects de la chimie, tant ce domaine est vaste, mais nous espérons vous avoir donné quelques bases sur son impact dans notre quotidien. Enfin, il ne faut surtout pas oublier que la chimie nous aidera à résoudre de nombreux problèmes futurs, notamment la production d’énergie, de la nourriture durable, la gestion de notre environnement, l’approvisionnement en eau potable et la promotion de la santé humaine et environnementale.

Maria Clara Fontes, 2nde2