TS28 Une chimie verte

FICHE 1
Fiche à destination des enseignants
TS 28
Une chimie verte
|Type |Activité avec étude documentaire et utilisation de sites |
|d'activité |Internet |
| |Notions et contenus du |Compétences exigibles du programme |
| |programme de Terminale S |de Terminale S |
| |Apport de la chimie au | |
| |respect de l'environnement | |
| |Chimie durable : |Extraire et exploiter des |
| |- économie d'atomes ; |informations en lien avec : |
| |- limitation des déchets ; | |
| |- agro ressources ; |- la chimie durable, |
| |- chimie douce ; | |
| |- choix des solvants ; |- la valorisation du dioxyde de |
| |- recyclage. |carbone |
| |Valorisation du dioxyde de |pour comparer les avantages et les |
| |carbone. |inconvénients de procédés de |
| | |synthèse du point de vue du respect |
| |Représentation spatiale des |de l'environnement. |
| |molécules | |
| |Formule topologique des |Utiliser la représentation |
| |molécules organiques. |topologique des molécules |
| | |organiques. |
| |Transformation en chimie | |
| |organique |Reconnaître les groupes |
| |Aspect macroscopique : |caractéristiques dans les alcool, |
| |Modification de chaîne, |aldéhyde, cétone, acide |
| |modification de groupe |carboxylique, ester, amine, amide. |
| |caractéristique. | |
| |Compétences du préambule du cycle terminal |
| |Démarche scientifique |
| |Exercer son esprit critique |
| |Mobiliser ses connaissances |
| |Rechercher, extraire et organiser l'information utile |
| |Maîtriser les compétences langagières (français, LE) |
| | |
| |Usage des TIC |
| |Mener une recherche documentaire |
| |Recueillir des informations |
| |Compétences relatives à « Extraire et exploiter des |
| |informations » |
| |Extraire |
| |S'interroger de manière critique sur la valeur scientifique des |
| |informations et la pertinence de leur prise en compte |
| |Choisir de manière argumentée ce qui est à retenir dans des |
| |ensembles |
| |Distinguer la connaissance objective et rationnelle de l'opinion|
| | |
| |Supports d'information : Textes de vulgarisation |
| |Textes scientifiques en français |
| |Vidéos |
| |Exploiter |
| |Exploitation qualitative |
| |Communication en tant que scientifique |
|Commentaires |Cette activité illustre le thème |
|sur l'exercice|« Agir : défis du XXIème siècle » |
|proposé |et le sous-thème |
| |« Economiser les ressources et respecter l'environnement » |
| |En classe de Terminale S. |
|Conditions de |Les parties I. à V. de l'activité sont indépendantes les unes |
|mise en ?uvre |des autres. |
| |L'enseignant choisira celles qu'il veut traiter en fonction du |
| |temps dont il dispose. |
|Remarques |La partie V. avec réalisation d'une plaquette de présentation de|
| |la photocatalyse peut être effectuée à la maison. | FICHE 2 Texte à distribuer aux élèves TS 28
Une chimie verte . Document 1 : La chimie se met au vert (extrait de Défis du CEA - mai
2011) Document 2 : recycler le CO2, une nouvelle approche Convertir du dioxyde de carbone (CO2) pour obtenir une classe de molécules
à la base de la fabrication de textiles, médicaments, et colles : c'est le
défi d'une équipe de chercheurs du CEA et du CNRS, dont les travaux font
l'objet d'une publication dans la revue Angewandte Chemie. L'utilisation de
ce déchet pour produire des composés chimiques réutilisables est une
alternative prometteuse à la pétrochimie. L'approche scientifique présentée
est une démarche innovante qui satisfait les exigences de la "chimie
verte". Le CO2 est le déchet ultime de la combustion des hydrocarbures, tels que le
pétrole ou le gaz naturel, mais aussi de toute autre activité industrielle
utilisant des ressources carbonées fossiles. Ce produit, de basse énergie,
est faiblement réactif. Il s'accumule dans l'atmosphère et, en tant que gaz
à effet de serre, participe au réchauffement climatique. Réduire nos
émissions de CO2 et utiliser le CO2 existant sont donc deux défis actuels
majeurs. Une voie audacieuse pour répondre d'un coup à ce double défi est
de trouver le bon procédé capable d'apporter suffisamment d'énergie pour
fonctionnaliser la molécule de CO2 et la convertir en carburant ou en
consommable chimique, issus aujourd'hui des produits pétroliers. Une nouvelle façon de recycler le CO2
Jusqu'à présent, deux approches étaient régulièrement privilégiées pour
recycler le CO2 : la première consistait à incorporer le CO2 dans des
matériaux sans valeur énergétique (comme les plastiques à base de
polycarbonate par exemple). La deuxième approche visait, quant à elle, à
utiliser le CO2 comme vecteur énergétique, pour produire de nouveaux
carburants (l'acide formique et le méthanol). L'inconvénient de ces deux
procédés, bien distincts, est qu'ils permettent de produire un nombre très
limité de molécules et que la majorité des produits de base de l'industrie
chimique reste issue de la pétrochimie.
Aujourd'hui, grâce aux recherches menées par l'équipe du CEA/CNRS du SIS2M
(1), une approche alternative est possible. Selon un procédé chimique
original, la voie proposée vise à incorporer des molécules de CO2 dans des
matériaux, tout en lui fournissant de l'énergie. A noter que la réaction
mise au point repose sur une source d'énergie d'origine chimique. Cette
démarche, qui permet dans le principe de produire une grande diversité de
molécules, a été validée par les expériences conduites cette année dans les
laboratoires de l'unité mixte de recherche CEA/CNRS.
Ainsi, il est désormais possible de convertir du CO2 en formamides, c'est-à-
dire en molécules issues habituellement de la pétrochimie. Ces molécules
sont à la base de la production de colles, de peintures ou encore de
produits textiles. Une voie conforme aux exigences de la chimie verte
La synthèse industrielle des formamides repose généralement sur des
méthodes pétrochimiques, en plusieurs étapes, mettant en jeu un gaz toxique
(le monoxyde de carbone) utilisé à haute température et haute pression. A
contrario, la méthode de conversion du CO2 employée par les chercheurs du
CEA/CNRS [...] s'effectue en une seule étape et l'utilisation d'un
catalyseur permet à la réaction d'avoir lieu à basse température et à basse
pression. De plus, le catalyseur utilisé par l'équipe du CEA/CNRS est
purement organique, ce qui évite le recours à des matières métalliques
toxiques et coûteuses, comme l'or, le platine ou le cobalt. Enfin et grâce
à ce procédé, la réaction peut s'effectuer sans solvant et limiter ainsi le
rejet de déchets. (1) SiS2M (Service Interdisciplinaire sur les Systèmes Moléculaires et les
Matériaux)
(d'après site www.cea.fr) Document 3 : LES 12 PRINCIPES DE LA CHIMIE VERTE Paul T. Anastas et John C. Warner ont publié, à la fin des années quatre-
vingt-dix, douze principes nécessaires à l'établissement d'une chimie
durable :
1. Prévention : il vaut mieux produire moins de déchets qu'investir dans
l'assainissement ou l'élimination des déchets.
2. L'économie d'atomes (et donc d'étapes) : les synthèses doivent être
conçues dans le but de maximiser l'incorporation des matériaux
utilisés au cours du p