Conférence de M. SILLION le Mercredi 11 Mars 2009 à la Maison de la Chimie Rhône-Alpes

A l’occasion de la cérémonie de remise des prix aux lauréats du concours régional des XXV ièmes Olympiades de la chimie, M. Bernard SILLION, directeur de rédaction au CNRS de la revue « CHIMIE ET SOCIETE », est venu présenter une conférence sur le thème des « BIOCARBURANTS ».

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En introduction, M. SILLION s’est attaché à définir la CHIMIE comme ce qui sert à décrire la matière, inerte et vivante. Pour lui, la chimie est à la biologie ce que le solfège est à la musique.

  • Quelles sont alors les missions de la chimie ?

Elles résident principalement en une compréhension de la matière et en une transformation de celle-ci ; cependant, de nos jours, de nouveaux objectifs associés à des besoins nouveaux conduisent la chimie à évoluer.

Cette évolution aurait pour origine la raréfaction des matières premières ainsi que le réchauffement climatique, mais M. SILLION tient à rappeler à propos de ce dernier, qu’il y a déjà eu des réchauffements climatiques à raison de cycles d’environ 140 000 ans, dont l’origine est la décroissance, de manière périodique, de la distance Terre – Soleil entraînant le réchauffement de la surface de notre planète. Cependant, la cause principale du réchauffement reste l’activité humaine et notamment les rejets de plus en plus importants depuis le siècle dernier de gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone, CO2. Il existe des moyens naturels d’éviter ces rejets, comme la photosynthèse des végétaux qui utilise le CO2 et l’eau en présence de lumière pour former du glucose et du dioxygène. La biomasse, (organismes végétaux et animaux vivants), se régénère en consommant le CO2, par photosynthèse, à raison de 45% de carbone par an. D’autre part, cette biomasse est une importante source d’énergie

On compte parmi les principaux responsables de l’augmentation du taux de CO2 les raffineries de pétrole utilisant des combustibles fossiles à l’origine de ces émissions. La consommation d’énergie de ces raffineries est d’environ 11000 kWh ce qui est relativement considérable. Elles consomment par an environ 3,5 milliards de tonnes de pétrole. On considère actuellement que les réserves de pétrole sont de 160 milliards de tonnes ce qui nous permettrait de tenir encore 40 à 50 ans en ne modifiant pas nos modes de consommation.

De ce fait, on constate un véritable enjeu en ce qui concerne la raréfaction des matières premières. Il faut tenir compte cependant du renouvellement des ressources en pétrole qui s’effectue naturellement.

Par ailleurs, toutes les ressources ne sont pas épuisées lorsqu’il s’agit du carbone : il reste du charbon (laissé à l’abandon par suite de reconversion au siècle dernier d’une industrie minière en une industrie axée vers le pétrole essentiellement), du gaz naturel (méthane CH4) et des hydrates de méthane (stables dans certaines conditions de température et de pression, on ne sait pas actuellement comment les exploiter, emprisonnés dans un dodécaèdre de glace et situés entre 600 et 1000 mètres de profondeur)

Les ressources ne manquent pas, certes, mais restent peu exploitées par manque d’intérêt et d’approfondissement des techniques qui permettraient de le faire.

  • Quelles démarches doit – on entreprendre ?

Il faut développer une chimie plus durable, accroître et diversifier l’utilisation des matières premières et développer les biocarburants. Le terme de « chimie durable » désigne une chimie qui se doit de répondre à nos besoins. En 1990, par exemple, aux Etats-Unis, le programme EPA a lancé un mouvement de chimie verte qui avait pour objectif de développer les technologies chimiques pour éviter les dangers.

Dans cette avancée, l’influence de certaines organisations, telles que l’ONU, est majeure et, plus récemment, il faut citer le programme REACH : programme à dimension européenne dont les objectifs sont d’enregistrer les produits et d’évaluer les risques qu’ils représentent sur la vie humaine et sur l’environnement ; c’est ainsi que sont répertoriées plus de 30 000 espèces chimiques, et qu’au 1er juin 2007, au niveau européen, un règlement a été rédigé, précisant sept objectifs, dont la protection de la santé humaine et la diminution des expériences sur les animaux. En bref ce programme représente une voie nouvelle pour le développement futur de l’industrie chimique et de l’innovation.

  • Où en est l’avancée des démarches pour une chimie durable ?

On compte désormais « les douze commandements de la chimie verte », parmi eux on trouve :

– une volonté de réduire les déchets en en produisant un minimum. Il s’agirait de procéder à des réactions chimiques permettant de mettre en jeu des réactifs ayant pour produit une seule espèce chimique (soit : A+B→AB et non pas A+B→AB + C) ;

– limiter les dépenses énergétiques ;

– rechercher des matières premières renouvelables ;

– rechercher des réactions catalytiques ;

– rechercher davantage de produits de synthèse biodégradables (qui ne persistent pas dans la nature) ;

– travailler en continu pour éviter les stockages.

Les résultats attendus sont principalement :

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L’enjeu ici serait d’utiliser pour une même chimie d’autres sources que le pétrole, on pense :

– aux gaz de synthèse produits à partir d’une oxydation partielle du méthane. D’autre part, les Chinois travaillent efficacement à la valorisation du charbon dont ils font le monopole de l’industrie, ils réfléchissent à sa liquéfaction.

– à réduire CO2 par C selon l’équation : CO2 +C → 2 CO.

– à réintroduire le CO2 dans la chimie par d’autres techniques comme celle de la synthèse du méthanol CH3OH mais pour ce faire il faut des réactions exothermiques (libération d’énergie) ; or certaines sont endothermiques (absorption d’énergie, par exemple : CO2 + CH4 → 2 CO + 2 H2).

Toutes ces réactions ont été mises à l’écart après l’arrivée du pétrole mais sont sur le point d’être remises au goût du jour.

M.SILLION a aussi évoqué:

– Le gaz dihydrogène H2, il est obtenu à 96% à partir de la matière fossile et à 4% par électrolyse de l’eau ; le problème est alors l’importance du coût de l’électricité consommée.

– Les agro-ressources : la question alors est de savoir comment les utiliser. Par exemple, lorsqu’il s’agit de tensioactifs (molécules qui s’organisent à l’interface de deux autres et favorise l’émulsion ; exemple de la moutarde dans une sauce vinaigrette, du jaune d’œuf dans une sauce hollandaise, du savon dans l’eau…), leur intérêt est d’abaisser la tension interfaciale entre deux phases non miscibles.

En Inde, beaucoup de ressources renouvelables sont créées à partir de ressources naturelles.

– Les agro-polymères, tels que la cellulose (produite à raison de 6 millions de tonnes par an pour la chimie, fibres cellulosiques), l’amidon (produit à 35 millions de tonnes par an, polymère biodégradable, amorphe très utilisé pour les emballages et les films), le PLA (l’acide polylactique qui se développe fortement, obtenu par fermentation du sucre ; il n’est cependant pas entièrement naturel) : il faut progresser dans le développement de ces agro-polymères ; en effet les polymères sont présents dans les emballages, le BTP, ils représentent 13% du poids d’une auto, or actuellement, sur les 6,72 millions de tonnes de déchets produits seulement 300 000 tonnes sont renouvelées.

– Les biocarburants mythe ou réalité ?

On entend énormément parler des « biodiesels ». Le fait qu’ils soient des triesters leur donne un poids moléculaire élevé qui limite leur utilisation aux tracteurs lourds : ils seraient inadaptés à des moteurs de voitures.

La référence énergétique pour l’utilisation des carburants est le PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur ; sans compter l’eau). L’ester par exemple possède un petit PCI ce qui le rend intéressant d’un point de vue énergétique.

L’obtention du Biodiesel se fait avec un coproduit le glycérol (1,2,3 propane triol) qui sert aussi à une autre polymérisation, ce qui donne un avantage à la production du biodiesel, mais le glycérol à éliminer est fragile, il faut donc trouver des solutions.

Par ailleurs, l’éthanol est largement utilisé en tant que carburant au Brésil car il empêche les rejets de CO2 (40% des voitures là-bas utilisent l’éthanol). Cependant sa production se fait à partir de la canne à sucre dont l’étendue de la production provoque la déforestation. De plus, l’éthanol possède un fort PCI ce qui implique que pour une même puissance il est nécessaire d’utiliser une quantité beaucoup plus importante d’éthanol que d’essence. Il en découle que, si on veut utiliser l’éthanol de façon plus importante en tant que carburant, il sera nécessaire de trouver un autre moyen de le produire et une autre biomasse que le sucre.

On peut penser à la biomasse non liée à la culture traditionnelle comme les dérivés lignocellulosiques issus des plantes entières, il faudra séparer les ligneux des dérivés mais, là encore, le PCI inadapté aura pour conséquence une consommation trop importante de ces plantes.

  • La question qu’il faut se poser en conclusion : est-ce raisonnable de développer les agro-carburants ?

Leur production nécessitant 120% du territoire, nous avons la réponse. Il ne serait plus possible de nourrir les 9 milliards d’habitants de la planète prévus pour 2050.

M. SILLION a alors cité Antoine DE SAINT EXUPERY : « Pour ce qui est de l’avenir, il ne s’agit pas de le prévoir mais de le rendre possible »

30% seulement du gisement pétrolier sont utilisés, on peut tenir mieux partie des ressources fossiles en développant d’autres techniques, par exemple en injectant du CO2 fluide super critique pour dissoudre le pétrole.

Puis M. SILLION a précisé que dans le domaine des énergies, il ne faut pas rêver, en nous indiquant qu’une éolienne ne produit qu’un millième de l’énergie nucléaire, que, pour produire 100W par l’énergie solaire, il faut disposer de un mètre carré de panneaux. Il regrette que le projet de la centrale Super Phénix ait été abandonné.

Enfin, au terme de sa conférence, M. SILLION souligna: « Manger ou conduire il faut choisir ! »

Mariannik MADEC (professeur de physique et chimie en TS) et Sophie SORNET (élève de TS)

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