Lernzettel: Chimie verte et développement durable

📋 Plan du Cours

1. Développement durable et ODD
2. Limites de la croissance et planétaires
3. Pollution de l’air, de l’eau et des sols
4. Économie du Donut et fondements sociaux
5. Principes de la chimie verte
6. Évaluation et métriques vertes
7. Substitution des solvants et techniques de labo
8. Exemples de synthèses vertes
9. Application à CPE et circularité

📖 1. Développement durable et ODD

🔑 Notions clés & Définitions

• ODD : Les Objectifs de développement durable sont des objectifs mondiaux adoptés par les Nations Unies pour orienter l’action publique et privée vers un monde plus soutenable.
• Agenda 2030 : L’Agenda 2030 est le cadre onusien dans lequel s’inscrivent les ODD adoptés en 2015.
• Eau propre et assainissement : Cet ODD vise notamment la réduction de la consommation d’eau et le traitement des eaux usées via des procédés adaptés.
• Consommation et production responsables : Cet ODD cible la baisse des déchets et l’usage de matières premières renouvelables, avec aussi des analyses comme le cycle de vie.

📝 Points essentiels

• Les ODD ont été adoptés par les Nations Unies en 2015 dans le cadre de l’Agenda 2030 pour éradiquer la pauvreté, protéger la planète et garantir la prospérité pour tous.
• Les exemples liés à la chimie et procédés citent eau propre et assainissement, procédés de dépollution et utilisation de solvant vert.
• Les exemples liés à l’énergie citent réduction d’émissions, biocarburants et capture/stockage du CO2.
• Les exemples liés aux matériaux et procédés citent recyclabilité, polymères biosourcés et analyse de cycle de vie.

💡 Astuce mémo

ODD = 2015 : Planète + Prospérité + Paix (Agenda 2030).

📖 2. Limites de la croissance et planétaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Rapport Meadows : Le rapport Meadows est un travail associé au Club de Rome qui formule l’idée que la croissance matérielle incontrôlée rencontre des limites.
• Neuf limites planétaires : Les neuf limites planétaires sont des domaines environnementaux quantifiés qui mesurent le risque de dépassement de seuils affectant la stabilité du système Terre.
• Stockholm Resilience Centre : Le Stockholm Resilience Centre est l’institution liée à l’approche des limites planétaires, associée à Johan Rockström.

📝 Points essentiels

• Le texte présente neuf limites planétaires listées dans le sens antihoraire en partant du haut : changement climatique, érosion de la biodiversité, modifications des usages des sols, utilisation d’eau douce, cycles biogéochimiques de l’azote et du phosphore, acidification des océans, aérosols atmosphériques, diminution de la couche…
• Le changement climatique et la pollution chimique figurent parmi les neuf domaines de limites planétaires.
• Johan Rockström est mentionné comme lié au Stockholm Resilience Centre.
• Le document mentionne l’idée de dépassement des limites planétaires en 2025.

💡 Astuce mémo

9 limites = 9 mots-clés : climat, biodiversité, sols, eau douce, N&P, océans (acidif.), aérosols, ozone, pollution chimique.

📖 3. Pollution de l’air, de l’eau et des sols

🔑 Notions clés & Définitions

• Pollution de l’air extérieur : La pollution de l’air extérieur correspond aux émissions et contaminants présents dans l’air ambiant et dont les effets peuvent toucher la santé.
• Qualité de l’air : La qualité de l’air décrit l’état de l’atmosphère et les effets associés à des sources de pollution sur la santé.
• Pollution de l’eau du robinet : La pollution de l’eau du robinet regroupe les contaminants pouvant se retrouver dans l’eau distribuée et les enjeux associés.
• Pollution des milieux naturels : La pollution des milieux naturels désigne la contamination d’écosystèmes, menaçant à la fois l’environnement et la santé.

📝 Points essentiels

• Le document distingue des entrées pour pollution de l’air et pour pollution de l’eau et des sols, avec des sources et impacts.
• La qualité de l’air relie sources de pollution et effets sur la santé via des ressources institutionnelles.
• Les principaux polluants sont présentés comme des éléments à connaître pour comprendre pollution de l’eau et des sols.
• Des exemples pédagogiques et des références sur pollution des milieux naturels sont indiqués comme menace pour l’environnement et la santé.

💡 Astuce mémo

Air : extérieur et santé ; Eau/Sols : contaminants et milieux naturels.

📖 4. Économie du Donut et fondements sociaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Économie du Donut : L’économie du Donut est un modèle qui combine des limites environnementales avec des repères sociaux pour guider le développement.
• Fondements sociaux : Les fondements sociaux regroupent des besoins humains essentiels organisés en domaines concrets à garantir pour éviter l’exclusion et les inégalités.
• Kate Raworth : Kate Raworth est associée au modèle de l’économie du Donut et à son développement théorique.

📝 Points essentiels

• Le texte relie les fondements sociaux aux objectifs de développement durable des Nations unies.
• Les fondements sociaux listés incluent alimentation et sécurité alimentaire, santé et soins, éducation et personnes illettrées, salaire et travail, paix et justice, opinion politique, égalité sociale et égalité des sexes, logement, connectivité (transports publics et internet), énergie, eau (accès à l’eau potable et besoins sanitaires).

💡 Astuce mémo

Donut social : A-S-E-P-J-O-É-L-C-Eau (A: alimentation ; E: éducation ; L: logement ; C: connectivité ; Eau : eau potable).

📖 5. Principes de la chimie verte

🔑 Notions clés & Définitions

• 12 principes de la chimie verte : Les 12 principes de la chimie verte sont une liste de règles de conception visant à réduire danger, déchets, énergie et impacts des procédés chimiques.
• Évaluation qualitative : L’évaluation qualitative compare des options de procédé sur des critères de danger, de renouvelabilité, d’efficacité énergétique, de catalyse, de solvants sûrs et de prévention des accidents.
• Évaluation quantitative : L’évaluation quantitative mesure des impacts chiffrés comme la masse/volume total de déchets et des indicateurs EH&S liés aux risques sanitaires et physiques.
• BPL : BPL signifie bonne pratique consistant à considérer que tout finit en déchets par défaut pour comparer deux méthodes sur une base commune.

📝 Points essentiels

• L’évaluation qualitative couvre moins dangereux, renouvelable, efficacité énergétique, catalyse, solvants plus sûrs et prévention des accidents.
• L’évaluation quantitative inclut le volume total de déchets et des éléments EH&S : risques physiques (inflammabilité, réactivité, corrosivité), santé humaine aiguë/chronique et indicateurs PBT/aquatique.
• La bonne pratique BPL recommande de supposer par défaut que tout finit en déchets pour comparer, puis d’ajuster si neutralisation ou valorisation est réellement réalisée.

💡 Astuce mémo

Qualitatif = danger/énergie/solvant/accidents ; Quantitatif = déchets + EH&S ; BPL = tout devient déchet (puis ajuster).

📖 6. Évaluation et métriques vertes

🔑 Notions clés & Définitions

• E-factor : L’E-factor est une métrique de chimie verte qui quantifie la quantité de déchets générés par rapport à la quantité de produit.
• PMI : Le Process Mass Intensity (PMI) est une métrique qui relie la masse totale de matière utilisée à la masse de produit.
• ACS Green Chemistry : ACS Green Chemistry désigne les outils et références de la chimie verte portés par l’American Chemical Society, utilisés pour des métriques et calculs.

📝 Points essentiels

• L’E-factor est attribué à R.A. Sheldon dans la référence citée Green Chemistry 9 (12): 127 avec le DOI 10.1039/B713736M.
• Le texte cite aussi des métriques associées à Special issue et mentionne Metrics for Green Chemistry 2022.
• Le PMI est présenté comme une métrique calculable via l’outil ACSGCIPR cité dans le document.
• Les métriques E-factor et PMI sont indiquées comme dépendantes du procédé, notamment des solvants et des déchets recyclés.
• Le document évoque un calculateur pour le PMI (AGCSGCIPR) et des “outils de décision” comme Solvent Tool.

💡 Astuce mémo

E-factor = “déchets” ; PMI = “matière totale par produit”.

📖 7. Substitution des solvants et techniques de labo

🔑 Notions clés & Définitions

• Guides de substitution de solvants : Les guides de substitution de solvants rassemblent des recommandations pratiques pour remplacer un solvant par un autre mieux adapté en sécurité et en environnement.
• Solvent Tool : Solvent Tool (ACS GCI) est un outil de décision cité pour aider à comparer des solvants dans une logique de chimie verte.
• distillation : La distillation est une technique de laboratoire utilisée pour récupérer et recycler des solvants, réduisant les rejets et l’usage de solvants neufs.
• chromatographie : La chromatographie est une technique de séparation qui peut être rendue plus “verte” en choisissant des solvants moins dangereux.

📝 Points essentiels

• Les exemples de substitution citent Pentane/hexanes → heptane avec un profil sécurité/environnement meilleur.
• Les exemples de substitution citent diethyl ether → 2-MeTHF ou CPME, et DCM en chromato → EtOAc/EtOH ou heptane ou i-PrOH/heptane selon polarité.
• Distillation : l’idée est de récupérer/recycler des solvants (ex. acétone) et de préférer des mélanges EtOH/H2O.
• Chromatographie : éviter DCM et tester EtOAc/EtOH/heptane en fonction de la polarité.
• Extraction : un exemple pédagogique cité est huile d’avocat → savon pour illustrer une approche pratique de minimisation des risques.

💡 Astuce mémo

Remplacer = comparer sécurité/solvant ; Techniques vertes = récupérer (distiller) et choisir (chromato).

📖 8. Exemples de synthèses vertes

🔑 Notions clés & Définitions

• Réaction de Grignard : La réaction de Grignard est une synthèse organique classique typiquement réalisée en conditions anhydres nécessitant des solvants comme le THF et des solvants éthérés.
• Barbier aqueux : Le Barbier aqueux est une variante “verte” mentionnée comme alternative basée sur l’usage de l’eau et du zinc pour limiter les solvants organiques.
• Biodiesel via transestérification : La transestérification du biodiesel décrit une conversion d’huiles (ici huile usagée) en carburant via un procédé d’estérification/transestérification.
• Montmorillonite KSF : Montmorillonite KSF est une argile catalyseuse réutilisable citée comme alternative verte pour la déshydratation d’alcool.

📝 Points essentiels

• Pour la réaction de Grignard, l’alternative citée est Barbier aqueux (Zn) avec moins de solvants organiques et un procédé plus sûr.
• L’exemple Grignard “classique” mentionne une étape en verrerie sèche/anhydre et une sensibilité à l’humidité.
• Biodiesel : l’exemple “classique” mentionne Fischer avec H2SO4 concentré et souvent MeOH, alors que l’alternative est une transestérification en 1-propanol valorisant une huile usagée.
• Déshydratation d’alcool : la voie classique cite H2SO4/H3PO4 concentrés et l’alternative verte cite l’argile Montmorillonite KSF réutilisable et un solvant plus sûr (PEG).
• Oxydation d’alcool sans chrome : la voie classique cite PCC/Cr(VI), tandis que l’alternative cite Na2MoO4 + H2O2 (catalyse) et une réduction de la toxicité et des solvants.

💡 Astuce mémo

Grignard classique = anhydre + THF/éther ; Alternatif = eau + Zn ; Biodiesel = valoriser déchet ; Argile KSF = catalyse réutilisable.

📖 9. Application à CPE et circularité

🔑 Notions clés & Définitions

• 4R de l’économie circulaire : Les 4R proposent de concevoir pour réinventer, réduire, rallonger et recycler afin de soutenir une industrie circulaire robuste.
• Pérennité Programmée : La “Pérennité Programmée” est citée comme une approche de circularité visant la robustesse industrielle via l’application des 4R.
• CPE : CPE est mentionné comme un contexte d’application à la chaire et aux principes (chimie verte) avec une idée d’hybridité dans la complexité.

📝 Points essentiels

• Le document propose d’appliquer les 12 principes de la chimie verte à CPE via des discussions autour de l’efficacité et des métriques (E-factor, PMI) liées au procédé et aux solvants.
• Le texte relie circularité et “Pérennité Programmée” à l’économie circulaire via les 4R : Réinventer, Réduire, Rallonger, Recycler.
• Les éléments cités autour de la Sonogashira coupling indiquent que l’atom efficiency dépend de la voie réactionnelle et que l’E-factor/PMI dépendent notamment des déchets de solvants et du recyclage.
• L’exemple de purification “procédure (metrics)” est mentionné comme partie du raisonnement d’application des principes et des métriques au procédé.

💡 Astuce mémo

Circularité = 4R pour la robustesse : Réinventer Réduire Rallonger Recycler.

📅 Repères chronologiques

Date	Événement
2015	Adoption des ODD dans le cadre de l’Agenda 2030
1998	Article mentionné sur Barbier aqueux pour une “Grignard-like Organic Reaction in Water”
2004	Référence citée pour “Solventless Reactions: The Aldol Reaction” dans Green Organic Chemistry
2011	Article citant une expérience de biodiesel à partir d’huile usagée (J. Chem. Educ. 2011)
2018	Accès mentionné pour un PDF sur Montmorillonite-alkene (Accessed January 2018)
2022	Référence mentionnant Metrics for Green Chemistry 2022
2025	Évocation d’un “dépassement” des limites planétaires en 2025

📊 Tableaux de synthèse

Grignard classique vs Barbier aqueux

Aspects	Classique	Alternative
Solvant/conditions	Verrerie sèche/anhydre et sensibilité à l’humidité	Procédé en eau avec Zn (moins de solvants organiques)
Sécurité globale	Solvants éthérés et configuration anhydre	Procédé plus sûr

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre évaluation qualitative et quantitative : la première porte sur danger/solvants/énergie, la seconde sur déchets et indicateurs EH&S chiffrés.
2. Oublier que la BPL suppose par défaut tout en déchets pour comparer, puis demande un ajustement si neutralisation ou valorisation change le bilan.
3. Croire que chaque substitution de solvant remplace automatiquement tous les risques : le document insiste sur des comparaisons sécurité/environnement et parfois la polarité pour la chromatographie.
4. Mélanger E-factor et PMI : l’E-factor cible les déchets tandis que le PMI rapporte la matière totale utilisée au produit.
5. Penser que “sans chrome” signifie “sans oxydant” : l’exemple alternatif cite bien Na2MoO4 + H2O2 (catalyse).
6. Confondre les catalyseurs : Montmorillonite KSF est l’argile réutilisable citée pour la déshydratation, pas l’acide concentré des conditions classiques.
7. Croire que les 9 limites planétaires se réduisent à une seule dimension (climat) : elles incluent aussi sols, eau douce, cycles N&P, ozone, aérosols et pollution chimique.

✅ Checklist Examen

1. Citer et caractériser les ODD et leur ancrage dans l’Agenda 2030 adopté en 2015.
2. Donner la logique générale des limites de la croissance et connaître la liste des neuf limites planétaires.
3. Expliquer ce que recouvrent “pollution de l’air extérieur” et “qualité de l’air” en termes de sources et effets santé.
4. Relier pollution de l’eau et des sols à l’idée de contaminants et d’impacts environnement/santé.
5. Définir l’économie du Donut et rappeler l’ensemble des domaines listés dans les fondements sociaux.
6. Connaître les familles de critères d’évaluation : qualitative (danger/solvant/catalyse/énergie/accidents) et quantitative (déchets + EH&S).
7. Appliquer la règle BPL pour comparer deux méthodes sur une base commune en considérant par défaut que tout finit en déchets.
8. Savoir citer des exemples précis de substitution de solvants (heptane, 2-MeTHF/CPME, EtOAc/EtOH/heptane/i-PrOH selon cas) et l’idée de polarité en chromatographie.
9. Maîtriser les techniques labo vertes citées : distillation pour récupérer recycler, chromatographie sans DCM, extraction illustrée par huile d’avocat → savon.
10. Reconnaître les exemples de synthèses : Barbier aqueux (Zn), biodiesel via transestérification de l’huile usagée, déshydratation avec Montmorillonite KSF, oxydation sans chrome (Na2MoO4 + H2O2).
11. Savoir définir et distinguer E-factor et PMI, et citer au moins une origine de référence et une dépendance au procédé/solvants.
12. Rattacher l’application à CPE et la circularité aux 12 principes et aux 4R (Réinventer, Réduire, Rallonger, Recycler).