Chimie et société
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1. LL 2 Z D m 4 j 3 4 Lis FE k p 2 d 1 SUQUOTIDIEN Nathalie Vaeck Cours CHIM F 501 Mode d emploi Deux titulaires Fanny Kirsch Andr e De Mesmaeker akirsch ulb ac be et Nathalie Vaeck nvaeckQ ulb ac be Nous sommes dans le syst me Bologne Cours 12 heures de th orie et 12 heures d exercices Exercices expos par les tudiants sur un sujet ayant voir avec la CHIMIE Expos fait 20 minutes 19 ou 21 mais pas plus L expos niveau 1 re candi peut contenir une petite d monstration 2 3 expos s maximum par lesson Un r sum une page doit tre remis au responsable au plus vite et au moins deux semaines avant la pr sentation PRESENCE Les tudiants sont tenus de participer au moins a la moiti des cours les pr sences sont v rifi es Si un tudiant se voit dans l impossibilit d assister la moiti des cours il doit passer un examen sur la partie th orique du cours en plus de son expos Cotes Une cote sera donn e par Kirsch et Vaeck qui toutes deux assisteront aux expos s Elle refl tera 1 L appr ciation sur la pr sentation orale 2 L appr ciation sur le support crit PPT transparents ou tableau 3 L appr ciation sur le contenu chimique c d les fautes de chimie ne sont pas acceptables 4 Si le su2. Aucune n est d c d e un petit nombre seulement a gard des s quelles Parall lement la moyenne des cancers et des malformations fcetales n a pas augment de mani re significative La seule victime indirecte fut le directeur de l usine qui a t assassin par les Brigades Rouges En revanche sur le plan cologique outre les 3 300 animaux domestiques morts intoxiqu s il faut abattre pr s de 70 000 t tes de b tail Par ailleurs les sols agricoles et les maisons n cessiteront de lourds travaux de d contamination Belgique 1999 e 50 kg de PCBs dioxin like sont d vers s dans un container public de recyclage des huiles pratique interdite depuis juin 1999 e Ces huiles ont t recycl es en alimentation animale e L incident c est produit en janvier 1999 Les premiers signes d empoisonnent des volailles sont observ s en f vrier La contamination a t d tect e en mai 1999 La contamination de la cha ne alimentaire tait d j largement finle en mai 1999 Mise en place des normes de tol rances dans les diff rentes denr es alimentaires e Programme intensif d analyse de la cha ne alimentaire le plus large Jamais mis sur pied Conclusion contamination tr s limit e dans le temps qui n affecte qu une tr s petite partie de la cha ne alimentaire Une estimation montre que dans le pire des cas le taux de aurait pu tre doubl ce qui quivaux aux taux observ s dans l tre huma
3. d couvert par Fritz Haber son beau fr re il lance la production commerciale de l ammoniac combinaison d hydrog ne et d azote La production industrielle d ammoniac tant devenue indispensable pour l laboration des nitrates pour la fabrication d explosifs Bosch dirige alors la construction d une usine consacr e cette activit afin de rencontrer la tr s forte demande en nitrate d ammonium au moment ou la salp tre venant du Chili pouvait tre garantie car cette industrie tait enti rement aux mains des anglais Il a t sugg r que la premi re guerre mondiale aurait pu prendre fin 1916 par la r dition de l Allemagne faute de munition sans ce proc d de fabrication met galement au point d autres m thodes reposant sur l utilisation de hautes pressions En 1931 il obtient conjointement avec Friedrich Bergius le prix Nobel de chimie pour ses recherches sur les r actions sous haute pression 2 Pourquoi utilise t on le nitrate d ammonium comme engrais Seulement 1 de l azote terrestre est pr sent dans les sols et dans les cours d eau o il est accessible aux tre vivants et encore Les prot ines sont compos es de 20 acides amin s diff rents Dix de ces acides amin s ne peuvent pas tre fabriqu s par les humains et doivent provenir de l alimentation et donc d une mani re ou d une autre des plantes Non essentiel Glutamate Glutamine Tyrosine LES ADES AMINES N ONT RI
4. t est actuellement class e SEVESO seuil haut 1947 En avril 1947 Texas City un incendie mal g r sur un premier bateau en partie charg de nitrate d ammonium provoqua une explosion qui eut pour cons quence d tendre l incendie un second bateau charg de 960 tonnes de nitrate d ammonium et de 1 050 tonnes de soufre qui lui aussi explosa apr s remorquage au large Les deux explosions entra n rent la mort de plus de 500 personnes En juillet 1947 Brest un incendie s tait d clar sur un bateau quai charg entre autres marchandises de 3 300 tonnes de nitrate d ammonium Apr s que des remorqueurs l aient tir dans la rade de Brest l explosion eut malheureusement lieu 5 heures apr s le d but d incendie faisant 25 victimes et provoquant de gros d g ts dans la ville de Brest qui n tait pas encore remise des ravages de la guerre 1995 Attentat d Oklaoma City 19 avril par Timothy Mc Veigh 160 morts et de tr s nombreux bless s Dans l ensemble de ces accidents force est de constater que leur origine est rarement due un nitrate d ammonium qui pas t souill par des compos s L amor age de la d composition peut tre provoqu par des impuret s organiques un confinement excessif une Incendie et ou explosion G n ralement une grande partie de ces conditions sont regroup es dans le cas de la d tonation Les propri t s explosives faibles du nitrate d ammonium sont co
5. Ces compos s sont extr mement stables tr s peu r actifs chimiquement r sistants la chaleur ils sont tr s peu solubles dans l eau mais lipophiles Ils persistent ainsi longtemps dans l environnement et passent facilement dans la cha ne alimentaire Industrie m tallurgique Animaux Homme Incinerateurs gt Chaudi res et trafic routier Lait materne ns La toxicit de la 2 3 7 8 TCDD peut tre compar e celle d autres produits toxiques Substances Dose mortelle g kg pour la souris en toxiques sous cutan e Botulisme 0 00003 2 3 7 8 TCDB Aflatoxine 500 Cyanure de 10000 sodium e Doses sans effets chez l animal le plus sensible DSE selon l OMS 10 40 pg kg jour pg picogramme 10 12 gr e Absorption journali re tol rable pour l homme selon l OMS 1 4 pg kg jour Les effets cours termes chez l homme tablis Chloroacn o F minisation de la descendance Les effets longs termes chez l homme non confirm s Pas l analyse pid miologique suffisante mais chez diff rents animaux rat souris hamster singe etc e Effets canc rogenes foie thyroide poumons etc Effets sur la reproduction et le d veloppement avortement malformations st rilit etc effets sur les d fenses immunitaires Seveso 193 personnes soit 0 6 des habitants de la zone concern e ont t atteintes de chloracn essentiellement des enfants
6. caract res redox fortement antagonistes doit toujours tre consid r comme potentiellement explosif va de m me des compos s o coexistent des entit s oxydante et r ductrice degr d oxydation l azote III degr d oxydation de l azote V Le nitrate d ammonium pur est un corps explosif car il est suceptible de rentrer dans des r actions exothermiques rapides avec mission d une grande quantit de gaz chaud La d composition du nitrate a lieu pour une part selon l quation NH NO gt 1 2 NO N H O lib rant 1360 kJ kg et pour une plus faible part NHNO gt 72 N NO 2 H O lib rant 450 kJ kg 1921 Site industriel de BASF Opau en Allemagne Pour d sagr ger les stockages de l engrais azot fabriqu sur place m lange de sulfate d ammonium et de nitrate d ammonium qui pr sentait l inconv nient de prendre en masse au stockage on utilisait une cartouche de dynamite jouant le r le d amorceur C tait alors une pratique courante plus de 20 000 tirs de ce type avaient d j eu lieu sans cons quences avant l accident qui fit 500 victimes Le 29 avril 1942 eu lieu une grave explosion dans la soci t Produits Chimiques de Tessenderlo PCT qui a d truit tous les environs L explosion en plus de d g ts mat riels importants a caus la mort de 189 personnes et en a bless 900 autres La soci t a t reconstruite au m me emplacement La soci
7. EN A VOIR GRAPHQ S rine Thr onine Asparagine Glutamine S Ser _ N Asn 0 Gin 199 8 Polaires Ba MORE MORE et non charg s CH30H CHOH CH3 I CH3 Aa CH2 47 Acide glutamique Acide aspartique ine Arainine E Glu D Asp R Arg H3N C H Polaires et charg s Cyst ine Tryptophane ye Ph nylalanine sh M Met C Cys W Trp F Phe Ma HaN C H_ HaN C H E RC Non polaires CH Valine V Val Non polaires Rappel La chiralit des mol cules Chiralit Propri t que poss de tout objet de ne pas tre superposable son image dans un miroir En g n ral les mol cules chirales ne poss dent ni plan ni centre de sym trie 9 F F Attention la nomenclature R rectus et S sinister en chimie et L levogyre et D dextrogyre en biologie Les nantiom res ont la propri t de faire tourner le plan de polarisation de la lumi re polaris e lumi re lumi re polarte s e polariseur nantiom re dextrogyre Exemple carvone essence de fenouil aneth ou cumin essence de menthe verte Comment les plantes acqui rent elles leur azote ZH Azote atmosph rique 2 lt lt 7 Bact rie
8. au point d armes chimiques I orchestre la premi re attaque allemande sur Ypres Ensuite Haber poursuit ses essais ce qui lui vaudra d tre condamn pour crime contre l humanit Haber prix Nobel de Chimie en 1918 pour la synth se de l ammoniac se r fugie quelque temps en Suisse La Constante d Haber d signe toujours la dose minimale de gaz fatale l homme Il s int ressa galement aux pesticides et mit au point le Zyklon B produit qui sera employ des ann es plus tard dans les chambres gaz des camps d extermination nazis Haber tant juif les lois nazies l oblig rent prendre sa retraite apres la promulgation des lois antis mites et migrer en 1934 avait obtenu un poste Cambridge mais mourut la m me ann e lors de son passage B le Clara Immerwahr pouse Fritz Habber 1900 Comme Haber elle grandit dans la communaut juive de Breslau Pologne Elle devient la premi re femme obtenir un doctorat en chimie de l Universit de Breslau Losrqu elle pouse Haber elle est forc e par les circonstances d abandonner sa carri re scientifique En 1915 quelques jours apr s la premi re attaque allemande au gas de combat sur Ypres Clara qui r prouve ce d voiement de la science et se donne la mort avec le pistolet de service de son mari Carl Bosch 1874 1940 Il entre la Badische Anilin und Soda Fabrik BASF dont il devient directeur g n ral en 1910 partir du proc d
9. in dans les ann es 1980 ou aux taux observ s chez les consommateurs de poissons ou de fruits de mer Catastrophe de Bhopal 3 d cembre 1984 Un nuage toxique d isocyanate de m thyle H C N C 0 s chappait d une usine filiale de la multinationale am ricaine Union Carbide La catastrophe causa plusieurs milliers de morts entre 16 000 et 30 000 personnes et plus de 300 000 malades dont beaucoup handicap s vivent toujours dans des conditions d plorables http fr mondediplo com 2004 12 BAILLY 11723 L isocyanate de m thyle L usine de Bhopal produisait un insecticide carbaryl ou Sevin partir d isocyanate de m thyle OH CH3 N C 0 Or l isocyanate de m thyle r agit fortement avec l eau pour former un acide carbamique qui est tr s instable et qui se d compose spontan ment en m thylamine et en dioxyde de carbone CH N C 0 H O gt CH NH C OH 0 gt CH NH CO La pression en CO a cr une br che dans le r servoir d isocyanate de m thyle ce qui provoqua la fuite d un nuage toxique de ce gas Ur thanes connus O C N N C 0 HOCH Polymer CH OH Q CH Toluene 2 4 diisocyanate NH C OCH Polymer CH 0 C NH CH n A polyurethane Utilisations e isolation e si ges rembourrage colles roues et roulettes patin roulettes planche roulettes Caddy l ments de d coration planches de surf ou planches voile la coque de
10. jet n est pas reli DIRECTEMENT la chimie des points seront retir s 5 Si l tudiant doit pr senter un examen crit cette cote n est pas reprise dans la note finale TOUTEFOIS si elle est inf rieure 10 l tudiant ne pourra pas pr senter son expos et la cote finale la cote th orique Questions Un sujet s apparentant de la CHIMIE Qu est ce que la Chimie La chimie est la science qui tudie la composition les r actions et les propri t s de la mati re La chimie est par nature interdisciplinaire et relie les sciences naturelles elle a un r le indispensable dans le fonctionnement de notre monde et dans l existence de la vie Chimie biologique biochimie Chimie analytique Chimie des mat riaux Chimie inorganique Chimie organique Chimie physique Chimie th orique Ou encore Astrochimie Chimie atmosph rique Chimie bioinorganique Chimie bioorganique Chimie environnementale Chimie industrielle Chimie m dicinale Chimie nucl aire Chimie organom tallique Chimie des polym res Chimie des solutions Chimie supramol culaire Chimie verte G nie chimique G ochimie Nanotechnologie nanosciences P trochimie Pharmacologie Photochimie Phytochimie Wikipedia Comme on br lait les sorci res et qu on accusait les alchimistes d h r tiques les chimistes contemporains sont aujourd hui eux aussi montr s du doigt Pourtant si Prom th e e
11. log n s qui sont le plus souvent chlor s et parfois brom s CIN POLYCHLORODIBENZOFURANES POLYCHLRODIBENZO PARA DIOXINES PCDFS PCDDs 135 cong n res 75 cong n res p PCBS co planaires Cl n Cl n POLYCHLOROBIPHENYLES PCBs 209 cong n res Que c est il pass Seveso L usine produisait du 2 4 5 trichloroph nol fabrication de pesticides Cet accident se traduisit par la lib ration de 1 5 kg de 2 3 8 TCDD La r action principale de production du 2 4 5 trichloroph nol se fait selon la substitution nucl ophile 1 Ja Sini 1 2 160 HCI c NaOH CH OH c ci NER 1 Cl Cl 1 2 4 5 t trachlorobenz ne 2 4 3 trichloroph nol Cependant si la temp rature augmente et atteint 220 C il se forme un nouveau produit la 2 3 7 8 TCDD par double d hydrochloration OH Z _ e EE C Cl Cl Cl sel pe y 4 Hall T 1 Ci OT Sources des dioxines dans l environnement Emissions de dioxines En 1995 la plus importante source de lib ration de dioxines aux Etats Unis tait l incin ration Incin ration 31 D chets br l s dans les jardins ou arri re cours 19 Feux dans les d charges 19 Extraction de m taux non ferreux 11 Production d neraie 6 Feux de for t de broussailles de paille 4 Boues municipales non incin r es 4 Fours ciment 3 Divers 5
12. nsid rablement augment es quand il est m lang des mati res combustibles ANFO Ammonium Nitrate Fuel Oil NH NO CH n gt N 7n H O n L apport de fuel tant destin br ler avec l oxyg ne lib r savoir 16g d oxyg ne par mole de NH NO pesant 809
13. nu faut plus rendre les chimistes ni leur sp cialit responsables de tous les maux 2 Il faut attribuer aux chimistes les actions positives dont ils sont a l origine et qui sont souvent porter au b n fice d autres disciplines Par exemple un m dicament synth tis par un chimiste est obligatoirement le r sultat unique d une victoire de la m decine 3 lieu d insister seulement sur les c t s n gatifs d une d couverte chimique une analyse objective de son apport la soci t doit tre pratiqu e avant toute diffusion ou prise de position Nous allons examiner trois grandes catastrophes chimiques et essayer de les analyser de mani re scientifique Seveso Bhopal e AZF Toulouse Catastrophe de Seveso 10 juillet 1976 La surchauffe d un r acteur fabricant du 2 4 5 trichloroph nol lib re un nuage toxique contenant plusieurs produits dont le 2 3 7 8 tetrachlorooxanthr ne ou dioxine de Seveso Rappel de Nomenclature Dioxine OX ve CI IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry Demo http wWww iupac org nomenclature Oxanthr ne Dibenzo 1 4 dioxine ou dibenzo p ara dioxine D er 2 E AS 7 1 2 1 4 dioxin 2 3 8 tetrachlorooxanthr ne ou 2 3 8 tetrachlorodibenzo p dioxine ou encore 2 3 8 TCDD Dioxines de quoi parle t on Les dioxines sont des hydrocarbures polyaromatiques ha
14. s d nitrifiantes Bact eries fixatrices d azote dans les nodosit s des L gumineuses D compositeurs Bact ries a robies et ana robies et Myc tes Bact ries nutrifiantes w Bact ries fixatrices Bacteries d azote dans le sol nutrifiantes Les plantes utilisent les nitrates du sol Toutefois la fixation dans le sol se fait partir de bact ries ou de champigons qui d composent la mati re organique Ceux ci produisent en fait de l ammoniac NH toxique pour les plantes D autres bact ries se chargent de transformer l ammoniac en nitrites et ensuite en nitrates Le seul probl me vient du fait que ces derni res bact ries lib rent galement de l azote N gazeux qui est donc perdu pour les tres vivants C est ici que jouent les plantes telles que les l gumineuses Celles ci s associent avec des bact ries qui forment des nodosit s lint rieurs des racines de la plantes Ces bact ries peuvent directement utilser l azote de l air Le nitrate d amonium permet d enrichir directement les sols en NH et NO L utilisation excessive d engrais azot et phosphor s conduit lessivage d un exc s de nitrate et de phosphate vers les lacs et rivi res Ces concentrations lev es sont responsables d une croissance explosive d algues et de plantes aquatiques un processus nomm eutrophisation Pourquoi le Nitrate d ammonium devient il un explosif Un m lange de substances
15. s bateaux est souvent constitu e de mousse de polyur thanne int gr e une double peau de fibre de verre pr servatifs gants chirurgicaux Lycra laques peintures vernis Catastrophe de l usine AZF Fertilisants de Toulouse Le 21 septembre 2001 un stock d environ 300 400 tonnes de nitrate d ammonium d class destin la production d engrais a explos creusant un crat re de pr s de 30 m tres de diam tre et d une dizaine de m tres de profondeur Le bilan est de 30 morts 2500 bless s graves et pr s de 8 000 bless s l gers google earth Le nitrate d ammonium 1 Fabrication g gaz 1 liquide s solide 1 conversion du m thane pour donner le dihydrog ne CH HLO gt CO 3 H CO H O CO H 2 Synth se de l ammoniac proc d de Haber Bosch N g 3H g gt 2NH g 3 oxydation de l ammoniac 2NH g 5 2 O g gt 2 NO g 3H O 2 NO g O g gt 2NO g 4 hydratation des oxydes 9 H O I gt 2HNO aq NO g 5 r action entre acide nitrique et ammoniac NH g HNO aq gt NH aq NO aq Proc d de Haber Bosch un peu d histoire Fritz Haber Durant la p riode de 1894 1911 il d veloppe avec Carl Bosch un proc d de formation catalytique de l ammoniaque partir d hydrog ne et d azote que BASF adoptera en 1910 Pendant la Premi re Guerre mondiale il travaille activement la mise
16. st Prom th e devait tre chimiste car il ne faut pas oublier que le premier acte civilisateur de l homme le feu fut la reproduction d une r action chimique et qu aucune autre science n a autant particip au confort de l homme et la modernit Seulement cette maitrise des l ments qui nous entourent et de l acte cr ateur m me d barrass e de l sot risme de ses d buts fascine et fait peur et l histoire de la chimie reste malheureusement un m lange curieux d ambroisie et de boue Gaz de combat bombes d chets industriels pollution et r chauffement plan taire semblent tre les premi res images qui sautent aux yeux d s parle de chimie et la prise de conscience des dix derni res ann es des dangers encourus par notre plan te d sign cette science comme le parfait bouc missaire l accusant de tous les maux Avouer tre chimiste est donc devenu de plus en plus difficile assumer face aux id es re ues des biens pensants et des mouvements n o cologistes la mode 17 est donc in vitable de se poser la question si tre chimiste est devenu politiquement incorrect La r ponse est malheureusement un effroyable oui Pourtant sl faut absolument trouver une cause la situation plan taire c est plus dans le comportement consommateur outrancier et le mod le socio conomique de nos soci t s modernes quil faut chercher La chimie subit donc les revers d une mauvaise presse d une part e
17. t de son implication trop directe dans l conomie du toujours plus toujours mieux toujours moins cher L volution des mentalit s passe par la prise de conscience du grand publique du non sens du d bat sur l thique d une science C est l usage de cette science la fa on de produire et celle de consommer qui doit tre soumis cette notion D ailleurs la chimie porte les r vonses ces maux en elle m me et ce ne sont que les l gislations et les mentalit s qui font obstacle la mise en place d un comportement plus consciencieux http maroumarou blogspot com 2007 06 comment peut on tre chimiste html Chimie et soci t carburants op rations de raffinage du p trole analystes pour suivre la qualit des produits finis contr le chimique des centrales nucl aires de l volution du combustible ou de son environnement d tection de la pollution de l air rev tement routier pneumatique extraction et purification du sucre engrais fertilisants insecticides antioxydants conservateurs emballages en carton ou en plastique m dicaments pilule anticonceptionnelle aspirine mol cules anticanc reuses les fibres artificielles protection du froid de la chaleur r sistance aux intemp ries tissus intelligents peintures colorants colles papier encre d imprimerie fils conducteurs et antennes crans composants lectroniques 1 Le bilan positif de l action des chimistes doit tre recon
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