Vers une chimie verte, Stéphane Sarrade

Produire plus et mieux, tout en consommant moins de matières premières, moins d’énergie et en polluant moins. Pour résoudre cette difficile équation, l’industrie chimique devra évoluer vers les principes de la « chimie verte».

Avez-vous gardé un bon souvenir de vos anciens cours de chimie ? Manifestement non, si j’en crois le désamour de mes concitoyens pour cette discipline scientifique et pour son industrie éponyme. Les médias stigmatisent à juste titre les dérives de la chimie dans le monde à Bhopal, Seveso ou AZF, mais ils oublient souvent de citer les exemples positifs de la chimie et de mentionner que tout est chimie, comme preuve notre propre corps humain.

L’ÉVOLUTION DE L’INDUSTRIE CHIMIQUE

L’industrie chimique est née il y a 150 ans pour accompagner notre développement industriel. La matière première de cette industrie fut et reste encore majoritairement le pétrole. Au XXe siècle cette ressource semblait infinie et les déchets générés par toutes les industries ne semblaient pas poser de problèmes à long terme.

Nous savons maintenant que ces deux assertions sont fausses et depuis une vingtaine d’années la chimie a entamé une évolution lente mais irréversible vers une nouvelle direction, celle de la chimie verte entraînant une modification majeure de la manière dont les chimistes doivent aborder les processus chimiques.

Entre 1965 et 2010, la population mondiale a doublé. La raréfaction annoncée des matières premières et de l’accès à l’énergie, l’impact de l’activité humaine sur l’environnement sur le climat, ont conduit à l’idée nécessaire d’un développement durable. Tout développement industriel doit être considéré selon un triple axe : sociétal, environnemental et économique. En pratique nous devons maintenant produire plus et mieux, en consommant moins de matière première et d’énergie et en rejetant moins de déchets et de gaz à effet de serre.

LES GRANDS PRINCIPES DE LA CHIMIE VERTE

Ce sont ici les principes de la Chimie Verte. Théorisée dès 1991 aux États- Unis par les chercheurs de l’Environmental Protection Agency, la chimie verte se décline depuis dans le monde entier en 12 fameux principes opérationnels. À titre personnel je les ai transformés en quatre grands axes qui structurent la recherche scientifique mondiale dans ce domaine et qui permettent d’appréhender les composantes du processus chimique dans sa globalité : les matières premières, les produits chimiques, l’énergie nécessaire à la réaction et les déchets créés. Il faut utiliser un minimum de matière première, si possible renouvelable offrant ainsi une alternative efficace à l’utilisation du pétrole, comme c’est le cas pour les polymères fabriqués à partir des déchets de matière végétale. Pratiquons aussi l’économie d’atome c’est-à-dire que chaque molécule prélevée dans la nature doit être efficacement utilisée. Ensuite, réfléchissons aux produits chimiques nécessaires à la réaction, notamment les solvants couramment utilisés dans l’industrie et dans notre vie courante. Les solvants à base d’eau sont inoffensifs vis-à-vis de l’environnement mais ils consomment beaucoup d’eau douce, qui se raréfie. Les solvants dits organiques sont eux plus problématiques. Benzène, chloroforme ou trichloréthylène ont des impacts sur la santé humaine et l’environnement. Depuis 40 ans, des installations chimiques utilisent des solvants alternatifs comme, par exemple, le CO2 supercritique recyclable.

Pour l’énergie mise en œuvre, il faut d’abord l’économiser et utiliser si possible de l’énergie non émettrice de gaz à effet de serre.

Enfin, concernant les déchets, ils ne doivent plus en première approche être considérés comme des déchets mais comme de nouvelles matières premières réutilisables. Un processus chimique doit donc être pensé en imaginant dès le départ que tout ou partie des déchets produits devra être recyclé. Les déchets ultimes devront eux être conditionnés de manière à ce qu’ils ne puissent pas diffuser dans l’environnement. Voilà donc jeté les bases de la chimie verte. Mais pourquoi faire ?

CINQ GRANDS ENJEUX PLANÉTAIRES

En fait, pour répondre aux 5 grands enjeux planétaires auxquels nous devons faire face, avec une démographie mondiale en constante progression : la nutrition, la santé, l’eau potable, l’énergie et l’environnement. Le premier enjeu est celui de la nutrition. 1 milliard environ d’humains n’a pas accès à un niveau suffisant de nourriture. La réponse évidente passe par l’agriculture. En 2007, la Food and Agriculture Organization a indiqué que l’agriculture biologique ne pourra pas répondre seule aux besoins mondiaux. Il faut donc que la chimie puisse donner des réponses en termes d’engrais et de pesticides durables et proposer des procédés de transformations agroalimentaires rentables et pertinents. Le second enjeu est celui de la santé. Dans le monde, les maladies les plus meurtrières sont celles que nous savons soigner : paludisme, malaria, tuberculose… Elles dévastent des populations peu solvables. La chimie doit proposer des molécules thérapeutiques efficaces et accessibles aux populations qui en ont besoin. Le troisième enjeu est celui de l’accès à l’eau potable. Environ 700 millions d’humains n’ont pas accès à un niveau suffisant d’eau potable, et 2 millions d’enfants de moins de 2 ans décèdent chaque année. Nous verrons plus loin des réponses possibles apportées par la chimie.

Le quatrième enjeu est celui de l’énergie. Entre 2013 et 2050, les analystes s’accordent à penser que notre demande en énergie va doubler si nous ne changeons rien. Cette énergie est nécessaire pour l’habitat, le transport et pour maintenir nos industries compétitives. Selon l’Agence Internationale pour l’Énergie, environ 20 % de la population mondiale n’a pas accès à l’électricité. Nous allons donc avoir besoin de toutes les énergies disponibles, personnellement je privilégie les énergies non émettrices de gaz à effets de serre et nous avons ici besoin de la chimie par exemple pour stocker ultimement nos déchets nucléaires ou pour recycler les terres rares et les métaux stratégiques, des ressources fossiles utilisées pour fabriquer des panneaux photovoltaïques ou des éoliennes. Mieux gérer l’énergie c’est aussi l’économiser et la chimie est incontournable pour fabriquer les isolants et les textiles pour l’habitat du futur. Le cinquième est quant à lui transversal, c’est l’axe de l’environnement. Il est en quelque sorte l’indicateur du fait que les quatre précédents se développent harmonieusement. À l’heure actuelle, la gestion des matières premières, l’usage raisonné des solvants et de l’énergie et la recyclabilité des déchets sont comptabilisés dans une méthode de plus en plus répandue appelée Analyse de Cycle deVie(ACV).

Si au collège, au lycée, voire même durant des études supérieures, vous avez souffert à cause des cours de chimie, j’espère que cela ne vous empêchera pas d’inclure la chimie et son industrie dans les moyens qui nous seront nécessaires pour aborder les enjeux de notre siècle. L’évolution vers une chimie verte et durable est définitivement engagée par nécessité, et je suis intimement persuadé que cela est irréversible, d’un point de vue sociétal, environnemental et économique.

STÉPHANE SARRADE, chercheur au Commissariat à l’Energie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA) dans le domaine de la chimie verte (fluides supercritiques et membranes de filtration).

Livre : La chimie d’une planète durable, Le Pommier, 2011

L’EXEMPLE DE L’EAU POTABLE

Parmi les 5 enjeux planétaires, prenons celui de l’eau potable pour illustrer le thème de la chimie durable. L’enjeu sociétal est majeur puisque la démographie, l’urbanisation, les changements climatiques sont tels que les populations en stress hydrique augmentent, expliquant aussi que certains conflits ont pour origine l’accès à l’eau potable, au Proche-Orient et au Tibet par exemple.

D’un point de vue environnemental, l’eau est un trait d’union entre la nourriture, la santé et même l’énergie puisque dans tous les cas elle est nécessaire. Les prélèvements massifs d’eau douce et les rejets d’effluents industriels et domestiques conjugués aux pollutions chroniques ou accidentelles des nappes phréatiques font de l’eau une thématique majeure pour le maintien de l’équilibre de la vie sur Terre. Enfin, d’un point de vue économique, l’eau est nécessaire à la vie biologique et à tous les compartiments de l’industrie.

Ainsi donc, il faut produire et distribuer de plus en plus d’eau potable alors que les sources naturelles se raréfient. Pour répondre à cette demande, la chimie s’est déjà mise au travail.

La planète est recouverte à 70 % d’eau salée. Les chercheurs se sont donc tournés naturellement vers le dessalement de l’eau de mer pour étancher notre soif. Dès 1950, le procédé d’osmose inverse s’est imposé durablement. Les membranes d’osmose inverse en polymères ont des trous tellement fins, qu’alimentées par de l’eau de mer sous pression, elles sont capables de tout retenir, même le sel, et de produire de l’eau douce. Les usines de dessalement, réelles ou en projet, sont présentes dans le monde entier avec des sites de production de l’ordre de 300 000 m3 par jour et des coûts de production compétitifs de l’ordre de 0,70 €par m3 d’eau douce produite. Cette eau potable stabilisée avec du chlore pourra ensuite être distribuée dans des centres urbains.

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