chimie du végétal, chimie verte chimie du végétal et leviers d'innovation porte-feuilles moléculaires dans les agro-ressources caractérisation et évaluation produits d'origine naturelle, biomasse, produits biosourcés, biodesel, bioétanol, polymer-biosourcé

1. EXPOSE 4 : INNOVATIONS ANALYTIQUES ET RÉVOLUTION EN
CHIMIE VERTE RETOUR D EXPÉRIENCE APPROCHE
PLURIDISCIPLINAIRE CHIMIE ENVIRONNEMENT
M. Yvon GERVAISE
Directeur SGS Multilab Rouen
Expert près la cour d’appel de Rouen
Expert français auprès de l’OCDE
4 Décembre 2013
cours 5ème année Ingénieur option
Chimie et Procédés INSA Rouen CFI
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83

2. CHIMIE DURABLE
Contexte de ce cours : 2 enjeux
•
•
Chimie durable (Sus Chem : Sustainable Chemistry)
Chimie du végétal : enjeux et perspectives
1) Valorisation agro-ressource
2) Valorisation agro-alimentaire
–
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Biochimie, allégation, système 4S (Satisfaction,
Santé, Sécurité, Service)
84

3. CHIMIE DURABLE
Chimie verte : définition
•
Chimie du végétal
– 50 % principe de la
chimie verte
chimie verte
–
–
–
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Recours aux ressources
renouvelables
Réduire l’empreinte carbone
Mise au point de procédés
économes (enzymes, levures)
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4. CHIMIE DU VÉGÉTAL ET LEVIERS
D’INNOVATION
Recherche et développement
• Polymère de performance
– Huile de ricin – Arkema polyamide
La règlementation qui restreint l’utilisation de certaines
substances
• L’isosorbide de Roquette dérivé de l’amidon et qui remplace
certains phtalates
• Les mousses de polyuréthane pour les automobiles plus
« verte »
La demande de marchés sensibles pour les produits issus du
végétal
• Soins : Europerlan de Cognis, cire qui donne un aspect nacrant
aux shampoing et gels douches
• Hôpitaux et crèche : revêtement de sols biosourcés
• Agronomie : guar modifié pour les traitements phytosanitaires
de précision
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5. PORTEFEUILLE MOLÉCULAIRE / LES
FORMULES DE BASE
Tout un portefeuille d’innovation se développent, stimulé par
la nécessité de réduire la dépendance au pétrole et par les
exigences de développement durable.
LES FAMILLES DE BASE
Les amidons
et dérivés
- Sucres
- Alcools
- Polyols
- Poudres
Les lipides et
dérivés
- Triglycérides
- Glycérol
- Esters
- Acides
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Les protéines et
dérivés
- Formes
variées
- Acides aminés
-…
La chimie du bois
- Lignine
- Cellulose
- Colophane
- Essence de
térébenthine
- Terpènes
- Résines
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6. DES RESSOURCES COMPLÉMENTAIRES,
RENOUVELABLES
BIOMASSE
- Huiles
- Amidon
- Lignine
- Cellulose
- Protéine
- Résines…
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- Alcools
- Acides gras
- Fibres
- Polymères
- Acide succinique
- PLA
- Ac Acétique
- Polyols
- Isosorbide
- Terpènes
- Flavonoïdes
- EMC
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7. UN EXEMPLE DE MOLÉCULE PLATEFORME :
L’ACIDE SUCCINIQUE
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8. DÉTERMINATION DU CONTENU BIOSOURCÉ
PRINCIPE POUR LES PRODUITS DE SYNTHÈSE
Test C14
Enregistrement
échantillonage
(ASTM 6866)
Contenu en
carbone
biosourcé
Déposant
Déclaration
produit et info
process
Analyse
élémentaire
Composition
élémentaire
Vérification
certification
Laboratoire
Certificateur
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Contenu
biosourcé
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9. AGRO-INDUSTRIE, UN PROCESSUS GENERIQUE
Intrants
AGRO-RESSOURCES
Produits finis
AGRO-RESSOURCES
Transformation
CO-PRODUITS
AGRO-RESSOURCES
Agro-ressources = Matières premières d’origine végétale ou
animale
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10. BIOETHANOL
Eau
Drêches
DDGS
Huile
Blé
Pomme
de terre
In
Maïs
(53%)
out
Broyage
humide
Amidon
In
Sucres
Betterave
sucrière
Canne
à sucre
Isobutylen
Biomasse
In
out
Bioethanol
Fermentation
anaérobie
In
Réactions
biochimiques
Out
ETBE
Ether éthyle
tertiobutyle
In
Addition
15% max
out
Extraction
Eau
CO2
Bioethanol/ biomethanol
addition à 5%
Biocarburant
Pellets
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11. CHIMIE VERTE, CAS DU BIODIESEL
Qu’est-ce que le biodiesel?
• Ce biocarburant est obtenu à partir d‘huile végétale
ou animale, transformée par un procédé chimique
appelé transestérification faisant réagir cette huile
avec un alcool (méthanol ou éthanol).
• Les proportions approximatives pour la réaction
sont :
10 litres d'huiles + 1 litre d'alcool --> 10 litres de
biodiesel et 1 litre de glycérine.
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12. BIODIESEL
Solvants
NaOH
Méthanol
Bioéthanol
Colza
Tournesol
In
Pomme
out
Huile
Broyage
Extraction
In
out
Biodiesel
In
Addition
out
Transestérification
Soja
Tourteaux
Huile
brute
Huile
raffinée
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Glycerol
Biocarburant
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13. BIODIESEL : ORIGINE DE LA MATIÈRE
PREMIÈRE ET STRUCTURE MOLÉCULAIRE
Le biodiesel peut être fabriqué à partir :
• D’huiles végétales telles que l’huile de tournesol, le
canola (une variante du colza),
• D’huiles de graines de coton, huile de palme, etc…
• Les huiles de friture déjà utilisées dans des restaurants
• Les corps gras animaux tels que le saindoux
• Les huiles usées qui se retrouvent à la surface des
eaux en station d’épuration
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14. STRUCTURE MOLÉCULAIRE DU PRODUIT
D’ORIGINE NATURELLE
Toutes les huiles végétales et animales consistent
principalement de molécules de glycérine comme
indiqué dans le schéma ci-dessous :
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15. FORMATION DU BIODIESEL
Cette réaction de transestérification consiste en la réaction
d’un alcool et des esters gras pour former des esters de
cet alcool et de la glycérine. La réaction chimique avec le
méthanol est présentée schématiquement ci-dessous :
Schéma de la formation du Biodiesel
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16. DIFFÉRENTS TYPES DE BIODIESEL
Les propriétés du biodiesel
sont déterminées par la
proportion de chaque corps
gras utilisés pour produire les
esters d’alcool.
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17. COMPOSITION DE DIFFÉRENTES HUILES ET
CORPS GRAS
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18. STRUCTURE DES COMPOSÉS NATURELS
D’ORIGINE
Les corps gras sont identifiés par deux nombres : le premier
indique la quantité d’atomes de carbone présents et le second est
le nombre de liens doubles présents dans la chaîne.
Les noms courants des corps gras présentés dans le tableau en
page suivante sont :
•
•
•
•
•
•
•
•
14:0 Acide myristique (ou acide tétradécanoïque)
16:0 Acide Palmitique (ou acide hexadécanoïque)
18:0 Acide Stéarique (ou acide octadécanoïque)
18:1 Acide oléïque
18:2 Acide linoléïque
18:3 Acide octadécatriénoïque
20:0 Acide arachidique (acide eicosanoïque)
22:1 Acide érucique
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19. EXEMPLE DE CHROMATOGRAMME SUR UN
ESTER
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20. CHIMIE VERTE ET SPÉCIFICATION TECHNIQUE
DU BIODIESEL
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21. EXEMPLE DE CHROMATOGRAMME SUR UN
ESTER
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22. EXEMPLE DE CHROMATOGRAMME SUR UN
ESTER ÉTHYLIQUE
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23. EXEMPLE DE CHROMATOGRAMME SUR UN
ESTER ÉTHYLIQUE
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105

24. BIODIESEL
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25. BIODIESEL
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26. CHIMIE VERTE – CHIMIE DU VEGETAL
Définition :
« Ensemble des principes et techniques permettant de réduire
ou éliminer l'usage ou la formation de substances
dangereuses et/ou toxiques dans la conception, la production
et l'utilisation des produits chimiques »
Eco-conception appliquée au domaine de la chimie
industrielle (carburants, plastiques, cosmétiques, additifs…)
Cycle de vie des matériaux/produits
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27. AVANTAGES ENVIRONNEMENTAUX
Ressources fossiles et
Réchauffement
climatique
• Réduction/
suppression des
prélèvements de
pétrole et minéraux
• Réduction des
émissions de GES
• Process plus sobres
en énergie
Ecosystèmes et
biodiversité
Préservation de la
Santé humaine
Valorisation des
déchets et co-produits
• Limitation des
pollutions
• Mat.1ères et additifs
non toxiques
• Transformation des
déchets en ressources
(eau, air, sol)
• Non écotoxicité en
fin de vie
(lixiviats, résidus de
biodégradation)
• Moindre
dégradation des
écosystèmes lors
de l’extraction des
MP
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(SVHC, perturbateurs
endocriniens, vPvB, …
• Non toxicité à l’usage
et dans le temps
• Économie de matières
1ères
• Pas de compétition
avec les cultures
vivrières
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28. BIO-PLASTIQUES ET BIO-COMPOSITES
4 catégories d’agro-ressources
Amidon
Huiles
végétales
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Sucre
Lignocellulose
Synthèse
des bioplastiques
110

29. EXEMPLE DU POLYAMIDE 11 - RILSAN®
NH2
Acide amino-11 undécanoïque
Graines de ricin
85% acide ricinoléique
PA 11
20/90% bio-sourcé
52% bio-sourcé
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100% bio-sourcé
111

30. EXEMPLE DU BIOMAX® PTT 1100
Amidon
1,3 bio-propanediol
Maïs
Acide téréphtalique
Pétrole
37% bio-sourcé
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112

31. EXEMPLE DU BIO-PET
mélasse
(co-produit de canne à sucre)
mono
éthylène
glycol (MEG)
22,5% bioPET (biosourcé)
52,5% PET
(primaire)
pétrole
Acide
téréphtalique
25% r-PET
(secondaire)
Plastique recyclé
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32. EXEMPLE DU COMPOSITE LINTEX®
Lin technique
Fibres de lin Longues
Pétrole
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Résine PP
ou résine Epoxy
Nautisme (Kayak…)
Fibres non tissées + résine PE
Fiber Shell® EcoFiber
50% fibres tissées + résine PA
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33. Le Carbone 14 :
un traceur
Période radioactive du 14C :
5730 ans
Émetteur β
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Source:115
http://earthsci.org/

34. LE CYCLE DU CARBONE 14
• Piégeage du 14CO2 par les organismes
vivants
• A la mort de ces organismes,
désintégration du 14C en 14N
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Source:116
http://earthsci.org/

35. LA NORME ASTM-D6866
Méthode
Appareillage
- Oxidizer
Méthode A:
Piégeage CO2 puis LSC
(Liquid Scintillation
Counting)
- Oxidizer
AMS (Accelerator Mass
Spectrometry) + IRMS
(Isotope Ratio Mass
Spectrometry)
Synthèse de benzène
puis LSC (Liquid
Scintillation Counting)
Comparaison au 14C SRM
acide oxalique, traité
comme un échantillon
- Compteur
scintillation liquide
Méthode B:
Méthode C:
Méthode de calcul
- AMS
- IRMS
- Unité de synthèse de
benzène
- Compteur
scintillation liquide
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Mesure des ratios 14C/ 12C
et 13C/ 12C et
comparaison aux ratios
14C/ 12C et 13C/ 12C de
matériaux de référence
Comparaison au 14C SRM
acide oxalique, traité
comme un échantillon
117

36. PRINCIPE DE L’ANALYSE
3- émission d’un
e- (particule β )
lors de la
désintégration du
14C en 14N
2- formation de
12CO et 14CO
2
2
1- combustion
de l’échantillon :
4- comptage du
nombre d’e- émis
par scintillation
liquide
C + O2 → CO2
Source : www.signonsandiego.com
Principe de la scintillation liquide
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37. Nombre de désintégrations par min.
et par g. de carbone
PRINCIPE DU CALCUL
13,44
Origine
végétale
10,08
calcul du pourcentage de
carbone d’origine biosourcée
d’après la courbe de
décroissance radioactive
(// datation au 14C)
50% CO2
biomasse
6,72
25% CO2
biomasse
12,5% CO2
biomasse
3,36
T
0,00
0
2T
3T
5730
11460
17190
Origine
chimique
22920
28650
34380
40110
temps (années)
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38. MESURE DU 14C :
EXEMPLE DE RÉSULTAT & INTERPRÉTATION
74% du CO2 produit pendant la combustion est
d’origine biologique, 26% est d’origine fossile
74% du carbone total de l’échantillon est
d’origine biologique et 26% d’origine fossile
26%
Fossil
74%
Biomass
L’incinération de l’échantillon (~ déchet)
produit :
26% de CO2 créé
74% de CO2 bioressourçable
D’origine biologique ≠
biodégradable
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Indique la proportion
de carbone d’origine
biologique et d’origine
pétrochimique
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39. RETROUVEZ LES INFORMATIONS ET PUBLICATIONS DE
SGS MULTILAB:
t. +33 (0) 2 35 07 91 91
multilab.rouen@sgs.com
http://www.sgsgroup.fr
@expertscience : http://twitter.com/expertscience
https://plus.google.com/104314798300821378250
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