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Journal international de l'énergie durable et verte 2017 ; 6(3): 3948
http://
www.sciencepublishinggroup.com/j/
ijsge doi: 10.11648/j.ijrse.20170603.12
Examen des 12 principes de la chimie verte en pratique
Anita Ivanković1 , Ana Dronjić1 , Anita Martinović Bevanda2 , Stanislava Talic2
1
Faculté d'agronomie et de technologie alimentaire, Université de Mostar, Mostar, BosnieHerzégovine
2Département de chimie, Faculté des sciences et de l'éducation, Université de Mostar, BosnieHerzégovine, Mostar, BosnieHerzégovine
Herzégovine
Adresse email :
anitaivankovic@gmail.com (A. Ivanković), adronjic@gmail.com (A. Dronjić), anita.martinovic161@gmail.com (AM Bevanda),
stanislavatalic@gmail.com (S. Talić)
Pour citer cet article : Anita
Ivanković, Ana Dronjić, Anita Martinović Bevanda, Stanislava Talić. Examen des 12 principes de la chimie verte en pratique.
Journal international de l'énergie durable et verte. Vol. 6, n° 3, 2017, p. 4948. doi : 10.11648/j.ijrse.20170603.12
Reçu : 16 juin 2017 ; Accepté : 4 juillet 2017 ; Publié: 26 juillet 2017
Résumé : Cet article donne un aperçu des 12 principes d'applicabilité et des tendances futures de la chimie verte. La chimie verte ou durable
est un terme qui fait référence à la création de produits chimiques et de procédés qui réduisent ou éliminent l'utilisation et la production de
substances nocives. Ils sont utilisés exclusivement des produits chimiques et des procédés chimiques qui n'ont pas de conséquences
négatives pour l'environnement. Il repose sur douze principes qui peuvent être utilisés pour créer ou recréer initialement des molécules, des
matériaux, des réactions et des processus plus sûrs pour la santé humaine et l'environnement. Les procédés de la Chimie Verte qui ont été
développés à ce jour incluent presque tous les domaines de la chimie, y compris la chimie organique, inorganique, la biochimie, les
polymères, la toxicologie, l'environnement, la physique, la technologie, etc. À travers les plusieurs tendances dominantes du programme
vert telles que la catalyse , la biocatalyse et l'utilisation d'alternatives : matières premières renouvelables (biomasse), milieux réactionnels
(eau, liquides ioniques et fluides supercritiques), conditions de réaction (irradiation microondes) et nouvelles voies de synthèse (réaction
photocatalytique), le double objectif protection de l'environnement et bénéfice économique peut être atteint. Cet article montre des
exemples des tendances dominantes dans la manière dont la chimie verte réduit l'impact des procédés et technologies chimiques sur l'environnement.
Mots clés : Chimie Verte, Biocatalyse, Biomasse, Liquides Ioniques, Fluides Supercritiques, Irradiation Microondes,
Photocatalyse
1. Introduction
Les progrès accélérés de la science et de la technologie dans la La communauté chimique à travers les procédés de la chimie verte est
seconde moitié du XXe siècle ont entraîné un développement orientée vers le développement de nouveaux composés et procédés
économique important et une augmentation du niveau de vie dans les moins dangereux pour la santé humaine et l'environnement.
régions développées du monde. Cependant, un tel développement
économique a également provoqué une dégradation considérable de La chimie verte ou durable est un terme lié à la création de produits
l'environnement, qui se manifeste par un changement climatique plus chimiques et de processus qui réduisent ou éliminent l'utilisation et la
prononcé, l'apparition de trous d'ozone et l'accumulation de polluants production de substances nocives. En tant que nouvelle branche de la
organiques non destructeurs dans toutes les parties de la biosphère. La chimie avec des approches écologiques, il s'agit de réduire ou d'éliminer
situation nouvellement créée exigeait la recherche d'une solution pour l'utilisation de substances nocives dans les processus chimiques ainsi
équilibrer l'utilisation des ressources naturelles, la croissance économique que de réduire les intermédiaires et produits nocifs et toxiques.
et la préservation de l'environnement.
Pour être qualifiée de "verte", chaque réaction doit avoir trois
À la suite de telles réflexions au cours des deux dernières décennies, composantes vertes : solvant, réactif/catalyseur et consommation
la prise de conscience de la nécessité de protéger l'environnement s'est d'énergie.
accrue, si bien qu'une grande attention est accordée aux technologies La chimie verte est basée sur douze principes qui peuvent être
dites «vertes et viables». Les nouvelles lois et réglementations visent à utilisés pour créer ou recréer des molécules, des matériaux, des
protéger l'écosystème des nuisances produits chimiques, tandis que le réactions et des processus plus sûrs pour la santé humaine et la
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l'environnement, et les procédés de chimie verte développés à ce jour équilibre entre l'utilisation des ressources naturelles, la croissance
incluent principalement tous les domaines de la chimie, y compris la économique et la préservation de l'environnement.
chimie organique, inorganique, biochimique, polymérique, toxicologique,
2.2. Tendances de la chimie verte
environnementale, physique, technologique, etc.
Les principes de base de la chimie verte couvrent un large spectre
Chimie verte "programme pour la conception, le développement et
de la synthèse organique synthétique : la conception de processus de
l'application de produits et procédés chimiques qui réduisent ou
synthèse organique pour réduire la génération de sousproduits/
éliminent l'utilisation ou la production de substances dangereuses pour
déchets, réduire l'utilisation de produits chimiques/matières premières
la santé humaine et l'environnement" et pour atteindre les principaux
dangereux et améliorer l'utilisation de solvants et (bio ) catalyseurs,
objectifs du programme vert passe par plusieurs dominantes tendances
matières premières renouvelables et comment améliorerait l'efficacité
[2] : a. Recherche dans le domaine des
énergétique. Par ailleurs, la chimie verte s'intéresse à la meilleure
réactions catalytiques et biocatalytiques afin d'obtenir des composés
forme d'élimination des déchets et à la conception du processus de
hautement sélectifs et purs sans formation de sousproduits
dégradation des produits chimiques après usage, le tout dans le
toxiques; b. Rechercher de nouvelles matières premières,
respect des mesures de prévention des pollutions et de développement
inoffensives et renouvelables, comme la biomasse ; c. Concevoir
durable [1]. des produits
Les objectifs de la chimie verte en matière de protection de
chimiques écocompatibles moins toxiques ; d. Trouver
l'environnement et de profit économique sont atteints grâce à plusieurs
et tester de nouveaux milieux de réaction alternatifs, non toxiques
directions dominantes telles que la catalyse, la biocatalyse, l'utilisation
et renouvelables tels que l'eau, les liquides ioniques et les fluides
de matières premières renouvelables alternatives (biomasse), les
supercritiques e. Trouver
milieux réactionnels alternatifs (eau, liquides ioniques, fluides
et tester de nouvelles conditions de réaction alternatives, telles que
supercritiques), les conditions réactionnelles alternatives ,
la réaction aux microondes, aux ultrasons et à la
(Mécanochimie d'activation microondes et ultrasons) ainsi que de
lumière f. Exploration de voies alternatives d'épuration de l'air et de
nouvelles réactions photocatalytiques [2, 3].
l'eau empoisonnés pour améliorer leur qualité, telles que les
Cet article vise à contribuer à une meilleure compréhension des
réactions photocatalytiques [2].
principes et des processus sousjacents à la chimie verte et, à travers
Réalisant les objectifs fixés, "la chimie verte modifie les pratiques
des exemples et des tendances dominantes, à montrer comment la
industrielles constantes produit, pollue, puis nettoie, et à la fin du XXe
chimie verte réduit l'impact des processus chimiques et de la
siècle devient le cœur et l'âme de l'écologie industrielle" [2].
technologie sur l'environnement.
La chimie verte est un serment d'Hippocrate pour les chimistes, et
2. Chimie verte afin de préserver les ressources naturelles et l'environnement, une
nouvelle génération de scientifiques et de technologues se développe,
(La couleur verte est la couleur de la chlorophylle et la couleur du
qui analysent de manière économique les processus et les matériaux
dollar. Être une série d'années vertes est un champ de bataille pour les
utilisés dans la production et le développement.
militants écologistes, et devenir vert devient une tendance dans la
La chimie verte ou la chimie écologiquement inoffensive, inoffensive
commercialisation des produits. Et pour les chimistes, il devient
et durable est la fabrication et l'application de produits et procédés
impératif d'être vert dans l'application les principes de la chimie verte
chimiques qui réduisent ou éliminent l'utilisation et la création de
dans tous les aspects des sciences chimiques, dans la recherche substances dangereuses. Au lieu de limiter le risque en contrôlant
fondamentale et appliquée, la production et l'enseignement [4].
l'exposition aux produits chimiques nocifs, la chimie verte cherche à
réduire, voire à éliminer, le danger, niant la nécessité d'un contrôle de
2.1. Définition de la chimie verte
l'exposition. Si aucune substance dangereuse n'est utilisée ou produite,
Selon la définition de l'EPA, la chimie verte est définie comme une alors le risque est nul et il n'y a pas lieu de s'inquiéter d'éliminer les
chimie qui conçoit des produits et procédés chimiques inoffensifs pour substances dangereuses de l'environnement ou d'en limiter l'exposition
l'environnement, empêchant ainsi la formation de pollution. Les produits ou "La chimie verte consiste à réduire les déchets, les matières
chimiques doivent être fabriqués de manière à ne pas rester dans premières, les risques, l'énergie, l'environnement impact et coût" [2].
l'environnement à la fin de leur application et à se décomposer en
composants inoffensifs pour l'environnement. Les économies basées
sur une synthèse efficace sans l'utilisation de réactifs "exotiques", la
réduction de l'énergie requise et le remplacement des solvants 3. 12 principes de la chimie verte
organiques par de l'eau sont importantes même au niveau du
laboratoire, alors qu'à l'échelle industrielle, des millions d'économies Douze principes de la chimie verte ont été développés par Paul
sont possibles [5]. Anastas et John Warner de l'EPA, et dans leur livre Green Chemistry
Theory and Practice, 1998, ils ont expliqué leur signification dans la
La chimie verte n'est pas une discipline scientifique à part entière, pratique.
mais une approche interdisciplinaire responsable de la science, basée Les principes de la chimie verte parlent de la réduction ou de
sur la responsabilité chimique, écologique et sociale, qui permet la l'élimination des substances dangereuses ou nocives de la synthèse,
créativité et l'avancement de la recherche innovante [6]. En tant que de la production et de l'application des produits chimiques et donc de
domaine de recherche propulseur, il tente de trouver et de maintenir un l'utilisation de substances dangereuses pour
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41 Anita Ivanković et al. : Examen des 12 principes de la chimie verte dans la pratique
la santé humaine et l'environnement est réduite ou éliminée. Lors de la près de 80% des déchets de l'industrie pharmaceutique sont associés
conception d'un procédé de chimie verte, il est impossible de répondre aux solvants, et qu'environ 60% de leur énergie est consommée, la
aux exigences des douze principes du procédé en même temps, mais solution est de réduire l'utilisation des solvants. Un bon exemple est le
on tente d'appliquer le plus de principes possible lors de certaines nouveau procédé de production "vert" de la sertraline (Figure 1) par
étapes de la synthèse. lequel l'introduction de l'éthanol comme seul solvant élimine le besoin
d'utiliser, de distiller et de récupérer quatre solvants (chlorure de
méthylène, tétrahydrofurane, toluène et hexanes) résultant dans une
3.1. La prévention
réduction de la consommation de solvant de 250 à 25 litres par kg de
sertraline [8].
Il vaut mieux prévenir les déchets que traiter ou nettoyer les déchets
après leur création.
Le premier principe de la chimie verte est le principe de prévention,
c'estàdire la prévention de la production de déchets, plus favorable
pour l'homme et l'environnement, et finalement moins cher que le
traitement des déchets et leur destruction après leur émergence.
La justification de l'introduction de ce principe est confirmée par le
fait qu'environ 12 milliards de tonnes de déchets, soit environ 300
millions de tonnes de déchets dangereux pour la santé humaine et
l'environnement (déchets dits dangereux) sont produits annuellement
aux ÉtatsUnis. L'industrie chimique produit 70 % de la quantité totale
de déchets dangereux et les déchets organiques les plus toxiques
(environ 150 000 tonnes), le méthanol et les xylènes prévalant.
L'assainissement des déchets "consomme environ 2,2% du produit brut
des ÉtatsUnis et les coûts continuent d'augmenter". Les déchets
organiques, nocifs pour l'homme et l'environnement, sont principalement
produits à certaines étapes de synthèse, dites. Des "réactions sales" au
cours desquelles des réactifs et des solvants toxiques sont utilisés, et Figure 1. Thèse « verte » de la sertraline [8].
en raison des conditions de réaction difficiles, un grand nombre de sous
produits toxiques se forment. Ce sont les réactions de base les plus 3.2. Atome Économie
courantes de la synthèse organique (halogénation, oxydation, alkylation,
Les méthodes synthétiques doivent être conçues pour maximiser
nitration et sulfonation) qui sont appliquées dans différentes branches
l'incorporation de tous les matériaux utilisés dans le processus dans le
industrielles [7].
produit final.
Le principe d'Atom Economy est logiquement lié au principe de
Bien que l'industrie chimique, ainsi que d'autres industriels de la
prévention des déchets, puisqu'il nécessite que toutes les matières
chimie, aient depuis longtemps évité la prévention, l'intérêt de la chimie
premières utilisées dans la production optimisent leur utilisation ou leur
verte et de la collectivité est justement d'éviter la génération de déchets.
inclusion dans le produit final pour finalement réduire la quantité de
Cependant, la prévention absolue de la production de déchets dans la
déchets. Cela signifie que la synthèse chimique doit être conçue de
pratique est pratiquement impossible car aucune matière première
manière à ce que le produit final maximise l'apport de matières premières
entrante ne peut être pleinement utilisée. D'autre part, un déchet éliminé
ou concevoir de tels produits synthétiques qui utiliseront l'intégralité du
représente la perte finale de biens matériels dans le flux circulaire :
matériau utilisé pour la synthèse dans le produit final.
production consommation. Par conséquent, tout retour de biens
matériels dans un flux circulaire représente un pur gain économique et
Le principe d'augmentation de l'utilisabilité atomique a été défini en
il faut d'abord se demander s'il est possible d'empêcher la génération de
1991 par Barry Trost de l'Université de Stanford. Trost pense que
déchets et s'il n'est pas nécessaire d'imaginer la manière dont la quantité
l'introduction du concept d'atomes d'utilisabilité est essentiellement la
de déchets produits en production peut être utilisé de la meilleure façon
prévention des déchets au niveau moléculaire.
possible, il devient donc utile.
Le concept de Barry Trost a initié la refonte des réactions de synthèse
existantes jusqu'alors établies sur le principe de « fabriquer un produit
Cette approche du problème a donné des résultats positifs : l'industrie
quel qu'en soit le prix ». Ces modifications sont utiles et parce qu'elles
des peintures et vernis produit déjà des peintures et des laques sans
conduisent généralement à des rendements accrus.
solvant. L'industrie des détracteurs a déjà jeté tous les détergents
contenant du phosphore. L'amiante n'est plus utilisé dans la pratique.
Il existe un progrès connu dans la synthèse de l'ibuprofène [9]. Le
principal problème de l'ancienne synthèse (procédé boots) est son faible
En plus de trouver de nouveaux médicaments, l'un des plus grands
coût économique, car l'utilisation des matières premières entrantes n'est
défis de l'industrie pharmaceutique est de concevoir et d'appliquer des
que d'environ 40%. Dans les années 1990, une nouvelle méthode "verte"
procédures qui ont un impact environnemental minimal dans le processus
de synthèse de l'ibuprofène a été développée, impliquant seulement
de fabrication. Cela signifie principalement réduire la quantité de déchets
trois étapes, et presque tous les matériaux de transition ont été convertis en
générés dans les processus de production. Depuis
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le produit (jusqu'à 99%) ou régénéré et renvoyé dans le processus et
presque éliminé la génération de déchets. Et ce processus est l'un des
processus de "synthèse verte" [10, 11].
La figure 2 montre une comparaison comparative des bottes classiques
et de la synthèse "verte" Hoechst de l'ibuprofène.
Le nouveau processus a une efficacité atomique beaucoup plus élevée
et presque aucun déchet (les déchets sont recyclés dans le processus)
contribuant ainsi à la prévention de la pollution.
L'économie atomique est définie comme le rapport des masses
moléculaires relatives du produit souhaité et de tous les réactifs exprimés
en
pourcentages. % d'efficacité atomique = (Mr du produit désiré/Mr de
tous les réactifs) x 100
La synthèse Boots consiste en six étapes de synthèse et donne 40 %,
tandis que le procédé Hoechst d'obtention de l'ibuprofène ne comporte que
trois étapes et donne une réaction de 77 %, soit 99 % si le fait que l'acide
acétique se forme dans la première La synthèse étape est extraite et
réutilisée dans la production.
C'est pourquoi Hoechst est un moyen plus économique et plus écologique
d'obtenir de l'ibuprofène. Dans les tableaux 1 et 2, une comparaison du
procédé Boots et du procédé Hoechst "vert" de synthèse d'ibuprofène en
fonction de la viabilité atomique.
Figure 2. Comparaison du processus Boots et du processus « vert » de synthèse d'ibuprofène
Hoechst [8].
Tableau 1. Efficacité des atomes dans le processus vert "Hoechst" de synthèse de l'ibuprofène [8].
% économie atomique = (206/514,5) x 100 =40%
Tableau 2. Efficacité des atomes dans le processus vert "Hoechst" de synthèse de l'ibuprofène [8].
% économie atomique = (206/266) x 100 =77%
Le facteur E est utilisé pour comparer le processus de comparaison des une utilisation ultérieure, mais aussi des réactifs et des solvants utilisés lors
proportions de déchets et du produit souhaité. de la production et qui ne sont ni recyclés ni recyclés.
Le calcul du facteur E est déterminé par le rapport de la masse de déchets Sheldon souligne que l'utilisation des facteurs E varie considérablement
(kg) par unité de produit en kilogrammes [12] d'une industrie chimique à l'autre et déclare que le "bon" facteur E se situe
Facteur E = kg de déchets / kg de produit Et généralement autour de 0,1, ce qui signifie que 10 kg du produit souhaité
représente "la quantité réelle de déchets générés dans le processus, y ne représentent que 1 kg de déchets et de sousproduits [12 ]. Dans la
compris les pertes de solvants, d'acides et de bases utilisés dans le travail production pharmaceutique, lorsqu'il est essentiel pour les produits de haute
et, en principe, les déchets de production d'énergie". Les déchets pureté, le facteur E peut être de 100, ce qui signifie que chaque kg de
comprennent les produits qui n'ont produit produit 100 kg de déchets. Cependant, le réel
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la quantité de déchets dépend également des quantités de produit. Même La plupart des réactions de synthèse chimique, qui se déroulent
avec un facteur E beaucoup plus faible, l'industrie pétrolière produit des généralement en plusieurs étapes, utilisent des réactifs toxiques. Bien que le
quantités de déchets plus élevées que la production pharmaceutique où le produit ne contienne pas ces substances toxiques, il existe un risque de
facteur E est élevé mais dont la production est nettement inférieure. Le tableau contamination et la refonte de ces procédés relève de la chimie verte.
3 montre les facteurs E de divers secteurs de l'industrie chimique.
La synthèse chimique moins dangereuse préconise, dans la mesure du
possible, la création de méthodes de synthèse pour l'utilisation et la création
Tableau 3. Facteur E dans l'industrie chimique [8]. de substances peu ou pas toxiques pour la santé humaine et l'environnement.
3.3. Synthèses chimiques moins dangereuses dichlorure de carbonyle toxique (COC2) par du CO2.
Ce processus entraîne également l'élimination du dichlorométhane (CH2Cl2)
Dans la mesure du possible, les méthodes de synthèse devraient être comme solvant. La réaction totale est constituée d'oxyde d'éthylène (CH2) 20,
conçues pour utiliser et générer des substances peu ou pas toxiques pour la de CO2 et de bisphénolA (C15H16O2) pour donner du polycarbamate et de
santé humaine et l'environnement. l'éthylène glycol C2H6O2 [13].
Figure 3. Synthèse du polycarbamate [11].
3.4. Concevoir des produits chimiques plus sûrs peroxyde dans la production de papier [6].
Un exemple est la production de polymères de polyphénylène sulfone
Les produits chimiques doivent être conçus pour effectuer leur fonction
(PPSU), qui est maintenant largement utilisé pour les avions d'intérieur et est
souhaitée tout en minimisant leur toxicité.
également introduit dans les métros où il est également important d'utiliser
Minimiser la toxicité, tout en maintenant la fonction et l'efficacité, peut être
des matériaux ininflammables. Il s'agit d'un nouveau plastique technique
l'un des aspects les plus difficiles de la conception de produits et de processus
caractérisé par une combinaison unique de propriétés environnementales,
plus sûrs, et atteindre cet objectif nécessite de comprendre non seulement la mécaniques et ignifuges utiles [14].
chimie, mais aussi les principes de la toxicologie et des sciences de
l'environnement.
Designing Safer Chemicals préconise la conception de produits chimiques 3.5. Solvants et auxiliaires plus sûrs
de manière à réduire leur toxicité et à maintenir leur efficacité. L'objectif de
L'utilisation de substances auxiliaires (par exemple, solvants, agents de
produire des produits chimiques sûrs (non cancérigènes, mutagènes,
séparation, etc.) doit être rendue inutile dans la mesure du possible et
neurotoxiques) est l'équilibre entre les performances optimales et la fonction
inoffensive lorsqu'elle est utilisée.
du produit chimique, en veillant à ce que la toxicité et les risques soient réduits
Les séparations chromatographiques, où de grandes quantités de solvants
au niveau le plus bas possible. En d'autres termes, l'utilisation de produits
sont utilisées, sont problématiques en raison de la pollution de l'environnement.
chimiques toxiques doit être évitée et remplacée autant que possible par les
La plupart des solvants organiques conventionnels sont toxiques, inflammables
inhospitaliers, mais doit tenir compte de leur efficacité.
et corrosifs. Leur recyclage est lié à une distillation économe en énergie avec
des pertes considérables et donc le développement de solvants respectueux
Ce principe est utilisé dans le développement de nouveaux insecticides et
de l'environnement est nécessaire.
pesticides spécifiques aux organismes cibles, c'estàdire qu'ils ne sont
toxiques que pour les organismes cibles et se décomposent en substances
Safer Solvents and Auxiliaries recommande de réduire au maximum le
inoffensives pour l'environnement.
processus de synthèse et, dans la mesure du possible, d'éviter l'utilisation de
Un autre exemple est l'utilisation de composés organiques à base d'étain (Sn)
substances chimiques auxiliaires (par exemple, solvants, agents de séparation,
hautement toxiques, préalablement enduits à l'extérieur pour empêcher la
etc.). Lorsqu'elles sont utilisées, elles doivent être inoffensives. Selon les
capture d'algues et de plancton. Ces composés organiques ont été remplacés
principes de la chimie verte, le choix des substituts appropriés aux solvants
par un produit appelé SeaNine qui est complètement dégradable et non
organiques est basé sur : la sécurité des travailleurs, la sécurité des procédés,
toxique. En outre, un exemple est le développement d'activateur oxydant pour
la sécurité environnementale et la durabilité du procédé. Le solvant doit être
le peroxyde d'hydrogène. Cela permet de remplacer les agents de blanchiment
chimiquement et physiquement stable, peu volatil, facile à utiliser
au chlore (préparations qui endommagent la couche d'ozone) par de l'hydrogène
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et facile à recycler. composés organiques, les liquides ioniques ont une faible pression de vapeur,
Selon l'aptitude à l'emploi, les solvants conventionnels sont adaptés, ne se vaporisent pas et le font facilement, ce qui entraîne des processus
utilisables et indésirables (tableau 4). chimiques plus sûrs [16].
Tableau 4. Sélection des solvants en fonction de l'utilisabilité [15]. 3.6. Conception pour l'efficacité énergétique
Tableau 5. Amélioration de l'efficacité énergétique dans l'industrie chimique.
Une bonne isolation et des équipements bien entretenus réduisent les déperditions de chaleur et d'énergie. Les déchets générés par les procédés chimiques ont souvent
Entretien et
une valeur énergétique et peuvent être convertis en combustible utile pour le chauffage des bureaux et la production d'eau chaude. Dans certains cas, cette chaleur
récupération
peut être partagée avec la communauté locale.
Il est nécessaire de choisir les réactions et les catalyseurs qui nécessitent des températures plus basses. Afin de minimiser les besoins énergétiques, le principe
Réactions chimiques d'augmentation de l'efficacité énergétique préconise le procédé de synthèse à température ambiante et pression atmosphérique, où l'utilisation de catalyseur est d'une
choix et conditions grande utilité. Les catalyseurs sont développés de manière à ce que le processus puisse être exécuté à des températures et des pressions plus basses (des
températures et des pressions élevées nécessitent suffisamment d'énergie).
Les usines de production génèrent souvent leur propre cogénération (Combined Heat and Power ou CHP), qui implique la production simultanée d'énergie
Chaleur combinée et
électrique et de chaleur utile en un seul processus. Il est plus efficace car il élimine la perte de transmission, et l'excès de chaleur dégagé lors du processus
Puissance (CHP)
de cogénération peut être utilisé sur site à diverses fins.
Tomates qui poussent dans une serre chauffée par l'utilisation de la vapeur Par exemple, le Brésil avec sa production de canne à sucre et sa production
résiduelle d'une usine chimique voisine pour la production d'ammoniac. Étant de bioéthanol assure l'indépendance énergétique et l'emploi tandis que le
donné que les concentrations de CO2 dans les serres sont inférieures à 50 %, biodiesel européen est produit à partir d'huile de colza.
la croissance des plantes peut être obtenue et, par extrusion à partir des gaz
à effet de serre, le dioxyde de carbone est utilisé comme biactivateur de la Dans le cas des bioplastiques, l'utilisation de matières premières
croissance des graines de tomate [18]. renouvelables dans la production a un effet positif sur la consommation
d'énergie et les émissions de CO2. CocaCola, entreprise d'envergure
3.7. Utilisation de matières premières renouvelables
mondiale pour l'instant, fabrique des bouteilles composées de mélanges à 30
Une matière première ou une matière première doit être renouvelable plutôt % de polyéthylène (PE), tandis que la société américaine NatureWorks utilise
des bouteilles en polymères d'acide lactique (PLA) à base d'acide lactique,
que de s'épuiser chaque fois que cela est techniquement et économiquement
obtenu par fermentation de dextrose obtenu à partir d'amidon, le plus souvent
réalisable.
de maïs. Environ 1 kg de PLA nécessite environ 2,5 kg de maïs [20].
Le septième principe de la chimie verte préconise l'utilisation de matières
premières renouvelables partout où cela est techniquement et économiquement
acceptable. Par exemple, il est plus pratique d'utiliser des matières premières 3.8. Réduire les dérivés
renouvelables qu'une variété de matières plastiques, puis de gaspiller les
déchets. La dérivatisation inutile (utilisation de groupes de blocage, protection/
De ce fait, la fabrication de matières plastiques biodégradables est une déprotection, modification temporaire des processus physiques/chimiques) doit
tendance actuelle. Les emballages biodégradables ont un avenir dans l'industrie être minimisée ou évitée si possible, car de telles étapes nécessitent des
alimentaire. De nombreux facteurs, y compris la politique et les changements réactifs supplémentaires et peuvent générer des déchets.
de législation, ainsi que la demande mondiale en ressources alimentaires et
énergétiques, affectent certainement le développement des emballages L'un des principes clés de la chimie verte dans la synthèse de molécules
biodégradables [19]. Le principe implique également l'utilisation de technologies cibles est d'éviter l'utilisation de dérivés chimiques (Reduce Derivatives). Le
d'énergie renouvelable qui incluent l'énergie solaire, l'énergie éolienne, principe préconise, dans la mesure du possible, d'éviter les processus physico
l'hydroélectricité, l'énergie de la biomasse et les biocarburants. Au cours des chimiques dans lesquels le blocage et le déblocage des groupes appropriés
dix dernières années, des progrès significatifs ont été réalisés dans le au cours de la synthèse sont utilisés, c'estàdire que, dans la mesure du
développement de carburants, de produits chimiques et de matériaux à partir possible, les processus biologiques de la synthèse doivent être
de matières premières renouvelables. Pour
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45 Anita Ivanković et al. : Examen des 12 principes de la chimie verte dans la pratique
utilisés pour éviter la synthèse des produits pour lesquels ils ne sont pas Il les procédés enzymatiques par lesquels l'acide 6aminopénicillique est
existe des enzymes pour les dégrader. Si possible, il est nécessaire de obtenu par réaction avec l'enzyme pénicilline amide immobilisée catalysée.
réduire ou d'éviter les dérivatisations inutiles (blocage de groupe, protection/ Cela a permis de remplacer plusieurs étapes chimiques par une réaction
élimination protection, modification physicochimique temporaire) car de enzymatique, et de ne plus nécessiter une basse température (60°C), des
telles étapes nécessitent des réactifs supplémentaires et peuvent générer solvants organiques, et des conditions totalement inadaptées qui
des déchets. augmentaient et compliquaient la production dans le cas de la synthèse
Un exemple typique est la production d'antibiotiques (Figure 4) à base chimique [21].
de pénicilline ou de remplacement de produits chimiques classiques
Figure 4. Synthèse de l'acide 6aminopénicilique catalysée par la pénicilline G amide immobilisée [21].
3.9. Catalyse Cependant, ce que les enzymes se distinguent de tous les autres catalyseurs,
c'est leur spécificité en termes de stéréochimie, de sélectivité chimique et
Les réactifs catalytiques (aussi sélectifs que possible) sont supérieurs
de spécificité. Par rapport aux catalyseurs non biologiques, les biocatalyseurs
aux réactifs stoechiométriques.
présentent un grand avantage compte tenu de la vitesse de réaction, de la
Afin de protéger l'environnement, le principe de catalyse favorise
spécificité catalytique, du moindre coût, etc., mais manquent de sensibilité à
l'utilisation de catalyseurs biodégradables, ce qui implique moins d'utilisation
la chaleur et d'une faible stabilité.
d'énergie, évitant l'utilisation de composés organochlorés et réduisant
La synthèse classique du catéchol est dérivée du benzène (matières
l'utilisation d'eau ou moins d'eaux usées.
premières non renouvelables) en plusieurs étapes de réaction nécessitant
Comme tous les catalyseurs, les enzymes fonctionnent d'une manière
des réactions sévères dans lesquelles des sousproduits indésirables sont
qui abaisse l'énergie d'activation d'une réaction individuelle, et accélère
produits. Elle est remplacée par une synthèse biocatalytique de Dglucose
ainsi, jusqu'à plusieurs millions de fois. Ce faisant, l'enzyme reste inchangée
(matière première renouvelable) en présence d'Escherichia coli
pendant toute la durée de la réaction à laquelle elle affecte, ce qui lui permet
génétiquement modifié et s'effectue en une seule étape réactionnelle (Figure
de devenir complètement inchangée lorsque la réaction touche à sa fin.
5), sans sousproduits et la production est économiquement viable [11].
De plus, les enzymes n'affectent pas l'énergie relative entre les réactifs et
les produits, ni les réactions associées.
Figure 5. Synthèse catehole classique (à gauche) et biocatalytique (à droite) [22].
3.10. Conception pour la dégradation les produits chimiques qui, à l'arrêt de leur activité, doivent pouvoir se
transformer en produits inoffensifs pour l'environnement.
Les produits chimiques doivent être conçus de telle sorte qu'à la fin de
leur fonction, ils se décomposent en produits de dégradation inoffensifs et
Le respect de cette exigence est possible en modifiant les paramètres
ne persistent pas dans l'environnement.
technologiques dans la gestion des processus et le changement de soi
Le principe de création de produits chimiques et de produits dégradables
disant. Substances auxiliaires ajoutées à certaines étapes du processus de
ou de conception pour la dégradation exige la création de
production. Le but est d'empêcher la
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Journal international de l'énergie durable et verte 2017 ; 6(3): 3948 46
formation de substances nocives et de retourner à la production autant de Le douzième principe de la chimie verte est le principe d'une chimie
déchets que possible, ce qui est réalisé par le recyclage [23]. intrinsèquement plus sûre pour la prévention des accidents. L'exigence de
base est de réduire l'utilisation de substances dans les processus chimiques
Analyse en temps réel pour la prévention de la pollution qui peuvent provoquer des effets néfastes (explosion, incendie et vapeurs
Les méthodologies analytiques doivent être développées davantage pour nocives). Un exemple est aujourd'hui l'utilisation croissante de CO2
permettre une surveillance et un contrôle en temps réel, en cours de supercritique qui remplace les solvants organiques et qui, contrairement aux
processus, avant la formation de substances dangereuses. solvants organiques, n'est ni toxique ni explosif et est acceptable pour
La chimie analytique traditionnelle implique de grandes quantités l'environnement.
d'échantillons à analyser, une utilisation abondante de solvants et d'énergie. La sécurité peut être définie comme un contrôle des dangers connus en
Avec le développement de nouvelles méthodes et d'instruments mobiles de atteignant un niveau de risque acceptable et est atteint à plusieurs niveaux
précision, il est possible que les analyses fonctionnent avec une petite taille d'utilisation la plus faible de l'équipement de protection individuelle. Ensuite,
d'échantillon au site de prélèvement et avec beaucoup moins de solvant. il suit le niveau des contrôles administratifs et des pratiques de travail) et
Le principe de l'analyse en temps réel pour la prévention de la pollution implique l'établissement de procédures efficaces, la rotation des tâches de
nécessite un développement ultérieur de la méthodologie analytique pour travail, l'ajustement des horaires de travail afin que les travailleurs ne soient
permettre une surveillance en temps réel du processus de production pas surexposés à l'impact des produits chimiques dangereux, etc. Le niveau
chimique dans le but d'empêcher la formation de substances dangereuses, supérieur suivant de contrôle de sécurité est l'expert Engineering Controls,
c'estàdire qu'il est nécessaire de surveiller en permanence le processus de ce qui implique la mise en œuvre d'un changement de processus physique
production à chaque étape Préviendrait l'apparition d'erreurs qui pourraient Pour réduire le contact avec des produits chimiques dangereux, isoler le
conduire à l'émergence de substances dangereuses, nocives pour processus, utiliser des méthodes humides pour réduire la formation de
l'environnement et la santé humaine. poussière, la ventilation, la digestion, etc. Le plus haut niveau de contrôle de
Une chimie intrinsèquement plus sûre pour les substances de sécurité est atteint en éliminant ou en remplaçant la procédure avec des
prévention des accidents et la forme d'une substance utilisée dans un alternatives plus sûres (Figure 6).
processus chimique doivent être choisies pour minimiser le potentiel
d'accidents chimiques, y compris les rejets, les explosions et les incendies.
Figure 6. Hiérarchie du contrôle de sécurité.
Avec le coût élevé de mise en œuvre et le manque d'information, le
4. Inconvénients de la chimie verte manque de chimie verte est aussi le fait qu'il n'existe pas d'alternative connue
aux matières premières chimiques utilisées ou de technologies alternatives
La tâche fondamentale de la chimie verte est de concevoir des produits et
pour les procédés verts. De plus, il y a aussi un manque de ressources
procédés chimiques qui réduisent ou éliminent complètement l'utilisation ou
humaines et de compétences.
la création de substances nocives et dangereuses.
Les risques liés au passage à des produits et processus verts ne sont pas
répartis au sein de la chaîne d'approvisionnement, et les ressources manquent
Cet objectif est aussi le plus grand handicap le manque de chimie verte
pour poursuivre les recherches.
qui se traduit par des délais, des coûts et un manque d'information. Plus
Les liquides ioniques sont considérés comme l'avenir de la chimie verte.
précisément, passer d'un ancien produit ou procédé conventionnel à un
S'il ne fait aucun doute que ceuxci sont utiles en synthèse chimique, la
nouveau produit ou procédé "vert" demande beaucoup de temps, la
question se pose de plus en plus de savoir s'ils répondent aux attentes. Lors
conception ou la reconception d'un nouveau produit et procédé est souvent
de l'application de 12 principes qui décrivent les produits chimiques verts, les
difficile et assez coûteuse, et il y a aussi un manque de l'unité sur ce qui est
liquides ioniques ne semblent pas particulièrement verts. Il y a une opinion
considéré comme sûr.
qu'à l'heure actuelle
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47 Anita Ivanković et al. : Examen des 12 principes de la chimie verte dans la pratique
Au stade des progrès scientifiques, il est irréaliste de s'attendre à voir une
large application des liquides ioniques au cours des dix prochaines années.
Les références
Bien que, comme on le sait, les liquides ioniques soient légèrement volatils
en raison de la faible pression de vapeur, ce n'est pourtant qu'une des [1] Valavanidis, A., Vlachogianni, T., Fiotakis, K., (2009) : Expériences en
nombreuses choses qui rendent une substance vraiment verte. Par laboratoire de synthèse organique et de décomposition de produits
exemple, les liquides à base d'ions, d'imidazole et d'anions fluorés sont chimiques environnementaux dangereux selon les principes de la chimie
verte. Conférence internationale « Chimie verte et développement
susceptibles d'être toxiques mais ne peuvent pas atteindre l'environnement
durable », Thessalonique, 2526/9/2009. Document pour les actes de
par évaporation. Le problème est que la plupart des liquides ioniques sont conférence.
solubles dans l'eau et peuvent facilement atteindre la biosphère par cette
voie [24].
[2] Jukić, M., Djaković, S., FilipovićKovačević, Ž., Kovač, V. et VorkapićFurač,
J. (2005) : Tendances dominantes de la chimie verte. Kem Ind 54 (5):
5. Conclusions 255272, en croate.
L'objectif principal de chaque industrie est de générer de l'argent à partir [3] Margetić, D. (2005) : Réactions organiques mécanochimiques sans
l'utilisation de solvants. Kem Ind 54 (78) : 351358, en croate.
des matières premières disponibles et du capital de base dans le cadre
d'activités industrielles durables. Les activités industrielles durables doivent
répondre aux besoins d'aujourd'hui sans compromettre les besoins des [4] Ritter, SK (2001) : Chimie verte. Chim. Ing. Nouvelles, 79 (29), 2734.
générations futures, ce qui signifie que les procédés chimiques doivent
utiliser les matières premières, l'eau et l'énergie d'une manière qui ne nuise [5] Vojvodić, V. (2009) : Protection de l'environnement : Fabrication verte dans
pas à l'environnement et qui soit économiquement viable. l'industrie pharmaceutique et réduction des coûts, Kem Ind 58 (1) :
L'établissement d'un équilibre dans l'utilisation des ressources naturelles, 3233, en croate.
la croissance économique et la préservation de l'environnement est possible
[6] Riđanović, L., Ćatović, F., Riđanović, S. (2013): La révolution chimique
grâce à l'introduction d'un procédé de chimie verte dont la tâche est de écologique verte dans la salle de classe. 8e conférence de recherche/
concevoir de tels procédés et produits chimiques inoffensifs pour la santé d'experts avec des participations internationales "QUALITY 2013",
humaine et l'environnement. Neum, B&H, juin 06 08, 447452., en bosniaque.
L'application du concept de chimie verte qui introduit la sécurité chimique
implique un support juridique adéquat à travers la réglementation légale de [7] Jukić, M., Djaković, S., FilipovićKovačević, Ž., et VorkapićFurač, J. (2004) :
certaines procédures et activités qui sont incontournables pour la mise en La chimie « verte » ouvre la voie à des procédés chimiques
œuvre d'un tel concept. écologiquement acceptables. Kem Ind 53 (5) 217224. En croate.
Le concept de chimie verte est basé sur douze principes qui parlent de [8] Sheldon, RA Utilisation de la biomasse pour les carburants et produits
réduire ou d'éliminer les substances dangereuses ou nocives de la synthèse, chimiques durables : molécules, méthodes et mesures. Catal Aujourd'hui
de la production et de l'application de produits chimiques et ainsi l'utilisation 167, 3, 2011.
de substances dangereuses pour la santé humaine et l'environnement est
[9] Mijin, D., Stanković, MI, Petrović, S. (2003) : Ibuprofène : gain et propriétés,
réduite ou éliminée. Lors de la conception d'un procédé de chimie verte, il
Hem. Ind. 57 (5) 199214, en serbe.
est impossible de répondre aux exigences des douze principes du procédé
en même temps, mais on tente d'appliquer le plus de principes possible lors [10] Anastas, PT, Warner, JC (1998) : Théorie et pratique de la chimie verte.
New York : Oxford University Press, 1055.
de certaines étapes de la synthèse.
[11] Anastas, PT, Kirchhoff, MM, Williamson, TC (2001) : La catalyse comme
pilier fondamental de la chimie verte. Appl Catal A : General, 221 : 313.
Les objectifs de la chimie verte en matière de protection de l'environnement
et de gain économique sont atteints à travers plusieurs directions dominantes. [12] Sheldon, RA (2007). "Le Facteur E: Quinze ans plus tard".
Certaines d'entre elles sont : la biocatalyse, la catalyse, l'utilisation de Chimie verte. 9 (12): 1273. doi:10.1039/B713736M
matières premières renouvelables alternatives (biomasse), les milieux
[13] Welton, T. (2015) : Solvants et chimie durable, Actes de la Royal Society
réactionnels alternatifs (eau, liquides ioniques, fluides supercritiques), les
of London A : Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 11
conditions réactionnelles alternatives (activation microondes) ainsi que les novembre 2015, DOI : 10.1098/rspa.0502
nouvelles réactions photocatalytiques.
La catalyse en tant que fondement de la chimie verte avec de nouvelles
[14] Wayne Hill, H. et Brady, DG (1976): Propriétés, stabilité environnementale
réactions catalytiques et de nouveaux types de catalyseurs offre un certain
et caractéristiques de moulage du sulfure de polyphénylène, Polymer
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réduction d'énergie et d'utilisation de milieux réactionnels alternatifs.
L'énorme potentiel des microorganismes et des enzymes dans la
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transformation de substances synthétiques avec sélectivité donne au
l'environnement pour des applications en chimie verte, Université de
biocatalyseur une position dominante dans le programme "vert". Bologne, Faculté des sciences mathématiques, physiques et naturelles.
Les réactions photocatalytiques qui représentent de nouvelles méthodes
de nettoyage de l'air et de l'eau contaminés contribuent également à la [16] Kärkkäinen, J. (2007) : Préparation et caractérisation de certains liquides
ioniques et leur utilisation dans la réaction de dimérisation du 2
création de conditions de chimie verte pour atteindre la durabilité.
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