CHERCHEUR PENDANT LES TRENTE GLORIEUSES : M RIO

CHERCHEUR PENDANT LES TRENTE GLORIEUSES.

                                                          1951-1981

Je n’ai pas la nostalgie du passé, même quand il s’agit de mon activité favorite, la recherche. Une étape terminée, je range les résultats, je passe à autre chose et je n’y pense plus. Après de longues années de recul, j’ai réalisé que si quelqu’un essaie un jour de retrouver dans mes documents un fil conducteur, les idées qui m’ont inspiré, l’enchaînement des évènements, il sera bien en peine de s’y retrouver, surtout s’il n’est pas chimiste. C’est pourquoi j’ai rédigé ce résumé, en évitant autant que possible d’être trop technique. Quand je revois ces Lire la suite

Fibres artificielles et synthétiques. par M RIO André

                                           

 FIBRES ARTIFICIELLES ET SYNTHETIQUES

M André RIO
M André RIO

 

                        Les fibres naturelles, lin et coton, sont des composés cellulosiques, tandis que la laine et la soie sont des matières protéiques. Seule la soie est constituée de fibres continues de grande longueur, mais c’était la plus coûteuse et la plus fragile. On a d’abord essayé de l’imiter en partant de cellulose. Il fallait pour y parvenir dissoudre la cellulose sous forme de collodion, presser celui-ci dans une filière et coaguler la cellulose à la sortie pour obtenir un fil continu lisse et brillant appelé rayonne. Une variante traitée par l’acide acétique constituait la rayonne acétate.

Toutes ces matières ont été largement supplantées par les matériaux de synthèse qui permettent d’obtenir une variété illimitée de fibres depuis les plus rigides et thermostables jusqu’aux plus souples et élastiques. Les plus importantes sont le nylon et le polyester téréphtalique ; il faut citer également les fibres acryliques, le polyéthylène et le polypropylène dont on fait des cordages plus légers que l’eau, le PVC (Rhovyl) résistant aux acides et autres agents corrosifs, les polyuréthannes aux propriétés élastiques comme le Lycra.

Le nylon. Créé en 1937 par Carothers et produit industriellement dès 1940 aux USA, il était destiné à reproduire les propriétés de la soie, mais il s’est révélé beaucoup moins fragile que son modèle et beaucoup moins coûteux, car accessible par la grande industrie chimique. Au départ de la synthèse, il y a le benzène (ou benzine) un hydrocarbure aromatique ( on appelle aromatiques les molécules comportant un motif hexagonal formé de 6 atomes de carbone parce qu’on y trouve des composés odorants, odeur d’anis, de vanille ) , puis le phénol, et une série d’étapes aboutissant à l’acide adipique et à l’hexaméthylènetétramine dont la combinaison donne le nylon 6.6. . Ses propriétés sont bien connues : solidité, souplesse , entretien facile, ainsi que ses applications : habillement, cordages, et objets moulés divers.

Le polyester téréphtalique. (Dacron ; Térylène ; Tergal) .

              Créé par Whinfield  (GB) en 1943, son constituant principal, l’acide téréphtalique, est obtenu à partir d’un hydrocarbure aromatique, le para xylène. Sa combinaison avec le glycol donne le polyester. Plus rigide que le nylon, il convient particulièrement pour l’habillement : solide, difficile à froisser, facile à entretenir, on peut en faire également des films et des objets moulés.

 

Polycondensation et polymérisation.

Polyamides, polyesters et polyuréthannes sont obtenus par un processus de polycondensation : de petites molécules se soudent bout à bout progressivement pour donner de très longs enchaînements. La croissance de chacun se termine  la fin de l’opération. Un autre processus , la polymérisation, est complètement différent : il part aussi de  petites molécules mais qui comportent une double liaison capable de s’ouvrir sous l’effet d’un catalyseur. Une molécule ainsi ouverte se fixe sur une autre molécule dont la double liaison s’ouvre à son tour et ainsi de suite. La croissance de chaque chaîne s’achève en un temps extrêmement court (un millième de seconde environ) , mais de nouvelles chaînes se créent constamment jusqu’à la fin de l’opération. C’est ainsi que sont obtenus : polyéthylène, polypropylène, PVC, polystyrène et polyacryliques dont le polyacrylonitrile.

La fibre acrylique. Obtenue par polymérisation de l’acrylonitrile, ses propriétés rappellent celles de la laine : bon isolant thermique, mais moins déformable et beaucoup moins sensible à l’eau que la laine, elle est aussi totalement résistante aux mites.

 

Les techniques de filature.

Contrairement à la laine et au coton, formés de fibres courtes, les fibres synthétiques sont constituées de fils continus obtenus par passage de la matière dans des filières. Il existe trois techniques:

                        La filature fondue : la matière fondue se refroidit et se solidifie à la sortie de la filière. ex. : nylon et polyester téréphtalique.

                        La filature sèche : la matière est dissoute dans un solvant volatile qui s’évapore à la sortie de la filière ex. :la fibre acrylique.

                        La filature humide : Le solvant est soluble dans l’eau ; à la sortie de la filière, le fil passe dans un bain qui dissout le solvant et coagule la matière. Ex : polyamides et polyimides aromatiques.

La texturation. Après filature, les fils sont généralement regroupés et soumis à des torsions qui améliorent leurs propriétés mécaniques.

 

                        La teinture.

La teinture traditionnelle utilisait  des colorants extraits de plantes, la gaude, la garance et l’indigotier, ou d’un mollusque, le murex (dont les romains tiraient la pourpre) au moyen de recettes empiriques laborieuses, mais dès le XIX ème siècle s’est créée une industrie des colorants qui a d’abord synthétisé des colorants naturels, alizarine de la garance et indigo, puis des milliers de colorants synthétiques adaptés aux différentes sortes de fibres, naturelles et synthétiques. Il existe trois types de colorants.

Les colorants directs : les fibres sont plongées dans un bain de teinture et fixent directement le colorant. Ce sont de loin les plus utilisés.

Les colorants de cuve. Ex. l’indigo : le colorant est sous une forme soluble dans le bain. A la sortie du bain, l’exposition des fibres à l’air entraîne son insolubilisation et sa fixation.

Les colorants pour mordant : ex. l’alizarine. les fibres sont préalablement traitées par un sel métallique comme l’alun qui assure la liaison entre la fibre et le colorant.

La spécificité des colorants. Selon leur nature, les fibres ont un comportement différent avec les colorants ; On ne teint pas n’importe quelle fibre avec n’importe quel colorant. La laine, la soie, le nylon, qui sont des polyamides, se teignent facilement. Il n’en est pas de même du coton qui, comme le polyester téréphtalique  nécessitent des colorants directs bien adaptés, des colorants de cuve ou pour mordant.

                        Dans le cas de la fibre acrylique, on utilise une autre technique : à la polymérisation, on intercale dans la chaîne des motifs capables de fixer les colorants.

On demande aux colorants d’abord de tenir sur les fibres, mais aussi de résister à la lumière, aux lavages, parfois à l’eau de Javel. Il existe donc une gamme de qualités allant des moins bons aux colorants Grand teint.

 

En conclusion, si les fibres synthétiques n’ont pas évincé les matières traditionnelles, elles se sont fait une large place dans l’industrie textile, grâce à leur bonne tenue, à leur facilité d’entretien et à leur prix compétitif .De leur côté, les colorants de synthèse ont pratiquement supplanté les pratiques empiriques traditionnelles. Une quantité illimitée de variantes sont possibles dans l’un et l’autre domaine, alors que les pratiques anciennes se limitaient à un très petit nombre de textiles et de colorants.

 

 

André Rio,

Ingénieur des Industries chimiques

Docteur es sciences physiques

Ancien chef de laboratoire au Centre de Recherches Rhône- Poulenc de Saint Fons (Rhône).

Ancien professeur de Chimie macromoléculaire à l’Institut de chimie et de physique industrielles de Lyon.

DE L’ALCHIMIE A LA CHIMIE par M André RIO

 

M André RIO
M André RIO

DE L’ALCHIMIE A LA CHIMIE

 

Une courte histoire de la naissance de la chimie garantie sans formules, sauf celle de l’eau, que même les littéraires les plus endurcis ne peuvent plus ignorer.

De quoi est faite la matière ? Est-ce un miracle si une substance se transforme en une autre substance ? Pendant très longtemps, et encore maintenant pour beaucoup de nos contemporains, c’est quelque chose d’incompréhensible.

Il y a de bons et de mauvais miracles. Quand une graine germe, quand une plante, une bête, un homme se nourrit et transforme sa nourriture en sa propre matière, c’est un bon miracle, un cadeau des dieux. Quand de braves gens fabriquent du vin, de la bière, du fromage, de la chaux et bien d’autres Lire la suite

La naissance difficile de la chimie par M André RIO

M André RIO
M André RIO

La naissance difficile de la chimie

Les plantes prennent leur nourriture dans leur environnement et la transforment en leur propre substance. Les animaux, qui n’ont pas ce pouvoir, se nourrissent de plantes ou d’autres animaux qu’ils transforment eux-mêmes en leurs propres matières. Tout ce qui a vécu se décompose ou sert à son tour de nourriture. Le bois brûle et laisse de la fumée et des cendres. Presque toutes ces transformations sont irréversibles. Si l’on ne se satisfait pas d’explications surnaturelles, on peut penser que la matière est faite d’un petit nombre d’éléments qui peuvent s’associer pour donner toute la variété illimitée des substances existantes.
C’est ce qu’ont imaginé les philosophes grecs, mais ce n’est que bien plus tard qu’on a pu reconnaître les véritables éléments. Deux écoles s’opposaient : celle d’Aristote (- 384- 322 ) pour qui la matière était divisible à l’infini, et celle des atomistes qui supposaient que les éléments étaient formés de particules insécables et éternelles, les atomes. C’était l’opinion de Démocrite (- 460 –370 ) , d’Epicure ( -344 –270 ) et de Lucrèce (- 95- 53 ) , mais c’est la philosophie d’Aristote qui s’est imposée à la pensée occidentale et l’a fourvoyée dans une impasse dont elle a eu beaucoup de peine à se dégager. L’existence des atomes longtemps hypothétique n’a commencé à se préciser qu’au début du dix neuvième siècle et n’a été définitivement établie qu’au début du vingtième. Le monde entier en connaît maintenant les conséquences

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LA CHIMIE , UNE SCIENCE NATURELLE par M André RIO

LA CHIMIE , UNE SCIENCE NATURELLE

M André RIO
M André RIO

 

La chimie a mauvaise réputation, mais pourquoi ? On l’accuse de fabriquer des poisons , des explosifs et des matières artificielles douteuses, en héritière d’une alchimie satanique . C’est que la plupart de nos contemporains n’en ont qu’une connaissance très sommaire ou nulle, au mieux de vagues souvenirs de quelques cours trop théoriques mal assimilés et vite oubliés. Beaucoup conçoivent ils qu’une substance puisse se transformer en une autre très différente, et ont ils une idée claire de ce que sont les éléments et leurs combinaisons ? Peut être savent ils que l’eau se représente par H2O et l’acide sulfurique par SO4H2. Quant au gaz carbonique, CO2, accusé du réchauffement climatique, personne ne peut plus l’ignorer.

La chimie est elle née à la fin du XVIIIème siècle avec Lavoisier ? En réalité elle est bien plus ancienne, puisqu’elle remonte au Big-Bang, il y a 13,7 milliards d’années, à une époque où il n’y avait pas encore de chimistes, et elle s’est développée depuis sans aucune intervention humaine. On ne sait pas ce qu’il y avait avant le Big-Bang, ou s’il n’y avait rien, mais très vite après, en quelques minutes, les premiers éléments sont apparus, d’abord l’hydrogène, puis le deutérium, l’hélium et un peu de lithium, sous forme d’une masse gazeuse très chaude et très dense qui s’est refroidie et est devenue transparente au bout de  380 000 ans. Ensuite, le refroidissement et l’expansion se sont poursuivis pendant quelques centaines de millions d’années jusqu’à la formation des premières étoiles. C’est alors seulement que de nouveaux éléments sont apparus, de plus en plus lourds. Les étoiles modestes comme le Soleil, en fin de vie, au bout de 10 milliards d’années, peuvent produire, en se contractant et s’échauffant, du carbone, de l’azote et de l’oxygène, mais les plus grosses, dont la durée de vie est beaucoup plus courte, vont bien au delà jusqu’au fer, le plus stable., et quand elles explosent finalement en supernova, les neutrons dont elles bombardent les éléments déjà présents, permettent d’atteindre jusqu’à l’uranium. Au delà, les éléments plus lourds qui peuvent se former sont instables et ont une durée de vie limitée.

La centaine d’éléments existants ne se sont pas créés au hasard ; tout atome est formé à partir de trois constituants seulement : protons et neutrons dans un noyau compact électriquement positif entouré d’un nuage négatif d’électrons. Sa structure obéit à des règles précises que concrétise la classification périodique de Mendeleïev : une place pour chacun, chacun à sa place numérotée : 1 pour l’hydrogène, 2 pour l’hélium, et ainsi de suite jusqu’à 92 pour l’uranium, chaque numéro correspondant au nombre de protons dans le noyau et d’électrons à la périphérie.

Tous ces éléments se rencontrent et s’unissent selon leurs affinités propres. L’oxygène, relativement abondant et réactif, donne de l’eau, du gaz carbonique, des oxydes métallique et de la silice. Ces matériaux sont recyclés dans de nouvelles étoiles, leurs planètes et les satellites, et constituent des atmosphères gazeuses, des roches et de l’eau dans ses différents états. Tandis que le Soleil produit de l’énergie en fusionnant l’hydrogène en hélium, une planète comme la Terre, alimentée en énergie par le rayonnement solaire et par sa chaleur interne, est le siège d’évènements géologiques complexes qui aboutissent à la formation d’innombrables minéraux plus ou moins cristallisés. Un cristal, qui est un arrangement régulier de ses constituants, atomes, molécules ou ions, se forme à partir de solutions aqueuses ou de roches fondues, et accepte difficilement d’incorporer des composants étrangers. La cristallisation est ainsi un moyen efficace pour obtenir des solides relativement purs à partir de mélanges liquides, mais il existe aussi des matériaux vitreux et argileux à structure désordonnée.

La chimie naturelle ne s’est pas limitée à fabriquer de l’eau, les gaz et les roches qui constituent la Terre et les autres corps célestes : elle a créé la vie sur terre et probablement aussi parfois ailleurs quand les conditions étaient favorables. La Terre a environ 4,5 milliards d’années, mais au bout seulement d’un milliard la vie existait déjà. Elle n’est évidemment pas apparue d’un coup. Le degré d’organisation des bactéries les plus rudimentaire est déjà considérable et n’a pu émerger que progressivement après bien des tâtonnements. Ce qui est certain, c’est que les matières premières nécessaires étaient là : les acides aminés et les bases constituants des protéines et des acides nucléiques se forment spontanément à partir de matières minérales sous l’effet de rayons ultra violets ou de décharges électriques, et on en trouve en particulier dans les météorites.

On a établi que tous les êtres vivants ont un ancêtre commun. L’évolution peut être  suivie à la trace grâce à l’ADN. Elle n’a longtemps été représentée que par des procaryotes, cellules sans noyau, les eubactéries et les archées. Il y a un milliard d’années environ, sont apparus les eucaryotes, cellules possédant un noyau, et, il y a quelques centaines de millions d’années, des êtres pluricellulaires se reproduisant par voie sexuelle, de plus en plus performants et diversifiés, jusqu’à l’époque actuelle.

Il y a seulement deux siècles, après des millénaires de pratiques empiriques, que des chimistes ont commencé à déchiffrer la structure de la matière et à en reproduire les mécanismes les plus simples.

Les êtres vivants produisent des quantités de substances dont certaines très compliquées, grâce à des catalyseurs très efficaces, les enzymes, véritables machines-outils, qui sont programmés dans leur ADN. La synthèse biologique d’une molécule, même simple, est le résultat d’une cascade de réactions étroitement contrôlées par d’autres substances également présentes. Un extrait de végétal peut renfermer des centaines de molécules différentes, dont beaucoup en proportions très faibles. C’est ainsi que les plantes synthétisent des parfums, des colorants, des insecticides, des médicaments et bien d’autres choses pour attirer les pollinisateurs, repousser leurs agresseurs ou se défendre contre un environnement défavorable.

Les chimistes ayant suffisamment progressé au cours du XIXème siècle ont appris peu à peu à analyser ces substances pour établir leur structure et à les synthétiser par des procédés plus simples. Les réactions dans les êtres vivants, si elles sont compliquées, se font en présence d’eau et à température ambiante, mais si les chimistes ne disposent pas de catalyseurs artificiels aussi performants, ils peuvent opérer dans des conditions de température, de pression et de milieu beaucoup plus variés et réglables. Pour le chimiste comme pour la nature, les lois fondamentales de la chimie sont les mêmes, seule la manière de les utiliser diffère, et la nature des substances produites est strictement la même, quelle que soit la voie de synthèse utilisée. Cependant, si la nature sert de modèle pour reproduire un colorant, un parfum, on peut aussi créer des variantes, ajoutant ou retranchant à une molécule des atomes ou des groupes d’atomes pour en modifier à volonté les propriétés. D’un colorant naturel comme l’indigo, qu’on produit avantageusement par synthèse, on a créé des quantité de variantes, modifiant la couleur, les propriétés tinctoriales, la résistance aux agents de nettoyage et à la lumière. Sur le modèle de l’aspirine, on produit également toute une gamme de médicaments apparentés comme le paracétamol.

Un autre avantage de la synthèse industrielle est qu’elle permet de produire massivement des substances utiles qu’on ne trouve dans la nature qu’à l’état de traces diluées dans une masse de composés étrangers inutiles ou indésirables. Cet avantage a son revers qui est à l’origine de la mauvaise réputation de la chimie : produire en quantité des matières dangereuses qui n’existent pas dans la nature ou seulement à l’état de traces est une source de risques qui doit être étroitement surveillée.

Il ne faut pas oublier tout de même que la nature aussi est une source de dangers qui eux sont incontrôlables : séismes, volcanisme, chute de météorites, ouragans, épidémies, ont produit au cours de l’histoire de la Terre des extinctions massives d’espèces, atteignant 90% à la fin du Permien, il y a 250 millions d’années, et la disparition des dinosaures  et de bien d’autres espèces il y a 65 millions d’années. Il est vrai que si ces extinctions n’avaient pas  eu lieu, l’évolution aurait suivi d’autres voies, et nous ne serions pas là pour en parler.

Y a-t-il d’autres formes de matière que celle que nous connaissons et qui est faite d’atomes ? Il y a bien sur les neutrinos, qu’on sait maintenant détecter, et qui nous renseignent en particulier sur ce qui se passe au cœur du Soleil. Il y a peut être aussi d’autres particules encore hypothétiques comme le boson de Higgs, les particules de la théorie de la supersymétrie dont le neutralino, candidat à constituer la matière noire détectée par les astronomes, et qui accompagne les galaxies, mais toutes ces particules n’interagissent presque pas avec la matière ordinaire, sauf par leur masse, qui influe sur la route des astres. Il y a aussi le rayonnement électromagnétique, qui interagit fortement avec la matière (attention aux coups de Soleil) mais il faut de la matière pour le produire : sans matière, pas de rayonnement.

Tout cela ôté, que reste- t-il dans l’espace ? Les astronomes comme les physiciens pressentent une énergie du vide, mais sont en total désaccord sur son importance ; tel est du moins l’état actuel des connaissances.

A côté de la chimie naturelle, celle des chimistes n’est qu’un petit bricolage local. Elles ont toutes deux un fond commun essentiel, tous les atomes et un très grand nombre de molécules. La première ne sait faire ni du polyéthylène ni du nylon, ni des silicones ; elle fait du caoutchouc que nous aussi savons faire, mais elle fait de la laine et du coton que nous ne savons pas faire, bien que nous en connaissions parfaitement la composition. Elles sont complémentaires et non rivales : des substances utiles extraites de plantes, dont on se passerait difficilement mais présentes en très faibles proportions, parfums, colorants ou médicaments ont pu, après analyse, servir de modèles qu’on a pu reproduire économiquement en quantité. Inversement, il est parfois plus facile d’utiliser des plantes, des microorganismes ou même des animaux éventuellement transgéniques pour produire des substances dont la synthèse est trop difficile ou impossible avec les techniques actuelles.

Si le traitement de l’information est apparu depuis quelques dizaines d’années avec les ordinateurs, la nature ne nous a pas attendu pour le réaliser à sa façon. Après avoir créé la vie, la chimie naturelle a permis l’évolution des animaux grâce à des dispositifs non moins performants, le système nerveux et le cerveau, sans lesquels ils ne pourraient ni se déplacer, ni se nourrir, ni se défendre ni se reproduire

Tout repose sur une cellule spécialisée, le neurone, avec son axone et ses dendrites, des fibres nerveuses qui transmettent les informations sous forme de signaux électriques. La chimie de cette transmission fait intervenir des ions, essentiellement ceux du sodium, du potassium, du calcium et du chlore. Il ne s’agit pas d’un courant d’électrons , comme dans un fil métallique, mais d’une onde de dépolarisation, beaucoup plus lente, qui se joue entre l’intérieur de la fibre et son enveloppe externe. D’un neurone à l’autre, dans la fente synaptique qui les sépare, d’autres agents interviennent, les neurotransmetteurs comme la dopamine, la sérotonine, l’adrénaline, l’acétylcholine et quelques autres. La nature a inventé l’ordinateur chimique que constitue le cerveau, avec ses capteurs, ses modules de traitement des données, sa mémoire vive et sa mémoire permanente, ses centres de décision et la commande de ses annexes les muscles. Ses possibilités sons évidemment très différentes de celles de nos ordinateurs électroniques, et l’évolution l’a adapté aux besoins de chacun de ses utilisateurs, les animaux et les hommes. Après le comportement réflexe inconscient est apparue la pensée consciente que nous sommes bien loin de savoir réaliser artificiellement.

 

La chimie ne suffit pas à tout expliquer, loin de là. Elle fournit la matière sous toutes ses formes, sans laquelle rien n’est possible, mais elle ne s’applique pas à ses constituants ultimes. Dans les atomes et les molécules, les chimistes ne font intervenir que les électrons les plus externes des atomes, ceux qui assurent les liaisons, ces liaisons qu’ils cassent pour en établir d’autres. Les noyaux n’y jouent directement aucun rôle. La structure interne des atomes est du domaine de la physique, mais elle est la cause profonde du caractère de chaque élément.

Les cascades de mécanismes dans la cellule vivante, si elles ont une base chimique, dépendent d’un niveau d’organisation plus élevé, comme une horloge dont le fonctionnement n’est possible que par l’arrangement précis de l’ensemble des pièces détachées dont elle est constituée.

Un physicien peut à la rigueur ignorer la chimie et un chimiste la biologie, mais un biologiste ne peut pas ignorer la chimie, ni un chimiste la physique. Pour assurer la transition, il existe des disciplines mixtes : la chimie physique et la biochimie. Autrefois, les naturalistes qui classaient les espèces n’avaient pas besoin de la chimie, et les chimistes ne se préoccupaient pas des électrons qui assurent les liaisons entre atomes ; maintenant toutes ces sciences sont interdépendantes.

La nature n’est pas une personne. Elle ne sait rien et n’a aucun projet. Elle n’est en fait, semble-t-il qu’un ensemble de particules dont les relations qu’elles ont ensemble sont le jeu de transformations continuelles et leur évolution est l’effet du hasard et de la nécessité, mais elle dispose de toute la matière de l’univers, de son énergie et des conditions extrêmes qui y règnent : températures et pressions très basses ou très élevées. Elle dispose aussi de beaucoup de temps, ce qui lui a permis de créer la vie et la pensée, qui n’étaient pas prévisibles dans le chaos des origines, tout en étant peut-être inévitables dans des conditions favorables : un système qui reçoit un flot permanent d’énergie de l’extérieur peut localement s’organiser spontanément de façon de plus en plus subtile, à contre courant de la tendance de l’entropie à croître jusqu’à l’uniformité. Dans cette évolution, la chimie joue un rôle essentiel en créant constamment de nouveaux arrangements de la matière.

Ceux pour qui naturel et chimique sont antagonistes trouvent un encouragement dans la publicité, forme élaborée de mensonge qui en fait un de ses arguments favoris. On vante des aliments, des boissons, des produits d’hygiène ou ceux dits de beauté, ou n’importe quoi d’autre en les proclamant exempts de tout produit chimique ; c’est à la fois une équivoque et une imposture. Tout produit dit naturel n’est qu’un mélange de substances qu’on peut dire chimiques quand on les désigne par une appellation chimique : le sel de cuisine s’appelle aussi chlorure de sodium, le sucre de canne ou de betterave saccharose et l’acide du vinaigre acide acétique. C’est une imposture quand on veut persuader que tout ce qui est naturel est bénéfique et tout ce qui est chimique dangereux.

Les adorateurs de la nature préconisent de se soigner par les plantes. Si les végétaux élaborent des centaines de substances, ce n’est pas par philanthropie pour nous soigner, c’est pour leur permettre de survivre. Il se trouve que certaines de ces substances peuvent avoir un effet bénéfique pour les humains, mais si un extrait de plante renferme un produit utile, il est généralement mélangé à d’autres substances inutiles ou indésirables, et il s’y trouve en proportions qui peuvent être très variables selon l’histoire de la plante dont il provient ; son dosage est donc aléatoire et on risque d’en prendre trop ou trop peu. Le risque est d’autant plus grand que le produit est plus actif.

Les substances issues des plantes n’en sont pas moins une source de molécules précieuses que souvent on n’aurait pas imaginées, et qu’on peut le plus souvent reproduire par synthèse et conditionner avec précision dans les médicaments, sans condamner pour autant les amateurs de tisanes. La médecine est le domaine où les produits synthétiques sont le mieux acceptés, car la santé des personnes est en jeu. Avec les génériques, le public commence à s’habituer à l’idée que sous des noms, des prix et des emballages différents on peut avoir exactement les mêmes remèdes.

On fait de la chimie sans le savoir. La cuisine est une chimie empirique aux mécanismes subtils. Les trois principaux constituants de nos aliments, protéines, sucres et graisses, résistent inégalement à la cuisson. Les protéines sont les plus fragiles, comme le montre la cuisson d’un œuf qui les dénature en modifiant leur structure et en les durcissant ; les sucres se combinent aux protéines ou se caramélisent ; les corps gras sont plus résistant mais peuvent rancir ou se dégrader dans les fritures. Les actions mécaniques : fouetter, écrémer, émulsionner, modifient la texture : l’huile se transforme en mayonnaise, le lait caille, les autres ingrédients comme le sel interviennent également en faisant ou défaisant des liaisons délicates entre tous les constituants présents. Les chimistes ont du mal à s’y retrouver et ne sont pas nécessairement les mieux placés pour apprécier le résultat.

La métallurgie a longtemps été un art . Comment comprendre qu’on obtient des métaux à partir de minerais, qui sont le plus souvent des oxydes, si on ignore l’existence de l’oxygène et le rôle du charbon. Pendant des siècles, cette ignorance n’a pas empêché les métallurgistes d’opérer, mais ne leur a pas non plus facilité la tâche.

Les teinturiers ont longtemps utilisé des colorants extraits de plantes et mis au point des recettes empiriques laborieuses pour les fixer sur les tissus. Il n’y a pas beaucoup plus d’un siècle qu’on a commencé à connaître la composition de ces colorants, par quelles liaisons ils se fixent sur les fils, à en synthétiser d’innombrables variantes et à maîtriser les techniques de teinture.

Il n’y a pas bien longtemps non plus que les agriculteurs connaissent le rôle exact des engrais. Pour croître, les plantes ont besoin principalement du gaz carbonique de l’air, d’eau, d’azote, de phosphore, de potassium et , en moindres quantités, d’une trentaine d’autres éléments. L’azote n’est connu que depuis la fin du XVIIIème siècle. Constituant principal de l’atmosphère, présent dans les protéines, il n’est directement assimilable que par quelques microorganismes fixés sur les racines des légumineuses, seule source naturelle, avec parfois les oxydes d’azote produits par la foudre, et il est recyclé par les déchets de l’agriculture. Quand l’industrie chimique l’extrait de l’air pour en faire de l’ammoniac ou des nitrates, c’est bien le même azote que celui du fumier.

Tout ce qui vit est  biologique par définition, et l’agriculture dite biologique n’en a pas le monopole. Les plantes qui poussent grâce aux engrais de synthèse n’en sont pas moins biologiques. Toute cellule vivante est une usine chimique avec ses plans de fabrication et ses machines-outils. Elle importe ses matières premières et livre ses produits finis. La digestion et la respiration sont des opérations chimique, et les plus virulents de ceux qui ne voient dans la chimie qu’une source de pollution perverse en font inconsciemment malgré eux. La biologie est finalement de la chimie avec un haut degré d’organisation.

S’ils fabriquent souvent les mêmes molécules, la nature et les chimistes procèdent de façon très différente. La nature opère sans projet, sans intention consciente. En s’en tenant à la Terre, il faut distinguer trois étapes très différentes : une première étape minérale, une seconde prébiotique et une dernière biochimique. L’étape minérale commence avec la formation de la Terre, à partir du nuage de gaz et de poussières à l’origine du Système Solaire. Ce nuage renferme tous les éléments, mais en proportions très variées. Les plus abondants sont l’hydrogène, l’oxygène, le fer, le carbone, le silicium et des métaux. Porté à haute température par l’accrétion, le mélange fond, les métaux décantent pour constituer le noyau, et au dessus surnagent le magma qui constitue le manteau et la croûte, puis l’eau et les gaz de l’atmosphère.

Les phénomènes géologiques : volcanisme, dérive des continents, subduction, infiltration d’eau en profondeur et érosion diversifient une composition au départ homogène : des éléments migrent et se concentrent localement, formant des gisements métallifères, le lessivage des sols accumule les composés solubles dans les océans, et l’assèchement des mers isolées provoque des dépôts  de sels. Ce sont ces gisements que nous exploitons maintenant et qui nous servent de matières premières.

La seconde étape met en jeu des quantités de matière beaucoup moins importantes : le carbone sous forme de gaz carbonique ou de méthane, l’azote et l’eau, soumis au rayonnement solaire ou aux décharges électriques des orages forment des masses goudronneuses renfermant entre autres des acides aminés et des bases azotées, matières premières de la vie.

Les premiers êtres vivants, des bactéries, sont apparus très tôt dans l’histoire de la Terre. S’isolant dans des cellules qui, grâce à leur membrane, contrôlent les échanges avec l’extérieur, réalisant progressivement la synthèse d’innombrables molécules nécessaires à leur survie et à leur reproduction, les êtres vivant, végétaux et animaux , envahissent les océans puis les continents, et s’accumulent après leur mort pour former les gisements de charbon, de gaz et de pétrole, autres sources de matières premières.

Un chimiste qui veut synthétiser une molécule a un projet et fait appel à ses connaissances et à sa documentation pour déterminer la marche à suivre, en quoi il se distingue de la nature, mais comme la cellule vivante il a aussi besoin de matériel, et avant tout de récipients pour isoler ses produits. Dans les deux cas, cet isolement est indispensable pour contrôler les différentes étapes de la synthèse et aboutir sélectivement au résultat. Hors de la matière vivante, la chimie naturelle évolue au hasard, alors que la cellule opère selon des mécanismes  précis et ne synthétise que des molécules préprogrammées par son matériel génétique.

Synthétiser des molécules et les concentrer plus ou moins pures en quantités notables sont deux opérations bien différentes. Des phénomènes géologiques peuvent rassembler des masses importantes  de substances minérales, mais les cellules vivantes produisent, en proportions souvent très faibles, de très nombreuses molécules différentes. Les chimistes ont des soucis que n’a pas la nature. Ils veulent obtenir des produits aussi purs que possible, et en quantités suffisantes pour leurs diverses applications. Les impuretés qui pourraient subsister sont souvent une gène, et les techniques de détection de traces et de purification continuent à progresser.

Les transformations de la matière peuvent donc s’effectuer soit au hasard soit selon un programme. Dans le premier cas, dans l’espace, dans la croûte terrestre, mais aussi selon les recettes empiriques de la cuisine et des métiers traditionnels, qui visent un résultat sans se préoccuper de la compréhension des mécanismes et de la composition chimique des produits, on aboutit le plus souvent à des mélanges plus ou moins hétérogènes. Les substances organiques, à base de carbone, soumises sans précautions à des températures de plus en plus élevées, se cassent, se recomposent, et aboutissent finalement à des mélanges de petites molécules volatiles qui s’échappent et à des résidus goudronneux de plus en plus riches en carbone, et finalement à du charbon.

La matière vivante et les chimistes au contraire opèrent selon un programme, l’ADN, qui commande rigoureusement la nature des produits formés, ou l’intention de l’opérateur qui vise à obtenir une molécule déterminée.

Cette fabrication massive de produits purs a aussi son revers. Elle est à l’origine de la mauvaise réputation de la chimie. Bien que la nature ne soit pas exempte de produits dangereux : toxines, venins et poisons de toutes sortes, et le grisou, qui s’appelle aussi gaz naturel ou méthane, il est plus facile de s’en prendre aux chimistes : des molécules qui, dispersées en faibles proportions ne présentent que peu de danger peuvent comporter des risques en quantités massives ; c’est le cas des engrais, naturels aussi bien que synthétiques. Inflammables, caustiques, toxiques, le stockage et l’emploi de nombreux produits de l’industrie exige des précautions. C’était aussi le cas, de tous temps, des meules de paille, de la poudre noire et de l’arsenic.

Cependant, le reproche que le public adresse plus ou moins consciemment aux produits de la chimie , c’est de n’être pas naturels. Tout ce qui précède montre que la chimie intervient partout dans la nature, mais qu’entend-t-on par naturel ? Une définition s’impose : est naturel tout ce qui exclut des interventions humaines délibérées. A ce compte, la seule façon de rester naturel est de vivre comme une bête sauvage : manger, dormir, se reproduire, jouer à la rigueur, et rien d’autre. Est-ce là l’idéal des plus passionnés défenseurs de la nature ? Une attitude plus nuancée mais plus équivoque est le retour au bon vieux temps : les pratiques du passé étaient naturelles : paysans et artisans traditionnels respectaient une nature que les techniques modernes outragent. Qu’en penseront nos lointains successeurs si des techniques encore inconnues ont modifié complètement leur mode de vie ? Les nôtres en seront-elles réhabilitées et considérées comme primitives, proches de la nature ? Seront-ils moins naïfs, moins perméables aux boniments et aux idées reçues qu’exploitent nos publicités ?

La défense de la nature est une nécessité vitale : les bouleversements du climat, la disparition massive d’espèces, la dégradation des sols, la surpopulation des régions pauvres, sont particulièrement inquiétants. Les plus bruyants de ceux qui prétendent défendre sa cause la discréditent malheureusement par leurs outrances, leur fanatisme et leur obscurantisme. Les produits dits chimiques sont une de leurs cibles favorites, et ils les opposent aux produits dits naturels, mais que connaissent-ils des rapports de la nature avec la chimie? La nature mérite de meilleurs défenseurs.

L’atome en pièces détachées par M RIO André

M André RIO
M André RIO

                               L’atome en pièces détachées

 

Chaque atome est constitué d’un noyau, formé lui même de protons positifs et de neutrons et entouré d’un nuage d’électrons de charge opposée en nombre égal à celui des protons. L’atome est neutre. Il existe une analogie entre l’atome et une planète avec son satellite. Dans un cas, c’est la gravité qui maintient l’ensemble, dans l’autre la charge électrique.

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LUMIERE ET COULEURS ; COLORANTS ET TEINTURE. par M André RIO

 

LUMIERE ET COULEURS ; COLORANTS ET TEINTURE.

par M André RIO

Première partie: Lumière et couleurs.

Qu’est-ce que la lumière?

Comment nous voyons les couleurs.

Comment créer de la lumière.

Comment obtenir des couleurs à partir de lumière blanche.

Méthodes physiques.

Les substances colorées.

Deuxième partie: Colorants et teinture.

Colorants naturels et synthétiques.

Deux colorants célèbres: l’Alizarine et l’Indigo.

Les autres colorants.

Les techniques de teinture.

Lumière et couleurs, qu’est-ce que la lumière?

La lumière est émise par des sources: soleil, flammes, lampes, phénomènes physiques, chimiques et biologiques(les vers luisants et le plancton). Renvoyée par les objets qu’elle frappe, elle est perçue par l’œil. Elle est indispensable à la vision. Elle se propage en ligne droite à la vitesse d’environ 300 000 km par seconde, mais elle peut être déviée par réfraction ou par réflexion au moyen de lentilles ou de miroirs.
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MINERAUX, MINERAIS ET METAUX. par M André RIO

MINERAUX, MINERAIS ET METAUX.

par M 118-1897_imgAndré RIO

Nature des minéraux.

Les éléments et leurs combinaisons.

Les cristaux.

Les minerais.

Principaux minerais.

Origine géologique des minerais.

Traitement des minerais.

Des minerais aux métaux.

Réduction des oxydes.

Le plomb argentifère.

La sidérurgie.

L’aluminium.

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La croûte terrestre renferme des quantités de minéraux, essentiellement des silicates, mais on y trouve aussi des gisements enrichis en différents composés métalliques, les minerais, à partir desquels on peut obtenir les métaux correspondants.

Nature des minéraux.

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