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La chimie du solide à l'école de la nature
/ UTLS - la suite
/ 26-06-2006
/ Canal-U - OAI Archive
LIVAGE Jacques
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Les verres et céramiques modernes sont fabriqués par chauffage à très haute température de précurseurs solides comme l'argile ou le sable. Pourtant, l'observation des processus naturels nous montre que depuis des centaines de millions d'années, les micro-organismes ont su créer de tels matériaux dans des conditions beaucoup plus douces. Ces processus de biominéralisation posent un véritable défi au chimiste du solide qui tente d'y répondre en développant des méthodes dites de "chimie douce". Suivant l'exemple des diatomées qui élaborent de fines architecture de verre à partir de la silice dissoute dans les océans, nous avons développé une chimie "sol-gel" qui permet de construire un réseau de silice à partir de précurseurs moléculaires en solution. Cette chimie de polymérisation inorganique débouche aujourd'hui sur de véritables applications industrielles. Compatible avec la chimie organique, elle permet l'élaboration d'hybrides organo-minéraux, véritables matériaux nanocomposites à l'échelle moléculaire. Les conditions de synthèse des verres de silice sont même suffisamment douces pour être compatible avec la vie. Elles permettent d'immobiliser des protéines, des anticorps et même des cellules vivantes au sein de matrices de silice. Cet exposé fera le point des résultats les plus récents en mettant plus particulièrement l'accent sur les applications biologiques des procédés sol-gel. Mot(s) clés libre(s) : biominéralisation, chimie douce, chimie du solide, diatomée, matériau composite, microporeux, morphogenèse chimique, polymérisation, synthèse, transformation de la matière, verre
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L’odyssée de la matière (par Jacques Livage)
/ Pascal CECCALDI, Lycée d’Etat Jean Zay - Internat de Paris
/ 04-03-2014
/ Canal-u.fr
LIVAGE Jacques
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L’ODYSSÉE DE LA MATIÈREpar Jacques LIVAGEComment la matière divisée, puis condensée et organiséeest devenue vivante puis pensante ? L’aventure de la matière a commencé il y a près de 14 milliards d’années lorsque, quelques minutes après le big-bang, les premières particules élémentaires, les quarks, sont apparues. Au sein d’un univers en expansion, elle a conduit à la formation des atomes, des molécules, de la poussière interstellaire, puis des astres et des galaxies. Au cours de ce périple, la matière divisée des origines s’est progressivement condensée et complexifiée pour conduire à l’univers tel que nous le connaissons aujourd’hui. Certains processus ont été particulièrement rapides, les noyaux atomiques par exemple, se sont formés au cours des premières minutes, tandis que d’autres sont issus d’une longue maturation. Il a fallu attendre plus de 300.000 ans pour que se forment les premiers atomes et neuf milliards d’années pour que naisse la Terre. La longue histoire de la matière a conduit à la formation des roches minérales et des molécules organiques. Sur notre planète, elle a donné naissance à la matière vivante et même à la matière pensante. Comment la chimie, science de la matière, permet de décrire cette aventure ? C’est ce que nous allons tenter de montrer au cours de cet exposé. Pendant des siècles, on a pensé que la matière était constituée des quatre éléments d’Aristote, la terre, l’eau, l’air et le feu. Ce n’est qu’au XVIIIe siècle que l’on a montré que, comme le prédisait Démocrite, elle était formée d’atomes. Pendant plus d’un siècle, les chimistes se sont attachés à découvrir de nouveaux éléments. C’est ainsi qu’au cours de ses travaux sur la combustion, Lavoisier mit en évidence l’existence de l’oxygène mettant ainsi fin à la théorie du ‘phlogistique’ [1]. À la fin du XIXe siècle, avec l’établissement du tableau périodique des éléments, le chimiste disposait enfin des briques nécessaires pour transformer la matière. Deux éléments, le silicium et le carbone, vont nous permettre de comprendre comment s’est formée la matière. Le premier, le silicium, a conduit à la formation des roches. La silice et les silicates représentent 90% des minéraux de la croûte terrestre. Le second, le carbone a conduit aux molécules organiques qui ont donné naissance au vivant. Le secret de cette évolution réside dans l’auto-organisation. Les atomes ne sont pas indépendants les uns des autres. Ils s’attirent mutuellement via la liaison chimique et se lient dans l’espace selon des règles bien définies. Ainsi, selon Niels Bohr, les électrons gravitent autour du noyau en se répartissant sur des couches successives. Les électrons qui occupent la dernière couche, dite ‘couche de valence’, jouent un rôle privilégié car ils sont susceptibles d’interagir avec les atomes voisins pour former une liaison chimique. Le silicium, comme le carbone possèdent quatre électrons de valence ce qui les conduit à former quatre liaisons chimiques, d’où la tétravalence caractéristique de ces deux éléments. C’est ainsi que, dans les silicates, l’atome de silicium se lie à quatre atomes d’oxygène. Selon l’enchainement des tétraèdres [SiO4] on obtient des fibres d’amiante, des feuillets d’argile ou des cristaux de quartz. Dans tous les cas, l’enchainement peut se poursuivre à l’infini donnant des solides qui constituent l’essentiel des matériaux que nous utilisons pour élaborer des verres ou des céramiques. Le carbone a un comportement légèrement différent. Il est capable de former des doubles liaisons carbone-carbone. Cela limite le nombre de voisins auxquels il se lie. On passe ainsi du cristal de diamant dans lequel chaque atome de carbone est lié à quatre voisins aux feuillets de graphite dans lesquels il n’en a plus que trois. De nouvelles formes du carbone ont été mises en évidence au cours des dernières décennies ; graphène, nanotubes, fullerène... Toute la richesse de la chimie organique est liée à l’aptitude du carbone à former des doubles ou triples liaisons conduisant ainsi à la formation de molécules plutôt que de solides. C’est toute la richesse de la synthèse organique initiée par Marcelin Berthelot dans son ouvrage La chimie organique fondée sur la synthèse paru en 1860. L’homme enfin avait vaincu la ‘force vitale’ et devenait capable de transformer la matière et même d’en créer de nouvelles formes. Sera-t-il capable de recréer la vie ? C’est là le pari de la ‘biologie de synthèse’ qui a pour objet de synthétiser les molécules du vivant et de les associer pour former une protocellule, première forme de vie sur terre ![1] Terme savant forgé sur le grec phlogiston « inflammable » et phlox « flamme », pour désigner une hypothétique substance fluide qu’on croyait être constitutive de la chaleur et qui aurait expliqué le phénomène de la combustion. Terme savant forgé sur le grec phlogiston « inflammable » et phlox « flamme », pour désigner une hypothétique substance fluide qu’on croyait être constitutive de la chaleur et qui aurait expliqué le phénomène de la combustion. Mot(s) clés libre(s) : fullerène, tableau périodique des éléments, Mendeleïev, Marcelin Berthelot, carbone, oxygène, hydrogène, chimie douce, silicium, histoire de la matière
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Arsenic et bactéries
/ CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique
/ 01-01-1998
/ Canal-U - OAI Archive
RAULET Michel, LEBLANC Marc
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Dans le Gard, sur la commune de Saint Sébastien d'Aigrefeuille, se trouvent stockés les déchets d'une ancienne mine de plomb et de zinc qui, sous l'action des pluies, déversent de grandes quantités d'arsenic dans le Réigous, un ruisseau de la région. Marc Leblanc, chercheur au CNRS, analyse les eaux contaminées, essaie de comprendre les réactions chimiques complexes qui s'y produisent et recherche des solutions pour réduire ou supprimer cette pollution. Il met ainsi en évidence le rôle de bactéries aérobies qui catalysent les réactions de précipitation du fer et de l'arsenic et contribuent ainsi à limiter la pollution. Ces bactéries seraient une forme mutante de thiobacillus feroxidans.GénériqueAuteur-réalisateur : RAULET Michel Auteur scientifique : LEBLANC Marc (Géofluides, Bassins, Eau, UMR CNRS et Univ. Montpellier II, Montpellier) Production : CNRS AV Mot(s) clés libre(s) : arsenic, bactérie, chimie des eaux, dépollution, eaux contaminées, géochimie, hydrobiologie, pollution, réaction d'oxydation, site minier
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Adsorption sur charbon actif
/ Stéphane GISZCZEWSKI
/ 12-12-2013
/ Canal-u.fr
THEVENET Frédéric, RIFFAULT Véronique
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Cette
vidéo présente le principe et le fonctionnement d’un réacteur à flux continu
utilisé pour le traitement de l’eau. Elle est illustrée par l’adsorption d’un
colorant sur charbon actif. Mot(s) clés libre(s) : adsorption, réacteur ouvert, flux, charbon actif, colorant
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Büchner
/ Stéphane GISZCZEWSKI
/ 12-12-2013
/ Canal-u.fr
THEVENET Frédéric, RIFFAULT Véronique
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Cette
vidéo présente le principe de la filtration sur Büchner et les différents
éléments nécessaires à la mise en œuvre de cette technique. Elle illustre les
précautions à prendre lors de la réalisation du montage de filtration. Mot(s) clés libre(s) : filtration, pompe, büchner, entonnoir, fiole, vide
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Cellule pour l’analyse de liquide par spectrophotométrie infrarouge
/ Stéphane GISZCZEWSKI
/ 12-12-2013
/ Canal-u.fr
THEVENET Frédéric, RIFFAULT Véronique
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Cette
vidéo présente la structure d’une cellule permettant l’analyse de liquides par spectrophotométrie
infrarouge. Elle indique les bonnes pratiques expérimentales permettant une
utilisation optimale et durable de la cellule. Mot(s) clés libre(s) : cellule, liquide, analyse, infrarouge, IRTF
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Chromatographe en phase gazeuse
/ Stéphane GISZCZEWSKI
/ 12-12-2013
/ Canal-u.fr
THEVENET Frédéric, RIFFAULT Véronique
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Cette
vidéo présente la structure et le principe de fonctionnement d’un
chromatographe en phase gazeuse. Les différentes parties de l’instrument sont
présentées ainsi que leur rôle. Mot(s) clés libre(s) : analyse, gaz, four, chromatographe, colonne, injecteur
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Colonne de distillation
/ Stéphane GISZCZEWSKI
/ 12-12-2013
/ Canal-u.fr
THEVENET Frédéric, RIFFAULT Véronique
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Cette
vidéo présente les différents éléments d’une colonne à distiller ainsi que le
principe de la distillation illustré par la séparation de deux liquides
organiques. Mot(s) clés libre(s) : reflux, séparation, distillation, colonne, bouilleur
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Distributeur sur flacon
/ Stéphane GISZCZEWSKI
/ 12-12-2013
/ Canal-u.fr
THEVENET Frédéric, RIFFAULT Véronique
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Cette
vidéo présente le principe de fonctionnement ainsi que les bonnes pratiques
expérimentales assurant une utilisation fiable et durable d’un distributeur sur
flacon. Mot(s) clés libre(s) : liquide, volume, distributeur, flacon
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Evaporateur rotatif
/ Stéphane GISZCZEWSKI
/ 12-12-2013
/ Canal-u.fr
THEVENET Frédéric, RIFFAULT Véronique
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Cette
vidéo présente le principe de fonctionnement d’un évaporateur rotatif. A
travers l’exemple de la séparation de deux composés organiques, elle illustre
les bonnes pratiques expérimentales à mettre en œuvre pour une utilisation
optimale et durable de l’instrument. Mot(s) clés libre(s) : évaporation, solvant, séparation, évaporateur rotatif, bain-marie
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