ACTES ﺔﻴﻤﺳﺮﻟﺍ ﺔﻣﺎﻌﻟﺍ ﺓﺭﻭﺪﻟﺍ …Actes de la session plenière...
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Rabat : 16 - 18 mars 2011 ROYAUME DU MAROC Académie Hassan II des Sciences et Techniques Académie Hassan II des Sciences et Techniques ACTES DE LA SESSION PLÉNIÈRE SOLENNELLE (Année 2011) ﺍﳌﻐﺮﺑﻴﺔ ﺍﻟـﻤﻤﻠﻜﺔ ﻭﺍﻟﺘﻘﻨﻴﺎﺕ ﻟﻠﻌﻠﻮﻡ ﺍﻟﺜﺎﻧﻲ ﺍﳊﺴﻦ ﺃﻛﺎﺩﻳـﻤﻴﺔ ﻭﺍﻟﺘﻘﻨﻴﺎﺕ ﻟﻠﻌﻠﻮﻡ ﺍﻟﺜﺎﻧﻲ ﺍﻟـﺤﺴﻦ ﺃﻛﺎﺩﻳـﻤﻴـﺔ(2011 ﺳﻨﺔ) ﺍﻟﺮﺳﻤﻴﺔ ﺍﻟﻌﺎﻣﺔ ﺍﻟﺪﻭﺭﺓ ﺃﺷﻐﺎﻝ ﺍﻟﺮﺳﻤﻴﺔ ﺍﻟﻌﺎﻣﺔ ﺍﻟﺪﻭﺭﺓ ﺃﺷﻐﺎﻝ2011 ﻟﺴﻨﺔ2011 ﻣﺎﺭﺱ18 - 16 : ﺍﻟﺮﺑﺎﻁACTES DE LA SESSION PLÉNIÈRE SOLENNELLE Année 2011
Transcript of ACTES ﺔﻴﻤﺳﺮﻟﺍ ﺔﻣﺎﻌﻟﺍ ﺓﺭﻭﺪﻟﺍ …Actes de la session plenière...
Rabat : 16 - 18 mars 2011
ROYAUME DU MAROC
Académie Hassan II des Sciences et Techniques
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الـمملكة املغربية
أكاديـمية احلسن الثاني للعلوم والتقنيات
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أشغال الدورة العامة الرسميةلسنة 2011
الرباط : 16 - 18 مارس 2011
ACTESDE LA SESSION PLÉNIÈRE SOLENNELLE
Année 2011
Sa Majesté le R
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rotecteur de l’Académ
ie Hassan II
des Sciences et Techniques
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née 2011
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at : 16 - 18 mars 2011
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cadémie H
assan II des Sciences et Techniques, Rabat
Km
4, Avenue M
ohamm
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oute des Zaers)
Rabat, R
oyaume du M
aroc
Dépôt légal : 2011 M
O 2493
ISBN
: 978-9954-520-05-5
Réalisation : A
GR
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S S.A.R
.L. (A
.U)
Achevé d’im
primer : décem
bre 2011Im
primerie L
awne : 11, rue D
akar, Océan, 10040 - R
abat, Maroc
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Avant-propos
...................................................................................................................9
CÉ
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.................................................................................11
Mot du directeur des séances
Driss A
boutajeddine........................................................................................................13
Discours d’ouverture du Secrétaire P
erpétuelO
mar Fassi-Fehri............................................................................................................15
La chim
ie face aux enjeux du développement durable : présentation du thèm
e principal de la sessionJean-Jacques B
onnet.......................................................................................................19
Allocution du M
inistre de l’Industrie, du Com
merce et des N
ouvelles TechnologiesA
hmed R
éda Cham
i........................................................................................................23
From
sun and water to hydrogen : new
(photo) catalysts for fuel cells and electrolysersM
arc Fontecave...............................................................................................................27
SEA
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GE
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SSION
.....................................29
L’évolution, les récentes avancées et les défis futurs de la chimie
Mostapha B
ousmina........................................................................................................33
Potentialités et défis de la catalyse hétérogène dans le dom
aine de l’énergieM
ahfoud Ziyad................................................................................................................51
Discussion.......................................................................................................................70
PAN
EL
I : CH
IMIE
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EL
OP
PE
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NT
DU
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BL
E.....................71
Apport de la chim
ie et du génie des procédés au développement durable
Jean Pierre Dal Pont........................................................................................................75
Enjeux environnem
entaux de l’agrochimie au M
arocO
mar A
ssobhei................................................................................................................77
Le phosphate m
arocain : un catalyseur propre pour le développement durable
Said Sebti........................................................................................................................91
Discussion.....................................................................................................................111
PAN
EL
II : CH
IMIE
ET
SAN
TÉ
..............................................................................115
Les dendrim
ères phosphorés et leurs applications : illustration de l’apportde la chim
ie en biomédecine et science des m
atériauxJean Pierre M
ajoral.......................................................................................................121
Chim
iothèques et criblage moléculaire: élém
ents clés de la découverte denouveaux m
édicaments
El M
okhtar Essassi........................................................................................................133
Nouvelle approche thérapeutique dans le traitem
ent de la maladies d’A
lzheimer
Bernard M
eunier ...........................................................................................................143
Discussion.....................................................................................................................149
PAN
EL
III : CH
IMIE
ET
IND
UST
RIE
- Exem
ples de la France,
de l’Allem
agne et du Maroc .......................................................................................153
La chim
ie, une science au coeur des énergies d’avenirH
ervé Bernard ...............................................................................................................157
De l’intéressant à l’utile : l’apport des solides poreaux à la société
Gerard Férey .................................................................................................................159
Chem
istry in Germ
any - facts and challengesM
ichael Dröscher ..........................................................................................................161
Discussion.....................................................................................................................166
Chim
ie et parachimie au M
aroc : Filières économ
iques et potentiel scientifique et technologiqueM
ohamed Sm
ani ...........................................................................................................173
Le rôle de la R
&D
dans le développement futur de l’industrie des phosphates
Abdelaâli K
ossir ............................................................................................................191
Le rôle de l’industrie des phosphates dans le développem
ent du secteur dela chim
ie au Maroc
El M
outaoikkil El B
araka .............................................................................................195
Discussion.....................................................................................................................201
SEA
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R : M
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EL
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SYN
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EN
CH
IMIE
.......................205
Com
putational materials discovery
Berend Sm
it ..................................................................................................................207
Mathem
atical modelling in drug developm
entTaib Z
iad .......................................................................................................................209
Modélisation et sim
ulation quantiques en chimie : une expérience m
arocaineN
ajia Kom
iha ................................................................................................................217
Modélisation des nanostructures carbonées
Abdelali R
ahmani .........................................................................................................229
Discussion.....................................................................................................................237
Étude physico-chim
ique de mortiers de cim
ents à ajouts de colorants m
inéraux et de poudres de caoutchoucA
li Boukhari ..................................................................................................................239
How
to improve properties of a biobased polym
er for high tech applications: polylactic acid (P
LA
)A
bderrahim M
aazouz ....................................................................................................251
Discussion.....................................................................................................................269
Rapport d’activité 2010-2011 .....................................................................................271
Com
pte rendu de la session plénière 2011 ................................................................297
Note de synthèse &
conclusions ................................................................................305
Liste des participants à la séance d’ouverture .........................................................325
Allocution du Secrétaire P
erpétuel (en arabe).................................................................
Message adressé à Sa M
ajesté le Roi M
ohamm
ed VI (en arabe) ...................................
Com
pte rendu de la session plénière 2011 (en arabe) .....................................................
Avant-propos (en arabe) ....................................................................................................
9
AV
AN
T-PR
OP
OS
La chim
ie est par excellence la science de la transformation de la m
atière; elle modifie,
transforme et crée des m
olécules pour doter le matériau final de propriétés plus ou m
oins contrôlées pour des applications ciblées. L
es nouveaux concepts de la chimie, alliés
aux nouveaux développements dans les autres branches de la science, ont rendu celle-ci
inter et multidisciplinaire, com
binant la synthèse, la caractérisation et la modélisation et
un aller-retour entre ces différentes composantes avec des applications en physique, en
biologie (biochimie), en m
édecine, en pharmacie, en sciences de la terre et de la m
er, en génétique, en sciences des m
atériaux, en électronique, en agriculture, etc.
Avec la physique, la biologie et l’inform
atique, la chimie est au cœ
ur des avancées majeures
de la société et du développement industriel du m
onde moderne: production de m
édicaments,
de biomatériaux, des produits agrochim
iques, des matériaux pour l’électronique, l’optique-
photonique, l’aérospatial, l’automobile, les carburants et les produits pour l’énergie, les
détergents, les solvants, les matériaux de construction et de confection, etc. Il n’existe
pratiquement pas de dom
aine où la chimie est com
plètement absente.
Jadis, l’homm
e avait à sa disposition un certain nombre de m
atériaux comm
e le bois, le verre, les fibres naturelles et les m
étaux et un certain nombre de liquides et l’exercice
consistait pour le scientifique à caractériser leurs propriétés et pour l’ingénieur à chercher les niches d’application com
patibles avec ces propriétés. Maintenant, la stratégie est
inversée; on part d’une application donnée nécessitant un certain nombre de propriétés
souvent évaluées par la modélisation et la sim
ulation et on structure la matière à différentes
échelles en combinant nature (des élém
ents chimiques), taille et form
e pour répondre au cahier de charges im
posé par l’application visée. La m
odélisation et la simulation jouent
ici un rôle important pour chercher la m
eilleure structure et architecture moléculaires
ou combinaison de structures pouvant répondre aux propriétés prédéfinies. L
e chimiste
devient l’architecte qui imagine des structures et architectures m
oléculaires bio-inspirées ou com
plètement nouvelles.
On constate égalem
ent aujourd’hui une forte tendance à réaliser des synthèses en respectant les principes dictés par la chim
ie verte en s’affranchissant des solvants organiques ou en rem
plaçant les solvants organiques par l’eau ou encore en se servant de m
olécules d’origine naturelle, tout en minim
isant la consomm
ation d’énergie et des produits toxiques.
Ce développem
ent important de la chim
ie a fortement bénéficié des avancées spectaculaires en
techniques d’analyses et de caractérisations physico-chimiques, telles que la résonance m
agnétique nucléaire, la diffraction des rayons X
, la spectrométrie de m
asse couplée à la chromatographie,
l’analyse élémentaire et autres techniques spectroscopiques et de m
icroscopie.
Si l’industrie chimique s’est considérablem
ent développée depuis la fin de la 2ème guerre
mondiale, son im
age auprès du grand public s’est malheureusem
ent progressivement dégradée,
à cause des catastrophes aux conséquences humaines et écologiques lourdes intervenues.
De plus, la chim
ie est grande consomm
atrice d’eau et les rejets de son industrie polluent l’atm
osphère, les nappes phréatiques, la faune et la flore. Une chim
ie moderne, respectueuse
de la santé et de l’environnement est alors un im
pératif pour assurer le développement de la
société de façon durable pour des milliards d’êtres hum
ains aujourd’hui et demain. Il s’agit
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
10de concevoir une chimie avec des enjeux im
portants de développement durable, en créant
des produits plus performants et plus intelligents, m
oins polluants et moins énergivores,
pour répondre aux besoins actuels en matière de santé, d’approvisionnem
ent alimentaire ou
en eau potable. La valorisation et la préservation des ressources naturelles, la protection de
l’environnement et la recherche d’autres alternatives pour rem
placer les énergies fossiles par des énergies renouvelables et plus durables sont les défis actuels auxquels l’hum
anité fait face. C
’est dans cet esprit de développement durable et de protection de l’environnem
ent que la 63èm
e Assem
blée générale des Nations U
nies a proclamé l’année 2011 -année
internationale de la Chim
ie-, associant l’UN
ESC
O et l’U
nion Internationale de Chim
ie Pure et A
ppliquée (UIC
PA) pour célébrer cet évènem
ent.
Le M
aroc a une industrie chimique im
portante qui génère des emplois im
portants de façon directe ou indirecte pour valoriser ses ressources naturelles com
me le phosphate,
les minerais, les produits agricoles et halieutiques, pour fabriquer des dispositifs et pour
assurer le bien être de sa population et consolider et renforcer sa compétitivité économ
ique à l’échelle régionale et internationale.
Cette industrie chim
ique regroupe une multitude de grandes entreprises et un réseau de
petites et moyennes entreprises dynam
iques positionnées le plus souvent sur des niches spécifiques, contribuant de façon im
portante au PIB national.
Le plan E
mergence, lancé en 2005 et étalé sur une période de 10 années, est un program
me
gouvernemental pour le développem
ent de l’industrie nationale, notamm
ent dans le secteur des industries chim
iques et parachimiques. C
e plan, qui vise la mise à niveau du secteur
industriel et sa modernisation, a perm
is à plusieurs entreprises marocaines d’intégrer dans leur
stratégie le concept de développement durable en réconciliant développem
ent économique
et social, protection de l’environnement et conservation des ressources naturelles.
Dans cet objectif, plusieurs organism
es marocains ont engagé des réflexions sur la
stratégie de développement des industries chim
iques et parachimiques m
arocaines, sans toutefois une réelle im
plication du monde académ
ique. Les enjeux nationaux,
régionaux et internationaux urgents liés à l’énergie, au changement clim
atique, à l’eau, à l’alim
entation et à la santé devraient dorénavant être pris en considération en associant tous les acteurs du m
ilieu productif impliquant en prem
ier lieu les scientifiques et le m
onde de la recherche scientifique et technique pour assurer un développement éclairé
basé sur la science et l’innovation technologique, dans le respect de l’environnement
comm
e corollaire de base.
La session plénière solennelle 2011 de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et Techniques fut une extraordinaire opportunité pour débattre de la chim
ie, de ses enjeux et ses problématiques
ainsi que de ses applications pour un développement viable et durable. E
lle a rassemblé des
experts nationaux et internationaux et des chercheurs scientifiques universitaires, des ingénieurs chim
istes et des acteurs du monde économ
ique, notamm
ent des industriels de la chimie, de
la parachimie et des m
ines. La session a abouti à une analyse de l’état actuel de la chim
ie m
ondiale et marocaine avec des conclusions et recom
mandations pour le secteur pour m
ieux exploiter nos ressources naturelles et développer d’autres niches perm
ettant d’accroitre et de diversifier la productivité nationale via la science, l’innovation et la technologie.
Cette session fut aussi l’occasion d’encourager l’intérêt des jeunes pour les sciences et la
chimie en particulier; il est im
portant que le grand public soit conscient des nombreuses
contributions de la chimie s’agissant de répondre aux besoins fondam
entaux de l’être humain,
de réduire la pauvreté, de protéger l’environnement et d’am
éliorer la qualité de vie.
11
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erémonie d’ouverture
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Directeur des séances
Messieurs les M
inistres,M
esdames &
Messieurs,
Nous allons com
mencer nos travaux de la session plénière 2011 dont le thèm
e est : «L
a chimie face aux enjeux du développem
ent durable». Le choix du thèm
e correspond à la proclam
ation par l’assemblée générale des N
ations Unies 2011 com
me année
internationale de la chimie. C
ette année va offrir la possibilité de souligner la nécessité de collaboration scientifique internationale à l’occasion du centenaire de la création de l’A
ssociation Internationale des Sociétés de Chim
ie. Elle m
arque aussi le centenaire de l’attribution du Prix N
obel de chimie à M
arie Curie. E
n adoptant ce texte, l’assemblée
générale des Nations U
nies désigne l’Organisation des N
ations Unies pour l’E
ducation, la Science et la C
ulture (UN
ESC
O) com
me étant l’organism
e chef de file et le centre de coordination de la célébration de cette année internationale. C
e rôle sera partagé avec l’U
nion Internationale de Chim
ie Pure et Appliquée. L’A
cadémie H
assan II des Sciences et Techniques contribue donc dans ce sens en choisissant com
me thèm
e de sa session plénière : «L
a chimie face aux enjeux du développem
ent durable».
Je voudrais donc donner la parole, en premier, à m
onsieur le secrétaire perpétuel, le P
r. Om
ar Fassi-Fehri.
15C
erémonie d’ouvertureD
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Secrétaire Perpétuel de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et T
echniques
Monsieur le P
résident du Conseil E
conomique et Social,
Messieurs les M
inistres,E
xcellences,H
onorables invités,M
esdames &
Messieurs les A
cadémiciens,
Mesdam
es, Messieurs,
C’est toujours avec un sentim
ent de joie fébrile que les mem
bres de l’Académ
ie Hassan II
des Sciences et Techniques, se rencontrent à l’occasion des sessions plénières solennelles annuelles, pour s’acquitter d’une des plus im
portantes tâches de leur prestigieuse institution, celle de se réunir de façon régulière avec pour objectif de développer la concertation et l’échange entre la com
munauté scientifique nationale et des personnalités scientifiques
étrangères, sur des questions majeures qui préoccupent nos sociétés, et d’apporter un nouvel
éclairage sur l’état et les avancées de la science, et aussi de discuter des moyens appropriés
permettant de m
ettre les résultats de la science au service du développement du pays.
Excellences,
Mesdam
es, Messieurs,
Notre session plénière solennelle se tient exactem
ent une semaine après le D
iscours historique prononcé, m
ercredi dernier, par Sa Majesté L
e Roi M
ohamm
ed VI, que D
ieu L’assiste, annonçant une réform
e constitutionnelle de grande envergure, résolument
tournée vers l’avenir, et confortant davantage encore le Maroc, dans sa volonté d’assurer
le bien être de ses citoyens dans un pays de liberté, de démocratie et d’E
tat de droit.
Les hom
mes et fem
mes de science que nous som
mes, tant attachés par éthique aux principes
des libertés académiques, rendent un hom
mage appuyé aux décisions R
oyales et aux orientations fixées par Sa M
ajesté assurant toujours plus de liberté pour le peuple marocain.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
16Excellences,
Mesdam
es, Messieurs,
Avec la H
aute Approbation de S
a Majesté L
e Roi, le thèm
e choisi pour cette session plénière solennelle est "la chim
ie face aux enjeux du développement durable".
Nous voulons à cette occasion exprim
er notre profonde gratitude et nos remerciem
ents déférents à S
a Majesté L
e Roi, pour l’intérêt qu’Il porte aux activités de notre
Com
pagnie et pour Sa bienveillante sollicitude qui nous est si chère et dont nous
espérons être dignes.
Le choix "la chim
ie face aux enjeux du développement durable" com
me thèm
e de notre session s’explique certes par la décision prise par l’A
ssemblée G
énérale des Nations
Unies lors de sa 63
ème session en D
écembre 2008 de faire de 2011 «l’année internationale
de la chimie», année qui com
mém
ore aussi le centenaire du prix Nobel de chim
ie attribué en 1911 à la fem
me de sciences exceptionnelle que fut M
arie Curie (Sklodow
ska) pour ses travaux sur le polonium
et le radium; notre choix s’explique aussi, et je dirai pour
une grande part, par l’importance de la chim
ie dans le développement de notre pays, en
particulier par l’importance de toutes les industries qui gravitent autour des phosphates
marocains.
La chim
ie est par excellence la science de la transformation de la m
atière; elle modifie,
transforme et crée des m
olécules pour doter le matériau final de propriétés plus ou m
oins contrôlées, pour des applications ciblées.
Les nouveaux concepts de la chim
ie, alliés aux nouveaux développements dans les
autres branches de la science, ont rendu celle-ci inter et multidisciplinaire, com
binant la synthèse, la caractérisation et la m
odélisation, et un va-et-vient entre ces différentes opérations avec des applications en physique, en biologie (biochim
ie), en médecine,
en pharmacie, en sciences de la terre, en sciences de la m
er, en génétique, en sciences des m
atériaux, en électronique, en agriculture, etc... Nous devons à la chim
ie moderne
la plupart des avancées thérapeutiques, et des progrès incontestables sur les plans alim
entaire et technologique. Cette science a révolutionné la fabrication des m
édicaments,
des vêtements, des cosm
étiques, mais aussi la diffusion de l’énergie et la fabrication des
appareils technologiques. Et com
me l’a si bien souligné Jean-M
arie Lehn, lauréat français
du prix Nobel de chim
ie en 1987, dans un de ses articles récents «un monde privé de
chimie serait un m
onde sans matériaux de synthèse, donc sans téléphone, sans ordinateur,
sans aspirine, sans savon, sans shampoing, sans dentifrice, sans cosm
étiques, sans papier donc sans journaux ni livres…
.». La chim
ie est au cœur du progrès social, économ
ique et environnem
ental.
La chim
ie est donc omniprésente dans notre vie quotidienne, il est essentiel de m
ieux la connaître pour m
ieux l’utiliser. Développer la recherche scientifique en chim
ie et diffuser ses apports en term
es de développement durable constituent aujourd’hui des enjeux de
première im
portance.
Pour en débattre au cours de cette session, l’Académ
ie a décidé de faire appel à des experts nationaux et internationaux et à des chercheurs scientifiques universitaires, à des ingénieurs chim
istes et à des acteurs du monde économ
ique, notamm
ent des industriels de la chim
ie, de la parachimie et des m
ines; au cours de cette session, nous aurons le plaisir de les écouter et l’occasion de débattre avec eux de ces questions.
17C
erémonie d’ouverture
Excellences,
Mesdam
es, Messieurs,
Depuis la dernière session plénière solennelle, nous avons poursuivi la m
ise en place du plan d’action adopté parl’A
cadémie lui perm
ettant de mener à bien les différentes
missions fixées par le D
ahir de sa création, et de contribuer, dans la limite de ses m
oyens, au développem
ent scientifique et technologique du pays.
Ainsi, au niveau de la prom
otion de la recherche scientifique et technique, l’Académ
ie a procédé au suivi et à l’évaluation des projets de recherche qu’elle finance depuis 2008. L’appel d’offres lancé en 2007-2008, dans le cadre duquel une quinzaine de projets ont été élus, a déjà conduit à des résultats plus que probants avec 46 articles publiés dans des revues indexées, 29 doctorats soutenus, 88 m
asters obtenus et 1 brevet enregistré. Les
résultats de l’appel d’offres lancé en 2010 seront proclamés dans quelques sem
aines, leur évaluation venant d’être achevée.
Au cours de l’année écoulée, l’A
cadémie a organisé une session plénière sur «les m
aladies ém
ergentes et ré-émergentes et m
enaces pandémiques», et deux sessions ordinaires,
l’une sur «l’enseignement des sciences», l’autre sur «l’ingénierie m
arocaine : enjeux et stratégies de développem
ent».
La session sur l’enseignem
ent des sciences a conduit l’Académ
ie à apporter tout son appui à la stratégie m
ise en place par le Ministère de l’É
ducation, et visant à améliorer et
développer l’enseignement des sciences et des technologies dans nos écoles.
Pour encourager la culture scientifique et sensibiliser les jeunes à l’esprit scientifique et aux m
étiers scientifiques, l’Académ
ie a organisé en novembre la 5èm
e édition des journées «les jeunes et la science au service du développem
ent» sur le thème central
de la biodiversité, en collaboration avec les Académ
ies Régionales de l’É
ducation et de la Form
ation. Cette édition a perm
is, dans différentes villes du Royaum
e, d’associer à ces journées quelques 10 000 élèves et 200 enseignants. N
ous comptons élargir encore
davantage cette activité à travers les villes et villages du Royaum
e.
Dans le cadre de la convention de partenariat signée avec le M
inistère de l’Éducation
Nationale,
l’Académ
ie a
développé, à
partir de
septembre
2010, une
politique d’encouragem
ent de l’excellence en accordant des allocations d’excellence à huit lauréats du concours général en sciences et techniques, organisé pour les m
eilleurs bacheliers dans les filières scientifiques et techniques, espérant par là qu’à l’issue de leur cursus universitaire, au m
oins certains de ces élèves, qui sont parmi les m
eilleurs lauréats bacheliers, viennent renforcer le systèm
e éducatif marocain et la recherche scientifique
nationale, en s’engageant dans ce métier si noble et si passionnant.
Un des engagem
ents que nous avions pris lors de notre précédente session (2010), celui de créer un journal scientifique, com
portant des articles originaux du meilleur
niveau, est depuis cette semaine chose faite - son nom
est «Frontiers in Science and E
ngineering»; il sera semestriel; il vient s’ajouter aux autres publications déjà assurées
par notre Académ
ie, la Lettre de l’A
cadémie (trim
estrielle), le Bulletin d’inform
ation de l’A
cadémie (sem
estriel) et les Actes des sessions plénières solennelles ou ordinaires.
Sur le plan international, l’Académ
ie a poursuivi son action en développant ses liens de coopération bilatérale et m
ultilatérale et en renforçant la présence de la recherche m
arocaine à l’échelle internationale. Elle vient ainsi d’être élue à la vice présidence
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
18du NA
SAC
africain (Réseau A
fricain des Académ
ies des Sciences); elle a également
participé aux grandes réunions internationales scientifiques tenues en 2010, celle de l’IA
P à Londres, celle de la T
WA
S à Hyderabad (Inde), ainsi qu’aux activités initiées
par le GID
; elle vient de participer en janvier dernier à l’UN
ESC
O (Paris), sur invitation
spéciale de l’UIC
PA (U
nion Internationale de Chim
ie Pure et Appliquée), au lancem
ent de l’année internationale de la chim
ie.
Ce sont là quelques unes des actions m
enées par notre Institution durant l’année 2010; l’ensem
ble et le détail des actions menées durant l’année écoulée seront présentés et
discutés lors de la séance prévue à cet effet le Vendredi 18 m
ars au matin.
Excellences,
Mesdam
es, Messieurs,
Je voudrais présenter mes rem
erciements les plus chaleureux à M
onsieur le Ministre de
l’Industrie, du Com
merce et des N
ouvelles Technologies pour sa participation active avec nous à cette cérém
onie d’ouverture, à toutes les personnalités qui nous ont honorés de leur présence à l’ouverture de nos travaux. Je rem
ercie également les ém
inentes personnalités scientifiques, venues de l’extérieur et de l’intérieur du R
oyaume, qui ont accepté notre
invitation et qui vont présenter des conférences ou des comm
unications scientifiques au cours de cette session. Je leur souhaite la bienvenue parm
i nous. Mes vifs rem
erciements
s’adressent également à nos collègues africains, m
embres du N
ASA
C qui nous honorent de
leur présence. Mes rem
erciements vont égalem
ent au Secrétaire Perpétuel de l’Académ
ie du R
oyaume, m
on collègue et ami Professeur A
. Berbich, et à tout le personnel de cette
Institution pour l’aide permanente qu’ils apportent à notre A
cadémie.
Je voudrais aux termes de cette allocution saluer toutes les instances de notre A
cadémie et
tout son personnel administratif et technique pour leur m
obilisation permanente au service
de notre Académ
ie, et notamm
ent pour les efforts qu’ils ont consentis dans la préparation de cette session. Souhaitons sa réussite, et à notre A
cadémie souhaitons-lui d’agir en vue
de se rapprocher toujours plus de l’objectif qui lui a été fixé par son Protecteur, Sa Majesté
Le R
oi, «servir le pays et contribuer au développement de la science m
ondiale».
Je vous remercie pour votre attention.
19C
erémonie d’ouverture
LA
CH
IMIE
FAC
E A
UX
EN
JEU
X D
U
DE
VE
LO
PP
EM
EN
T D
UR
AB
LE
Pr. Jean-Jacques B
ON
NE
T
Mem
bre Associé de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et T
echniques
Pourquoi un évènem
ent sur la chimie en 2011?
- C’est une décision des N
ations Unies, de décem
bre 2008
- Chaque grand pôle scientifique peut profiter d’un évènem
ent de ce type :
2005 = Physique ; 2009 =
Astronom
ie…
- L’Ethiopie a présenté la résolution suivante :
«La chim
ie est essentielle à notre compréhension du m
onde et du cosmos. D
e plus, les transform
ations moléculaires sont au cœ
ur de la production de nourriture, de médicam
ents, de carburant, et d’innom
brables produits manufacturés et d’extraction. Tout au long de
l’année internationale de la chimie, le m
onde entier célèbrera cette science et ses apports essentiels à la connaissance, à la protection de l’environnem
ent et au développement
économique».
Les grands objectifs fixés pour l’année 2011 sont de :
Valoriser la prise de conscience et la com
préhension par le grand public de la façon dont la chim
ie peut répondre aux besoins mondiaux
Encourager l’intérêt des jeunes pour la science
Générer de l’enthousiasm
e face à l’avenir prometteur de la chim
ie
Célébrer la contribution des fem
mes à la science à l’occasion du 100
ème anniversaire de
l’attribution du prix Nobel de chim
ie à Marie Sklodow
ska-Curie.
----
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
20La session plénière solennelle de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et Techniques :
Saisit cette
opportunité pour
débattre de
la chim
ie, de
ses apports,
de ses
problématiques de son rapport avec le grand public,
Informera sur cette science, qui plus que toute autre, suscite des réactions par nom
bre de personnes qui ne la voient que d’un point de vue biaisé par des préjugés,
Ne poussera pas sous le tapis les questions sensibles de m
anière à gagner la confiance de tous pour établir une saine relation entre science et société,
Expliquera com
ment la C
himie (recherche et industrie) œ
uvre actuellement pour le
respect de l’environnement, de la santé et du bien-être.
La C
himie :
Est qualifiée de «science centrale» en raison des puissants liens qu’elle possède avec la
biologie, la physique ainsi qu’avec la médecine, la pharm
acie, l’informatique, la science
des matériaux et le génie des procédés,
Trois étym
ologies sont fréquemm
ent citées qui peuvent d’ailleurs être reliées :
l’une égyptienne, kemi, viendrait de l’ancien égyptien K
hemet, la terre (noire dans la
vallée du Nil),
la racine grecque se lie à cumeia, khum
eia qui signifie «magie noire»,
enfin certains étymologistes assurent que chim
ie provient de l’arabe الكيمياء, venant du grecque cum
eia, khumeia, m
ot venant de l’égyptien ancien kem qui désigne la terre
noire.
La C
himie est om
niprésente dans notre mode vie (photo, autom
obile, pharmacie,
peintures, hygiène, comm
unication…) et dans tous les secteurs industriels.
Elle est cependant m
ontrée du doigt avec insistance au point que «produits chimiques» et
«procédés chimiques» sont synonym
es de «péril». Une im
age «surexposée» par :
- les catastrophes : Bhopal, Seveso, Toulouse…
- des usages contestés : pesticides, plus globalement biocides…
- les nuisances : odeurs, rejets…
- les doutes : les produits «CM
R»…
- mais aussi : arm
es, intermédiaires pour stupéfiants…
Les C
himistes en tirent les enseignem
ents, agissent et sont les plus réglementés.
La C
himie et le développem
ent durable :
«C’est
un m
ode de
développement
qui vise
à répondre
aux besoins
actuels sans
comprom
ettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs» (rapport de 1987 de la C
omm
ission mondiale sur l’environnem
ent et le développement des N
ations Unies
dit rapport Bruntland). D
éveloppement durable ou soutenable?
••••
---
21C
erémonie d’ouverture
Le développem
ent des Sciences de la Chim
ie (Catalyse, C
himie organique, C
himie
analytique, Polym
ères, Matériaux, C
inétique, Biochim
ie, Microbiologie, F
ermentations,
Génie des procédés, C
himiom
étrie, Modélisation m
oléculaire…) est un im
pératif pour faire face aux grands défis planétaires. C
e sont des Sciences clés pour l’avènement d’un
«Développem
ent Durable».
Nom
breux sont les acteurs de la Chim
ie qui œuvrent dans ce sens. L
es chercheurs ainsi que de nom
breuses organisations/entreprises, nationales et internationales, ont intégré ce concept dans leurs réflexions et actions stratégiques.
La C
himie durable
Fait référence à un processus qui prend en compte l’ensem
ble du cycle de vie du produit.
La C
himie verte :
L’Agence pour la protection de l’environnem
ent lance le mouvem
ent pour la chimie verte
en 1990 : «Développer des technologies chim
iques innovantes pour réduire ou éliminer
l’emploi et la form
ation de substances dangereuses dans la conception, la fabrication, l’utilisation des substances chim
iques».
La chim
ie verte est en plein essor. Encouragée par la raréfaction prévue à plus ou m
oins long term
e des ressources fossiles, elle est devenue un axe prioritaire de la recherche et de l’industrie.
Mais que recouvrent les term
es de chimie verte, chim
ie durable ou encore chimie du végétal?
Les 12 com
mandem
ents de la «Chim
ie Verte» :
Éviter les rejets plutôt que d’avoir à les traiter
Utiliser le m
aximum
des atomes m
is en jeu dans la réaction
N’utiliser
et ne
produire que
des produits
non toxiques
pour l’hom
me
et l’environnem
ent
1.2.3.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
22
Le produit recherché doit être efficace avec la toxicité la plus réduite
Lim
iter les auxiliaires de synthèse (solvants, agents de séparation) -
Lim
iter les dépenses énergétiques pour réaliser les réactions
Rechercher les m
atières premières renouvelables
Éviter les schém
as de synthèse avec protection - déprotection
Rechercher les réactions catalytiques
Les
produits de
synthèses doivent
être conçus
pour ne
pas persister
dans l’environnem
ent et ne pas donner de produit de dégradation instable
Rechercher les techniques d’analyses et de contrôles en ligne
Rechercher des produits et procédés m
inimisant les risques d’accidents
Résultats attendus pour l’industrie et la société :
Durant sa session plénière solennelle 2011
L’Académ
ie Hassan II des Sciences et Techniques, com
muniquera, au travers de divers
exposés, sur «La C
himie Face aux E
njeux du Développem
ent Durable».
M
ais comm
uniquer, ce n’est pas s’imposer à coup de techniques prom
otionnelles; c’est au contraire échanger entre points de vue différents et accepter les controverses.
Place donc aux comm
unications et aux échanges !
4.5.6.7.8.9.10.
11.
12.
23C
erémonie d’ouverture
AL
LO
CU
TIO
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DE
L’IN
DU
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IE,
DU
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LE
S T
EC
HN
OL
OG
IES
Ahm
ed Réda C
HA
MI
Ministre de l’Industrie, du C
omm
erce et des N
ouvelles Technologies
Monsieur le P
résident du Conseil E
conomique et Social,
Monsieur le M
inistre,M
onsieur le Secrétaire Perpétuel de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et Techniques,M
esdames et M
essieurs les académiciens,
Mesdam
es et Messieurs,
C’est vraim
ent un plaisir et un honneur que d’être ici aujourd’hui et de m’adresser à une
audience d’académiciens. Je m
e sens humble. J’ai toujours eu beaucoup de respect pour
ce qu’on appelle les «beautiful minds» et j’espère que je pourrai contribuer un tant soit
peu à la réflexion et au débat d’aujourd’hui.
Monsieur le Secrétaire Perpétuel, vous avez parlé effectivem
ent des applications diverses et variées de la chim
ie et vous avez dit en fait que la chimie est vraim
ent au cœur du m
onde d’aujourd’hui. V
ous aurez raison, c’est ce que je me suis dit ce m
atin en m’habillant, j’ai
dit «vive la chimie», parce que grâce aux vêtem
ents que j’allais porter j’allais pouvoir me
présenter devant ce parterre d’académiciens.
En ce qui concerne la chim
ie et le Maroc, la production s’élève aujourd’hui à 30,3 M
DH
et ça correspond à :
12% de l’industrie nationale,
33% des IC
PC (Industries chim
iques et para-chimiques),
44 MD
H de chiffre d’affaires,
26.500 emplois dans toutes les filières, ce qui est à peu près 5%
de l’emploi industriel,
251 entreprises dont une majeure (l’O
CP et ses filiales),
11,5% de valeur ajoutée de l’industrie nationale,
21% en term
es d’investissements à l’échelle nationale.
-------
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
24La chim
ie regroupe des activités très variées comm
e la chimie de base, des produits
agro-chimiques, les peintures, les savons et les détergents, les cosm
étiques, les produits d’entretien et la fabrication d’autres produits chim
iques. Mais, en fait, quand on regarde
un peu mieux cette chim
ie, la production se répartit en :
activités des phosphates et des engrais (c’est à peu près la part du lion) : 52%,
l’activité pharmaceutique et parapharm
aceutique : 20,4%peintures et vernis : 10%
,cosm
étiques et détergents : 14%,
autres activités chimiques : 3,4%
.
Clairem
ent, l’activité chimique est dom
inée au Maroc par les activités de l’O
CP, donc
autour de tout ce qui est activités des phosphates et engrais. De plus en plus, vu les projets
importants de développem
ent de l’OC
P, cette part devrait grandir, mais notre défi à nous
c’est de nous assurer que les autres activités de la chimie continuent à progresser aussi.
On pense qu’il y a aujourd’hui beaucoup de choses intéressantes à faire et je parlerai de
cela dans quelques minutes.
Quand on regarde les exportations, on constate qu’elles ont bien progressé jusqu’en 2008
puis elles ont régressé en 2009 pour une raison bien évidente c’est que l’année 2008 a été une année exceptionnelle pour l’O
CP en m
atière d’exportations. Ce qui fait que cette année
2008 est un chiffre qui est hors statistiques correspondant à une envolée des prix au niveau m
ondial que ce soit de la roche ou des engrais et bien sûr une demande extrêm
ement forte
induite par ce qu’on appelle la révolution verte, et qui continue bien sûr à être d’actualité aujourd’hui, c’est-à-dire que de par le m
onde – en Afrique notam
ment – on va voir de plus
en plus d’utilisation d’engrais et donc un marché qui devient de plus en plus im
portant.
En ce qui concerne la valeur ajoutée, elle aussi a connu une forte augm
entation en 2008 et régression en 2009 pour un peu les m
êmes raisons.
Si je m’intéresse à l’em
ploi, c’est un emploi qui varie, qui augm
ente, nous somm
es à plus de 26.000 em
plois dans ce secteur. On pense qu’il y a encore beaucoup de potentiel et j’en
parlerai aussi dans quelques instants. Quand on com
pare cet emploi à d’autres industries,
on trouve que l’industrie chimique représente 5%
du total des emplois en com
paraison avec l’industrie agro-alim
entaire (21%) ou à l’industrie du textile et du cuir (37%
). C
lairement, il y a une forte contribution à la valeur ajoutée et une faible contribution à
l’emploi, c’est spécifique un peu à cette industrie.
Quelle a été la vision des pouvoirs publics pour développer les industries chim
iques et para-chim
iques. D’abord, nous som
mes partis du m
ême constat que celui de m
onsieur le secrétaire perpétuel de l’A
cadémie, c’est-à-dire que :
aujourd’hui la chimie est au cœ
ur de tout ce qu’on fait, deuxième chose, le M
aroc a lancé des program
mes très im
portants de développement économ
ique et des stratégies sectorielles. Q
uand le ministre de l’agriculture dit qu’il veut développer le «Plan M
aroc V
ert» et donc développer l’agriculture de demain, beaucoup de chim
ie va être associée à ce développem
ent que ce soit au niveau des engrais ou des serres par exemple. C
’est la m
ême chose au niveau de l’industrie, quand on dit qu’on veut développer l’industrie
automobile, là-dedans on va trouver beaucoup de m
atériaux et donc beaucoup de chimie
associée à cette industrie. Il nous a apparu clair qu’il fallait accompagner ces stratégies
sectorielles par un développement des industries chim
iques et para-chimiques au M
aroc.
-----
25C
erémonie d’ouverture
Nous avons lancé une étude stratégique qui consistait à faire un diagnostic et un
benchmark de l’ensem
ble des industries chimiques et para-chim
iques sachant qu’on a pris 15 filières porteuses, les activités sont assez disparates, on va trouver des acteurs qui sont des m
astodontes mondiaux et donc il fallait une logique à m
ême d’intégrer l’ensem
ble de ces acteurs. E
t pour être sûr de ne pas louper le coche, on s’est dit construisons une grande partie de la stratégie autour de l’O
CP. D
onc dans cette étude stratégique qui a été lancée, M
. Terrab qui est le Président de l’OC
P et moi-m
ême nous supervisons le com
ité de pilotage pour assurer que cette vision intégrée apparaisse dans l’étude elle-m
ême.
Nous avons pratiquem
ent fini toute la phase diagnostic (benchmark et stratégie) et nous
somm
es dans une phase de finaliser le master plan et donc concrètem
ent que faire pour développer les 15 filières qui ont été identifiées par cette étude?
Voilà ce qu’a révélé l’étude et voilà pourquoi cette réflexion de départ s’est absolum
ent avérée correcte et prouvée par les faits :
en 2007, le chiffre d’affaires était de 44,24 MM
DH
, on pense qu’en 2020 le chiffre doit atteindre jusqu’à 120 M
MD
H. E
n termes de contribution au PIB
, on passera de 14 à 38 M
MD
H et en term
es d’emploi on peut passer de 39.600 à 90.500.
En ce qui concerne les grands leviers identifiés, les actions sont spécifiques à cette industrie :
tout d’abord la dynamisation de la recherche-développem
ent que ce soit pour les ICP au
Maroc (collaboration entre la fondation M
ascir et l’OC
P pour trouver des sujets de recherche com
muns). Il y a des leviers attraction de com
pétences et investissements, la structuration
des filières avec un focus sur les filières de recyclage, la compétitivité des facteurs (énergie,
accès aux matières prem
ières,…) qui devient critique, et enfin la dynam
isation de la dem
ande que ce soit au niveau consomm
ation locale ou au niveau exportations avec des m
esures bien précises sur ces différents leviers qui ont été identifiés.
Parlons maintenant de ce qu’on fait au M
aroc pour inscrire le développement de la chim
ie dans le développem
ent durable. Clairem
ent que l’industrie, et l’industrie chimique
en particulier, ne peut se développer aujourd’hui sans cette donnée de protection de l’environnem
ent et du développement durable. Sa M
ajesté Moham
med V
I a été très m
oteur dans cette logique là puisqu’il a impulsé différents chantiers que ce soit au niveau
de la protection de l’environnement (charte de l’environnem
ent, différentes lois), les énergies renouvelables et j’en oublie sûrem
ent…
Au M
aroc, on dit que :
Il faut prévenir la pollution à l’amont plutôt que le contrôle en fin de chaîne de production,
donc je vais revenir sur les lois qui nous permettent de faire ça.
Deuxièm
e des choses : il faut absolument utiliser les m
atières premières et les ressources
naturelles.
Troisièm
e des choses : comm
ent encourager l’utilisation des techniques et des technologies qui sont des technologies dites propres, et
Quatrièm
ement, encourager la prom
otion des activités industrielles qui contribuent à la préservation de l’environnem
ent.
Pour im
plémenter cette stratégie de développem
ent industriel durable, on a lancé plusieurs projets de vulgarisation de ce concept depuis 1995 :
D’abord la prom
otion du concept de développement durable au sein de l’industrie
nationale. Pour nous, et c’est important en tant que M
aroc, on est un pays qui est en
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
26train de construire son industrie mais aussi son agriculture, je dirais toutes les activités
économiques, il faut qu’on le fasse et il faut qu’on arrive à inscrire cette notion de
développement durable dans tout ce qu’on fait. V
oilà un peu, si vous voulez, l’idée de base; ensuite qu’est-ce qu’on fait. E
n amont, on va contrôler, on fait sortir des lois qui
réglementent les rejets industriels. E
st-ce que les standards que nous avons retenus sont au m
ême niveau que les standards européens? L
a réponse est non. Est-ce qu’on va arriver
dans le temps? L
a réponse est oui, parce que nous somm
es dans une phase où nous avons des industries qui sont là et il faut les accom
pagner progressivement à rejoindre
ces standards qui semblent être de bons standards au niveau des rejets industriels. Si on
devait aujourd’hui appliquer les standards européens aux entreprises marocaines, on en
fermerait un grand nom
bre. Donc, cette logique de développem
ent qui prenne en compte
l’environnement est inscrite et elle va être progressive dans le tem
ps.
Nous avons signé aussi une loi sur les rejets atm
osphériques.
Nous travaillons sur la gestion de la consom
mation de l’eau dans le secteur industriel.
L’amélioration de l’efficacité énergétique est absolum
ent un point important pour nous
et pour le Ministère de l’E
nergie avec lequel nous somm
es liés par une convention de partenariat. L’idée est d’accom
pagner les entreprises industrielles à faire un audit énergétique et ensuite à m
ettre en place les outils qu’il faut pour réduire leur consomm
ation énergétique. N
ous avons des mécanism
es publics pour payer une partie de la facture aussi bien au niveau de l’audit qu’au niveau des équipem
ents pour la mise en place de ces
bonnes pratiques.
Dernier volet, com
ment développer la chim
ie verte, éliminer l’utilisation et la synthèse de
produits dangereux. Quand on regarde les progrès qui ont été réalisés de par le m
onde en m
atière de «chemical leasing and responsible care», on se rend com
pte qu’on peut aller jusqu’à des réductions de 70%
de l’utilisation de la matière chim
ique.
Ces actions viennent vraim
ent assister les opérateurs économiques à intégrer cette
stratégie de développement durable. Il y a tout un travail (inform
ation, formation, audit,
promotion de l’utilisation de l’énergie propre et d’autocontrôle) à faire avec eux pour les
amener à intégrer ces différentes m
esures. C’est pour cela que nous avons m
is en place le «C
entre marocain de production propre». C
e centre a été mis en place par le m
inistère et par la C
GE
M (C
onfédération Générale des E
ntreprises Marocaines) com
me outil de
sensibilisation, d’information, de form
ation et d’assistance technique. C’est vraim
ent l’outil qui est à la disposition des industriels et qui sert d’interface entre les pouvoirs publics et les opérateurs, perm
ettant ainsi la mise à niveau environnem
entale des entreprises sachant qu’aujourd’hui le M
aroc s’est doté d’un arsenal juridique extrêmem
ent étoffé (loi sur l’eau, loi sur la gestion des déchets, loi sur le littoral, lutte contre la pollution de l’air, loi sur les études d’im
pact sur l’environnement). Sachez qu’aujourd’hui lorsqu’il y a un
grand projet d’investissement, nous exigeons des études d’im
pact sur l’environnement et
cela fait partie de la construction de cette industrie et du développement durable dans le
respect de l’environnement.
Enfin, nous contribuons à renforcer la politique environnem
entale du pays puisqu’on peut proposer aussi certaines am
éliorations ou de nouveaux outils pour aider les entreprises à com
plètement intégrer ce développem
ent durable.
Je vous remercie pour votre attention.
27C
erémonie d’ouverture
FR
OM
SUN
AN
D W
AT
ER
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EN
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EW
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O) C
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LS A
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EL
EC
TR
OLY
SER
S
Pr. M
arc FO
NT
EC
AV
E
Mem
bre de l’Académ
ie des Sciences,P
rofesseur au Collège de F
ranceL
aboratoire de Chim
ie et Biologie des M
étaux, U
MR
CE
A-C
NR
SU
niversité J. Fourier n° 5249, G
renoble
Catalysis occupies a central position in the synthetic «green chem
istry» strategy of the future, because it is energy-saving, m
ore economical, m
ore environmentally friendly
(reduced wastes). A
s a matter of fact, a large proportion of produced m
aterials from the
chemical and pharm
aceutical industry is made by using catalytic processes currently.
The m
ost impressive catalysts are in N
ature: enzymes are fascinating proteins w
hich are responsible for the extraordinary rates and selectivities of biological reactions. T
his explains w
hy an increasing impact of biocatalysis is expected to change the production
of chemical com
pounds, drugs and materials. T
his is already the case today through the increasing developm
ent of biotechnological synthetic processes based on purified recom
binant enzymes or over-expressing bacterial strains. H
owever new
strategies, w
hich aim at understanding and thus exploiting life and nature by rebuilding it, are
emerging. For exam
ple, bioinspired (rather than biomim
etic) chemistry uses the potential
of synthetic chemistry to generate a great diversity of “analogues” of enzym
e active sites, w
ith comparable activities and selectivities.
One of the grand challenges of tw
enty-first century chemistry is to convert abundant energy-
poor molecules to energy rich m
olecules using sunlight as the energy source. Hydrogen
from w
ater is such a solar fuel. How
ever its production and use currently depend on noble m
etals such as Platinum w
hich are expensive and not abundant enough. Viable renew
able energy system
s will require new
catalysts made from
earth-abundant materials, cheap and
robust. We w
ill describe our bioinspired strategy, aiming at reproducing the active sites of
hydrogenases, fascinating metalloenzym
es found in living microorganism
s. This has led
to remarkable C
obalt-based and Nickel-based (photo) catalysts for hydrogen production
and oxidation to be exploited in electrolyzers and fuel cells.
29
PR
EM
IÈR
E SÉ
AN
CE
SUR
LE
TH
ÈM
E G
ÉN
ÉR
AL
DE
LA
SESSIO
N
31P
remière séance sur le thèm
e général de la session
DÉ
SIGN
AT
ION
DU
NO
UV
EA
UD
IRE
CT
EU
R D
ES SÉ
AN
CE
S
Pr. O
mar F
assi-Fehri (Secrétaire Perpétuel)
Mesdam
es et Messieurs,
Avant de passer à la phase suivante de nos travaux à savoir l’élection d’un
nouveau Directeur des Séances pour l’année qui com
mence, je voudrais
vous faire part des excuses d’un certain nombre de collègues parm
i nous qui n’ont pas pu assister avec nous à cette session. Pour certains, m
alheureusement à cause du report qu’on
a dû décider par rapport à la première date fixée, d’autres pour des engagem
ents qui les rendent indisponibles toute l’année. Il s’agit de nos collègues :
Malik G
hellab qui est actuellement aux E
tats-Unis pour toute l’année,
Philipe Taquet à qui nous souhaitons un prompt rétablissem
ent,John O
’Reilly et M
arcello Vasconcellos, excusés,
Moham
ed Besri qui se trouve en ce m
oment en T
urquie,L
e Prix Nobel Suzum
o Tonegawa qui devait passer cette période au Japon, et à cette
occasion nous ne pouvons que nous incliner à la mém
oire de toutes les victimes du m
alheur qui vient de frapper le Japon, suite au Tsunam
i et à la catastrophe de Fukushima
Moham
ed Berriane qui est en m
ission au Portugal,R
ajae El A
ouad fatiguée et à qui nous souhaitons un prompt rétablissem
ent.
Com
me je l’ai annoncé, nous devons procéder d’après le D
ahir, et les statuts de notre A
cadémie à la nom
ination du nouveau Directeur des Séances. A
lors si vous le permettez,
je propose notre collègue mem
bre résident le Pr. Ahm
ed El H
assani pour présider nos sessions durant l’année qui com
mence.
La proposition est acceptée.
Pr. D
riss Aboutajeddine (D
irecteur des Séances sortant)M
a mission étant term
inée, j’ai eu l’honneur et le plaisir de diriger les séances pendant une année et succéder à d’ém
inents académiciens, je
cède donc la place à mon am
i et néanmoins ém
inent collègue Pr. Ahm
ed E
l Hassani.
Pr. A
hmed E
l Hassani (N
ouveau Directeur des Séances)
Je voudrais tout d’abord remercier l’ensem
ble des académiciens d’avoir
bien voulu m’accorder cette confiance de diriger les débats pendant
l’année en cours, et sans trop tarder je vais tout de suite donner la parole au prem
ier orateur le Pr. Mostapha B
ousmina qui va nous parler des
«récents développements de la chim
ie et des défis futurs».
•••••••
33P
remière séance sur le thèm
e général de la session
L’EV
OL
UT
ION
, LE
S RE
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NT
ES A
VA
NC
EE
SE
T L
ES D
EF
IS FU
TU
RS D
E L
A C
HIM
IE
Pr. M
ostapha BO
USM
INA
Chancelier de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et T
echniques
Monsieur le Secrétaire Perpétuel de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et Techniques,M
onsieur le Secrétaire Perpétuel de l’Académ
ie du Royaum
e,M
onsieur le Directeur des Séances,
Chers C
ollègues, H
onorables invités,
Il me fait grand plaisir de vous parler aujourd’hui de cette m
erveilleuse science qu’est la chim
ie. Dem
ain, nous aurons des présentations sur l’aspect économique de la chim
ie, aussi bien au M
aroc qu’à l’étranger, et aussi des présentations sur le volet sécurité, et pour ne pas faire redondance, je ne vais pas aborder ces deux thèm
es importants et je vais
plutôt me consacrer à l’aspect scientifique de la chose en relatant de façon non exhaustive
l’évolution de cette chimie, les récentes avancées dans le dom
aine et finalement quelques
défis majeurs pour la chim
ie et le chimiste de dem
ain.
La chim
ie est une science de la nature qui a su développer au cours des siècles son propre m
ode de raisonnement et de fonctionnem
ent, son propre langage et elle s’intéresse aux briques élém
entaires et les réactions et interactions entre ces briques qui constituent toute m
atière vivante et inanimée com
posant l’univers. Elle est par excellence m
ultidisciplinaire et un des socles im
portants du savoir scientifique en fournissant matériaux et outils
d’analyses aux autres branches de ce savoir: A la physique, elle fournit les m
atériaux fonctionnels pour étudier leurs propriétés m
écaniques, thermiques, optiques, électriques et
magnétiques. E
lle aide la biologie à comprendre ce qui se passe à l’intérieur et à l’extérieur
de la cellule et des organismes; elle m
et à la disposition de l’agriculture des pesticides, des engrais et des fertilisants qui la rendent de plus en plus perform
ante; elle prépare pour la géologie les produits chim
iques et les techniques d’analyses pour sonder le sol et identifier ses com
posantes; pour la médecine des outils de diagnostic et de traitem
ent et
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
34pour la pharmacie des m
olécules de plus en plus efficaces et de plus en plus spécifiques; som
me toute, la pharm
acie est par essence presque entièrement chim
ique.
Elle est de ce fait au cœ
ur du développement scientifique et elle se nourrit de plus en plus d’une
modélisation qui perm
et de comprendre les structures m
oléculaires, les réactions chimiques, et
dans certains cas, de prévoir mêm
e à l’avance les structures d’intérêt avant de les synthétiser.
La chim
ie est aussi au cœur du développem
ent technologique, et sans elle bon nombre
de secteurs industriels n’auraient pas pu atteindre le développement qu’ils connaissent
actuellement ou n’auraient sim
plement pas pu voir le jour, car elle leur fournit les
matériaux de base à partir desquels on fabrique des puces électroniques, des structures
de plus en plus robustes tout en étant légères pour l’aérospatial et l’automobile; des
médicam
ents; des détergents; des produits de conservation et d’emballage; des produits
pour le traitement, la filtration et le dessalem
ent de l’eau; des matériaux pour l’énergie,
pour l’agroalimentaire, pour la m
édecine et la pharmacie, pour le secteur de la construction
et des loisirs et j’en passe. A vrai dire, on peut affirm
er sans vraiment se trom
per, qu’il n’y a pas un seul foyer au m
onde, et mêm
e dans les coins les plus reculés où il n’y pas au m
oins un seul produit issu de la chimie et du travail du chim
iste qui combine atom
es et m
olécules pour obtenir une myriade de structures et de fonctionnalités.
Figure 1 : L
iens entre la chimie et les autres
branches scientifiques.F
igure 2 : Apport de la chim
ie aux différents secteurs industriels.
Le début de cette chim
ie remonte à loin et je dirais m
ême très loin : tout au début de
l’apparition du premier grain de l’univers. D
ans les tous premiers instants suivant le
Big B
ang, c’était plutôt de la physique; on dirait aujourd’hui de la physique des hautes énergies. L
e grumeau de l’univers était extrêm
ement dense et chaud, puis suite à son
expansion, il y a eu refroidissement et les quatre forces fondam
entales (électromagnétique,
gravitationnelle, forte et faible) se sont séparées. La force gravitationnelle et la force forte
ont fait par la suite leur travail en agglutinant les particules élémentaires pour form
er d’abord un noyau puis par la suite de l’hydrogène, du deutérium
et de l’hélium suivi
par la formation d’étoiles qui à leur tour ont pu générer d’autres atom
es plus lourds. Les
atomes se sont assem
blés grâce à la force électromagnétique engendrant l’apparition de
molécules avant l’apparition de la vie ! Tout cela a suivi en quelques sortes un chem
in évolutif et il est un peu régi par un m
écanisme D
arwinien à l’échelle de l’U
nivers.
35P
remière séance sur le thèm
e général de la session
Figure 3 : É
volution des briques élémentaires
de la matière*.
Figure 4 : T
héorie atomique de D
émocrite.
L’homm
e n’a pu concevoir l’atome que tout récem
ment, soit environ 400 ans avant JC
dans le bassin de notre chère m
éditerranée, sur les bords de la mer É
gée, entre la Grèce
et la Turquie: à l’échelle du tem
ps de l’univers, ceci représente environ 10 millionièm
es de fractions de seconde. L’origine de cette découverte rem
onte à l’époque d’Em
pédocle (490-435 avant J.-C
.) et de Dém
ocrite (460-370 avant J.-C.) qui adorait boire du vin, d’où
son allure euphorique sur la photo. Pour obtenir le vin à cette époque, on mélangeait la
pâte de raisin fermenté et m
acéré avec de l’eau et on obtenait ainsi une mixture liquide
de couleur plus ou moins rougeâtre. D
émocrite se posa alors la question suivante : j’ai
mélangé un solide avec un liquide et du coup le solide a disparu : où est passée donc la
pâte solide?
Le chim
iste moderne dirait que le solide s’est dissout dans le liquide. M
ais la dissolution est un m
ot, vidé de sens s’il n’est pas relié à un concept, à un mécanism
e à l’échelle m
icroscopique. Pour expliquer cette disparition, Dém
ocrite imagina que la m
atière est form
ée par des entités élémentaires indivisibles et insécables qu’il appela ‘’A
tomes’’.
Mise dans l’eau, la pâte s’effrite et se subdivise en ses atom
es qui infiltrent l’espace interstitiel ‘’le vide’’ entre les atom
es de l’eau, et ainsi ils deviennent imperceptibles à l’œ
il. D
émocrite annonça qu’en changeant la quantité ‘’la concentration’’ de la pâte dans l’eau,
on change le nombre d’atom
es et par conséquent on change la couleur et la saveur du vin ainsi obtenu. Pour que cette intrusion puisse avoir lieu, D
émocrite stipula que les atom
es sont en perpétuelle agitation, anim
és d’un mouvem
ent aléatoire qui provoque le mélange.
Pour lui, les atomes sont les constituants élém
entaires et éternels de toute matière et ont
diverses formes : ils peuvent être sphériques, allongés et m
ême filam
enteux, et certains atom
es possèdent des crochets qui leur permettent de se com
biner et de s’agglomérer
pour donner des entités plus macroscopiques. Q
uant aux structures filamenteuses, elles
peuvent s’enrouler les unes sur les autres pour engendrer des hélices et ainsi de suite, et qu’à chaque atom
e correspond une matière différente avec des propriétés bien distinctes.
Voilà chers collègues et chers invités la vision et l’extraordinaire im
aginaire de Dém
ocrite, 400 ans avant J.-C
.
* Certaines im
ages des figures 3 et 4 et d’autres figures dans la suite du document ont été prises du
domaine public d’internet.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
36Cette idée, pourtant bien féconde, fut rejetée par A
ristote (384-322 avant J.-C.) qui ne
croyait pas à la notion du vide et décrivit la matière plutôt par quatre élém
ents : eau, air, terre et feu qui assurent le continuum
de l’espace et de ‘’l’être’’. Le vide pour lui est le
‘’non être’’ qui par conséquent ne peut pas être et donc il n’existe pas. Vu le charism
e et la notoriété du personnage (la grande autorité philosophique de l’époque, élève de Platon, m
aître d’Alexandre le G
rand et inventeur de la métaphysique, du syllogism
e, de la logique et de la m
éthode scientifique qui pour lui repose sur l’observation et l’abstraction), les idées d’A
ristote ont prévalu pendant presque deux mille ans sans que personne n’osa les m
ettre en doute, m
algré les quelques tentatives pour faire revivre la notion d’atomes et qui se sont
soldées par l’échec. Mêm
e Descartes rejetait la notion d’atom
es et du vide et avait élaboré une théorie du ‘’plein’’ basée sur la géom
étrie des tourbillons. La négation des atom
es et du vide a persisté jusqu’à l’arrivée de Pierre G
assendi (1592-1655), de Giordano B
runo (1548-1600) et de G
alileo Galileii dit G
alilée (1564-1642) qui contestèrent la pertinence et la prédom
inance du concept des quatre éléments et clam
èrent haut et fort, avec arguments
philosophiques à l’appui, l’existence des atomes. L
e premier était un hom
me d’église et fut
ignoré et écarté, Giordano B
runo en plus de son rejet du géocentrisme et de sa contestation
de la virginité de Marie fut brûlé vif et G
alilée qui clamait aussi l’héliocentrism
e et qui m
ontra que d’autres planètes peuvent constituer aussi un centre de rotation (Jupiter avec ses quatre satellites qui gravitent autour) fut condam
né à perpétuité.
Figure 5 : É
volution de l’histoire des atomes.
Figure 6 : Tableau périodique et découvertes
de Marie C
urie. M
algré ses nombreux détracteurs, la notion d’atom
e va toutefois s’installer peu à peu grâce au travail de nom
breux scientifiques : Francis Bacon ( 1561-1626), R
obert Boyle
(1627-1691), John Locke (1632-1704), Isaac N
ewton (1642-1727), A
ntoine Lavoisier
(1743-1794), Am
adeo Avogadro (1776-1856), M
ichael Faraday (1791-1867), Friedrich K
ekulé (1829-1896), James C
lerk Maxw
ell (1831-1879) et bien sûr le Grand John D
alton (1766-1844) qui précise et affine la théorie atom
ique. Celle-ci va finalem
ent s’imposer au
congrès mondial de C
himie, à K
arlsruhe en Allem
agne, en 1860.
Cette année 2011, nous célébrons l’A
nnée Mondiale de la C
himie et aussi le centenaire
de l’attribution du prix Nobel à une fem
me (M
arie Curie 1911) et qui avait découvert le
Radium
et le Polonium. M
ême si elle n’a pas été rem
arquée officiellement, nous fêtons à
vrai dire également le centenaire de la découverte de la structure de la m
atière de façon scientifique grâce au travail d’E
rnest Rutherford (1871-1937) : ce jeune N
éo-Zélandais
de 27 ans (Prix Nobel de C
himie en 1908) qui est parti au C
anada à l’université McG
ill à
37P
remière séance sur le thèm
e général de la session
Montréal pour étudier la radioactivité et il y découvrit les rayonnem
ents alpha et béta qui sont ém
is par des éléments radioactifs avec des vitesses et énergies énorm
es. Il constata qu’en bom
bardant une fine feuille de mica puis d’or avec des rayons alpha (particules
chargées positivement), presque la totalité de ces particules traversaient l’échantillon pour
scintiller sur un écran placé à l’arrière et que seule une très infime portion rebondissait
en arrière avec une certaine déflexion (en accord avec d’autres expériences de Geiger
et Marsden en 1909 sur une feuille d’or). L’atom
e étant neutre, Rutherford déduisit (en
1911) qu’il est constitué d’un noyau renfermant presque la totalité de la m
asse et de la charge positive et des électrons chargés négativem
ent. Ces électrons ont une taille
extrêmem
ent faible devant celle du noyau autour duquel ils gravitent dans le vide avec des vitesses vertigineuses (un tour est com
plété en un un temps avoisinant l’attoseconde
= 10
-18 s) et sont maintenus à des distances gigantesques par rapport aux dim
ensions du noyau et ainsi ils déterm
inent la taille finale de l’atome.
Pour se rendre compte de ces échelles folles et du vertige que nous procure la structure
de l’atome et par ricochet de la m
atière, imaginons que le noyau de l’atom
e est représenté par une balle de tennis (environ 6 cm
de diamètre); le diam
ètre de l’atome serait alors de
6 km (cent m
ille fois plus grand). Le noyau étant si petit et les électrons sont si loin, cela
voudrait dire que l’atome est rem
pli à 99.9999...% de vide! C
e vide est le berceau d’un extraordinaire cham
p de forces qui lie les électrons au noyau et qui maintient la stabilité
de la structure atomique.
S’il était possible de rompre ce cham
p et de vaincre les forces internucléaires et les forces électrom
agnétiques au point de comprim
er tous les atomes qui constituent notre corps
(rapprocher tous les électrons de leur noyau et tous les noyaux ensemble de m
anière à ne plus avoir de vide), alors la m
atière constituant les 7 milliards d’êtres hum
ains actuels tiendrait dans un espace encore plus petit que le volum
e de la balle de tennis de notre exem
ple.
Voilà l’extraordinaire découverte de R
utherford! À l’inverse de l’aphorism
e d’Aristote
qui disait que ‘’la matière a horreur du vide’’ (assertion qui continue à être faussem
ent utilisée, m
ême de nos jours), la m
atière est le siège par excellence du vide; elle est foncièrem
ent lacunaire avec peu de choses ‘‘peu d’être’’ et beaucoup de vide abritant une toile de cham
p de forces! La notion de continuité de la m
atière dans l’espace n’est qu’apparente. U
n morceau de bois parait plein et continu, m
ais à l’échelle microscopique,
on n’y verrait que des atomes vibrants dans un im
mense espace vide.
La création du vide partiel au laboratoire a été effectuée par E
vangelista Torricelli
(1608-1647) et par la suite par Blaise P
ascal qui reprit les expériences de Torricelli
(1623-1662) et en confirm
a le résultat. La physique m
oderne dote mêm
e le vide de propriétés com
me la perm
ittivité, la perméation m
agnétique, l’impédance et la
conductance et d’autres propriétés optiques et magnéto-optiques. Q
uant à la physique quantique, elle lui attribue une énergie (conséquence de l’incertitude de H
eisenberg) et des forces dues à ses fl
uctuations (forces de Casim
ir : force d’attraction entre deux plaques parallèles conductrices et non chargées).
Le calcul exact de la taille de l’atom
e fut donné par Niels B
ohr (1885-1962) qui reprit la représentation géom
étrique de Rutherford et calcula la taille de l’atom
e et trouva une valeur de l’ordre de l’A
ngström Å
(10-10m
).
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
38Puisqu’il est dans l’air du temps de fêter les anniversaires, voilà un autre anniversaire
oublié; celui d’Am
adeo Avogadro qui introduisit la notion de m
olécules en 1811 (il y a exactem
ent 200 ans) en annonçant une loi un peu curieuse : tous les gaz ayant le mêm
e volum
e et pris dans les mêm
es conditions de température et de pression renferm
ent le mêm
e nom
bre de molécules. A
vogadro faisait aussi la distinction claire entre atome et m
olécule (deux concepts confondus à l’époque). C
e nombre gigantesque (environ 6.02 10
23) fut déterm
iné presque un siècle plus tard en 1908 par Jean Perrin (1870–1942).
On ne peut pas parler des atom
es sans parler de Dim
itri Mendeleïev (1834-1907) qui com
prit que ceux-ci obéissaient à une certaine organisation et il les disposa sur un tableau de façon extrêm
ement ordonnée et périodique. Il com
prit aussi qu’il y a une évolution des propriétés de haut en bas et de gauche à droite du tableau. A
vec les tables astronomiques, voici le Tableau
le Plus Im
portant, le plus extraordinaire et le plus connu en science et par l’humanité. Tout
ce que nous sentons, voyons, touchons et mangeons est form
é par des briques qui sont dans ce tableau périodique. Tout ce qui est dans les cieux, dans les terres, dans les m
ers; tout ce qui est dans l’univers; toute m
atière vivante et inanimée est form
ée par des éléments qui sont dans
ce tableau périodique qui contient actuellement 118 élém
ents. En com
binant ces atomes, on
obtient des molécules ayant diverses structures et propriétés avec une m
atière solide, liquide ou gazeuse et autres états interm
édiaires (cristaux liquides, quasi-cristaux, etc.). Le nom
bre de com
binaisons possibles entre les atomes est extrêm
ement élevé et nous n’en connaissons
aujourd’hui qu’une infime partie. E
n outre, il n’y a qu’un pourcentage très faible parmi les
molécules synthétisées actuellem
ent par les chimistes qui est adéquatem
ent caractérisé.
Dans cette épopée de développem
ent de la chimie, la contribution des m
usulmans est
importante. O
n dirait aujourd’hui que c’était de l’alchimie; m
ais deux personnes dans l’histoire de la chim
ie (Jaber Ibn Hayyan 721-815 connu sous le nom
de Geber et Ibn Z
akariya al-Razi
865-925 dit Rhazès) ont fait un travail extraordinaire sur des opérations telles que la distillation,
la calcination, la sublimation, l’évaporation, la cristallisation et la dissolution. Ils ont inventé
ou amélioré un certain nom
bre d’appareils qui permettent d’effectuer des opérations com
me
la distillation (exemple de l’A
lambic) ou l’évaporation. O
n attribue à Geber la découverte de
l’acide sulfurique, de l’acide chlorhydrique, de l’acide acétique et de l’acide tartrique. Il a aussi am
élioré plusieurs procédés de fabrication de nombreux com
posés comm
e les métaux, les
oxydes métalliques et l’acier, et la protection de ceux-ci contre la rouille. Il a aussi développé
plusieurs procédés pour la fabrication des verres, des alcools, et des pigments, et il a égalem
ent proposé l’une des prem
ières nomenclatures servant de base à la classification.
Figure 7 : C
ontribution des musulm
ans.Figure 8 : Prem
ière synthèse chimique au laboratoire.
39P
remière séance sur le thèm
e général de la session
Ces deux personnes vont utiliser diverses techniques et procédés pour extraire, des
plantes, des molécules à vertus thérapeutiques et sans doute, ils étaient les précurseurs
de ce qu’on appelle aujourd’hui la pharmacie et le génie des procédés (certes de m
anière non quantitative).
Après les diverses opérations de transform
ation de la matière naturelle, l’expérim
entation a perm
is de découvrir la synthèse en laboratoire. Le défi était de partir des briques élém
entaires pour obtenir au laboratoire une m
olécule différente de ses composantes de base. C
ertes la fabrication de produits chim
iques à partir de composés de base était connue dans
l’Égypte antique, m
ais elle était réalisée de façon empirique sans connaissance d’atom
es ou m
olécules. Il s’agit en l’occurrence de la fabrication de la laurionite Pb(OH
)Cl qui entre
dans la composition des produits de m
aquillage pour le soin des yeux (Khol) et qui était
obtenue en mélangeant par brassage le litharge (oxyde de plom
b PbO) avec du sel (chlorure
de sodium) dans de l’eau tiède (H
2 O) : PbO
+ NaC
l + H2 O
Pb(O
H)C
I + NaO
H
La prem
ière synthèse de matière organique au laboratoire (l’urée H
2 N-C
O-N
H2 ), à partir
de briques élémentaires inorganiques (l’acide cyanique H
O-C
N et l’am
moniaque N
H3 )
fut réalisée par l’Allem
and Friedrich Wöhler (1800-1882). C
ette découverte majeure est
considérée comm
e le début de la chimie organique et aussi de la biochim
ie, et elle a permis
de démontrer qu’on pouvait produire au laboratoire un com
posé dont on pensait qu’il ne pouvait être obtenu que par les organism
es vivants. Ceci va, en conséquence, enterrer à tout
jamais un concept qui prévalait à l’époque et qui stipulait qu’on ne pouvait créer un com
posé au laboratoire sans l’intervention d’une force m
agique qu’on appelait la ‘‘force vitale’’.
A partir de ce m
oment-là, la chim
ie va évoluer de façon extraordinaire et beaucoup de chem
in a été parcouru jusqu’à aujourd’hui où le chimiste devient cet architecte, artiste et
créateur qui imagine des structures, puis les crée au laboratoire et leur donne des form
es bien déterm
inées sans l’intervention de cette ‘‘force vitale’’, simplem
ent en codant les briques élém
entaires et en leur donnant les formes requises pour qu’elles puissent
interagir. Les m
olécules se reconnaissent entre elles et s’auto-assemblent spontaném
ent pour générer une kyrielle de structures et de form
es différentes. La chim
ie moderne est
devenue ainsi la science, non seulement, de la synthèse (création), m
ais aussi du codage, de la reconnaissance et de la transm
ission d’informations.
Com
ment cela se produit-il ? D
’abord les atomes se lient entre eux par le truchem
ent de différents types de liaisons (souvent des liaisons covalentes) pour donner des m
olécules; ensuite les m
olécules se lient entre elles suite à des réactions chimiques ou encore suite à des
interactions impliquant des liaisons faibles (notam
ment des liaisons hydrogène) pour donner
des structures macroscopiques caractérisées par des fonctions et des form
es spécifiques.
Le prem
ier exemple est celui de la m
olécule la plus connue dans la nature : l’AD
N (acide
désoxyribonucléique). C’est une double hélice sem
blable à une échelle qui subit une torsion avec des m
arches qui sont formées par les quatre bases azotées : i) A
dénine : A,
ii) Thym
ine : T, iii) C
ytosine : C et iv) G
uanine : G. E
ntre A et T
, il y a deux liaisons hydrogènes et entre C
et G trois liaisons. C
ette combinaison A
-T et C
-G se fait de façon
naturelle par auto-assemblage. E
n effet, la molécule T
possède un azote dans son cycle arom
atique lié à un hydrogène et un oxygène lié au carbone. De l’autre côté, la m
olécule A
possède un azote intra-cycle et un azote lié à un carbone. Grâce à leurs structures
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
40électroniques, l’oxygène aime pom
per un proton et l’azote est susceptible de céder un proton (le partager avec un autre voisin). M
is face-à-face, une liaison hydrogène se forme
naturellement entre les deux atom
es et c’est le mêm
e partage qui se produit entre l’azote intra-cycle lié par des liaisons sim
ples des deux côtés dans T et l’azote lié par une liaison
double et une liaison simple dans A
.
Voilà l’extraordinaire jeu de solidarité et de don-réception entre le riche et le pauvre à
l’échelle atomique; entre l’espèce ayant un excédent d’électrons ou susceptible de donner
un proton et l’espèce souffrant d’un déficit d’électrons ou susceptible d’accepter un proton. C
eci engendre des liaisons fortes covalentes (mise en com
mun d’électrons) ou des liaisons
faibles (mise en com
mun de protons) perm
ettant la distribution équitable, mais non
égalittariste, des électrons et des protons (richesse) assurant ainsi la cohésion et la stabilité de la société des m
olécules. Ces liaisons nous rappellent les crochets de D
émocrite!
Ces liaisons et ces interactions se font naturellem
ent et spontanément et il n’y a nul besoin
d’intervention d’une quelconque ‘‘force vitale’’. Entre la thym
ine et la guanine, il y a deux liaisons hydrogène et entre la cytosine et la guanine, il y a trois liaisons et voilà le code génétique, le génom
e, qui est formé par ces briques : 4 lettres et 2 types de liaisons,
et c’est cela qui fait qu’on est un grain de riz, un dinosaure ou un être humain. D
evant chaque m
olécule T, il y a toujours une m
olécule A et devant G
il y a toujours C. C
e jeu de transfert d’électrons et de protons perm
et, en fait, le transfert de l’information entre
les briques mises face-à-face et on peut ainsi fabriquer des puces et des transistors en se
servant de l’AD
N et de m
olécules semblables.
Figure
9 :
Structuration de
la m
atière :
reconnaissance, interactions, auto-assemblage
et transmission de l’inform
ation.
Figure 10 : A
uto-assemblage pour la form
ation de la structure du virus de la m
osaïque du tabac.
On passe de la reconnaissance à la com
binaison et ensuite à la transmission d’inform
ations. E
n plus de la capacité d’interaction, la fonction de la reconnaissance nécessite l’adéquation entre des form
es idoines (reconnaissance de forme). C
’est une idée qui remonte à H
erman
Fischer (1852-1919, prix Nobel de chim
ie en 1902), un autre allemand qui introduisit le
concept de ‘‘la clef et la serrure’’ pour décrire les interactions enzyme-substrat. D
ès que la clef et la serrure possèdent les fonctions d’interactions et la bonne form
e pour s’emboîter,
elles s’emboîtent. E
t c’est cela qui régit, entre autres, le métabolism
e des organismes
vivants et le mécanism
e des traitements. U
n médicam
ent agit de la sorte en bloquant ou
41P
remière séance sur le thèm
e général de la session
en stimulant la synthèse ou la dégradation d’une substance endogène. C
’est aussi la base du fonctionnem
ent des agents pathogènes (bactéries, virus et parasites) et aussi du système
imm
unitaire impliquant, notam
ment, l’adhésion spécifique des anticorps à des antigènes
par le biais de la reconnaissance de forme et des interactions chim
iques spécifiques.
L’autre exemple est celui des cellules tueuses connues sous le nom
de «Natural killer
ou NK
cells», qui jouent un rôle crucial dans le système de défense hum
anitaire en lysant les cellules infectées par différents m
écanismes, incluant le relargage de granulés
cytoplasmiques appelés perforine et granzym
e qui, une fois les NK
s’adsorbent en surface via des interactions chim
iques spécifiques, atrophient la cellule qui meurt par apoptose
(mécanism
e cellulaire d’autodestruction). Prof. Majoral exposera dem
ain à ce sujet un exem
ple concret d’expériences montrant l’attaque des cellules cancéreuses par les N
K
dont le nombre est grandem
ent augmenté par l’utilisation des dendrim
ères (molécules
arborescentes et branchées).
Tous ces processus ont pour vecteur des interactions spécifiques de nature essentiellement
chimique : il y a une reconnaissance (souvent de form
e) et des interactions chimiques qui
permettent aux anticorps de se lier aux antigènes (souvent par des liaisons hydrogènes),
aux bactéries et aux virus d’attaquer une cellule via une interaction avec la mem
brane et aux cellules N
K de s’adsorber sur la cellule infectée et la lyser. C
’est de la biologie vue de façon m
acroscopique et c’est de la chimie vue de façon m
icroscopique et mécanistique.
En vérité, cette chim
ie ne concerne pas uniquement les liaisons et les interactions qui se
produisent intra et extracellulaire : elle est plus que cela, puisqu’elle est à la base de la constitution des organism
es eux-mêm
es.
Prenons l’exemple d’un virus com
me le virus de la m
osaïque du tabac. Ce virus est constitué
de brins de protéines qui s’auto-assemblent pour form
er des disques (les briques élémentaires)
en 2 dimensions. C
es disques s’assemblent en 3 dim
ensions pour donner ensuite un bâtonnet renferm
ant l’AR
N. Q
uel est le mécanism
e derrière une telle construction structurale?
Pour comprendre ceci, exam
inons de plus près la structure chimique des protéines de
base : elles contiennent d’un côté un oxygène qui a besoin d’un proton et de l’autre côté la fam
euse liaison NH
qui est susceptible de partager son proton (déjà expliqué pour l’A
DN
). Quand ces deux epèces sont m
ises face-à-face, les brins de protéines s’auto-assem
blent spontanément via des liaisons hydrogènes pour form
er des disques qui, à leur tour, interagissent pour s’auto-assem
bler par un autre mécanism
e appelé Pi-stacking pour croître dans la direction perpendiculaire à la surface des disques et ainsi donner la structure cylindrique qui renferm
e l’AR
N.
Cette form
idable organisation faite par la nature de manière spontanée en utilisant
l’auto-assemblage à l’aide des liaisons non covalentes (liaisons hydrogènes, forces
hydrophobes, interactions de van der Waals, interactions électrom
agnétiques, pi-stacking, et coordination m
étallique) peut, dans certains cas, être imitée au laboratoire en prenant
des molécules com
me celles des protéines, ou sim
ilaires aux quatre bases azotées de l’A
DN
(comm
e T-A, G
-C, inosine-uracile, guanidine-cytosine, guanine-uracile, inosine-
uracile, inosine-adénine, etc.) et autres structures cycliques ou linéaires pour synthétiser des m
olécules de différentes structures et fonctionnalités avec des formes isotropes
(sphériques) et anisotropes (lamellaires, cubiques, hexagonales, tubulaires etc). C
ette
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
42chimie supram
oléculaire est devenue maintenant tout à fait classique suite aux travaux,
entre autres (mais pas uniquem
ent), du Prof. Jean M
arie Lehn (1939, prix N
obel de chim
ie en 1987) avec une variété d’applications en biomatériaux et relargage de
médicam
ents, en électronique, en optique photonique, pour la fabrication des capteurs et des dispositifs de stockage et de transfert de l’inform
ation et aussi dans le domaine de
la filtration, de l’énergie solaire, et de la reconstitution cellulaire. On peut aussi utiliser
les techniques de polymérisation contrôlée pour obtenir des hom
opolymères ou des
copolymères avec différentes structures et applications presque identiques. C
’est le cas des hydrogels (com
me le PH
PMA
: poly[N-(2-hydroxypropyl)m
éthacrylamide] largem
ent utilisé pour la fabrication des lentilles de contact) qu’on peut rem
plir avec des peptides pour stim
uler la reconstruction cellulaire partielle de la moelle épinière telle qu’ observée
en laboratoire sur des chats, des singes et probablement bientôt sur l’hom
me.
Nous pouvons aussi utiliser l’auto-assem
blage à partir des micelles pour construire des
structures tridimensionnelles organiques, inorganiques, m
inérales et aussi hybrides avec une variété de form
es et fonctionnalités qui n’ont de limite que notre im
agination. Voici
un exemple présenté sur la figure ci-dessous (Fig. 11) et qui rapporte le diagram
me de
phases (température-concentration en deux dim
ensions à PH constant) de la topologie des
molécules am
phiphiles dispersées dans un solvant (exemple l’eau). C
es molécules, qui
ressemblent à des sperm
atozoïdes, contiennent une queue hydrophobe (qui n’aime pas
l’eau) formée par des chaines alkyles (C
H2) et une tête hydrophile (qui aim
e l’eau) qui peut être un acide, une am
ine, un alcool, une cétone ou des ions. Dispersées dans l’eau, ces
molécules adoptent différentes conform
ations : à faible concentration, les molécules sont
dispersées individuellement dans l’eau. U
ne fois la concentration dépasse la concentration m
icellaire critique (CM
C), les m
olécules s’auto-assemblent pour form
er des micelles
sphériques avec les queux qui s’assemblent et se m
ettent à l’intérieur pour échapper à la partie aqueuse et les têtes s’exposent à l’eau. Si on augm
ente la concentration et on dépasse une autre C
MC
(CM
C2), les structures sphériques s’alignent, telles les billes d’un
chapelet, et forment une structure cylindrique. E
n augmentant davantage la concentration,
la distance entre les cylindres diminue, ce qui engendre un auto-assem
blage conduisant à une structure hexagonale, puis une structure cubique (région très étroite) et enfin à très haute concentration et à tem
pérature élevée, nous obtenons une structure lamellaire.
Figure
11 :
Diagram
me
de phases
des m
olécules amphiphiles dans l’eau.
Figure 12 : O
rganogel pour la régénération cellulaire de la m
oelle épinière.
43P
remière séance sur le thèm
e général de la session
Com
me cette année nous célébrons égalem
ent le travail des femm
es en sciences, il est de circonstance de souligner le travail d’une fem
me extraordinaire, A
gnes Luise W
ilhelmine
Pockels (1862-1935); l’une des premières fem
mes connues en science m
oderne et qui a fait des contributions im
portantes dans le domaine de ces m
olécules amphiphiles.
Com
me, il lui a été interdit d’aller à l’université (c’est son frère qui y est allé, m
ais il n’a apparem
ment rien produit sur le plan scientifique), elle faisait des expériences dans
sa cuisine. Cette fem
me allem
ande, qui avait une vraie passion pour la science, a fait des expériences cruciales en raclant m
oult fois la surface de l’eau à l’aide d’un couteau et ainsi m
ontrer qu’elle est le siège de molécules am
phiphiles qui se placent à l’interface eau-air (tête hydrophile dans l’eau et queue hydrophobe à l’air) et changent ainsi la tension de surface de l’eau dont la m
esure variait avant d’un laboratoire à un autre due à la présence de ces m
olécules amphiphiles. E
lle contribuera de façon importante à la science des film
s m
inces qui a valu en 1932 le prix Nobel de C
himie à Irving L
angmuir (1881-1957).
Figure 13 : Structuration de la matière à l’échelle
nanométrique (structure lam
ellaire et poreuse).F
igure 14 : Nouveau procédé de synthèse
des nanotubes de carbone.
La diagram
me de phases illustré à la figure 11 était bien connu depuis longtem
ps, (à l’époque où la R
ussie était encors rouge, l’Afrique du Sud était encors blanche, et le
regretté M
ichael Jackson était encors noir), mais exam
inons maintenant com
ment
on peu en tirer profit et l’utiliser pour la mise au point de structures de plus en plus
complexes. O
n utilise des surfactants cationiques et on se met à la concentration induisant
la formation de la structure cylindrique. O
n réalise ensuite un échange ionique avec une source d’anions de silice conduisant à la condensation de la phase solide sur la surface du support organique. A
faible concentration, on obtient des sphères avec une peau solide et un cœ
ur organique. A haute concentration, on obtient un em
pilement lam
ellaire avec une partie inorganique solide et une partie organique m
olle; les deux séparées par une distance interfoliaire bien contrôlée. N
ous somm
es, en fait, en présence d’une structure artificielle sim
ilaire à celle de l’argile ne nécessitant aucune intercalation, puisque celle-ci est obtenue au cours de la synthèse. O
n peut aussi doter la surface solide de plusieurs espèces chim
iques pour la rendre conductrice d’électrons, d’ions ou encore de protons. O
n peut également changer la structure du surfactant (ou copolym
ère) et la nature de la surface pour des applications m
agnétiques (Fer, cobalt, nickel), de piégeage de molécules,
pour les cellules photovoltaïques, les piles à combustibles, pour les peintures, pour la
croissance cellulaire, et pour la fabrication des nanocomposites.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
44Figures
15 :
Différentes
structures de
la m
atière carbonée (diamant : hybridation sp
3, graphène : hybridation sp
2).
Figure 16 : Q
uelques propriétés des nanotubes carbones.
Si on se met dans la région à topologie hexagonale et on calcine le m
atériau pour dégrader la partie organique, on obtient des m
atériaux poreux avec une porosité extrêmem
ent bien contrôlée avec des pores uniform
es dont la taille est reliée à la longueur de la queue hydrophobe. L’exem
ple rapporté ici montre une structure poreuse bien calibrée et uniform
e avec des tailles de pores d’environ 5 Å
(Angstrœ
m) et une surface spécifique dépassant
les 1000 m2/g. C
ela veut dire que la surface d’un gramm
e de ce matériau est équivalente
en 2D à une surface de 100m
de longueur et de 10m de largeur. C
es matériaux ont une
multitude d’applications en catalyse, en filtration de solvants et de l’eau, en filtration des
longueurs d’ondes pour faire des filtres optiques, en chromatographie, en biocéram
ique (biom
atériaux), en stockage d’informations, etc.
Continuons
par un
autre exem
ple de
structuration de
la m
atière à
l’échelle nanom
étrique. On se sert de la structure m
icroporeuse (nanoporeuse) ainsi obtenue pour fabriquer d’autres nanostructures carbonées com
me les nanotubes de carbone.
Pour cela, on insère durant la synthèse à l’intérieur des pores un catalyseur com
me
le nickel, le cobalt ou le fer qui dégradent les molécules hydrocarbonées. L
e résultat est une structure poreuse avec un catalyseur incorporé sur la surface cylindrique interne des pores. O
n alimente ensuite les pores avec une source de carbone com
me
le méthane ou l’acétylène qui se dégrade en présence du catalyseur et se décom
pose en carbone et hydrogène. L’hydrogène étant volatile, il est soutiré du réacteur et le carbone reste et s’auto-assem
ble pour croître de l’intérieur de la structure en épousant sa form
e cylindrique et ainsi former des nanotubes de carbone à diam
ètre bien calibré. C
es expériences inédites ont été réalisées dans mon laboratoire au C
anada et ont nécessité la m
ise au point d’un réacteur hautement sophistiqué (qui n’est pas encore
breveté) et qui est actuellement au sein de l’institut de recherche que j’ai créé au
Maroc (IN
AN
OT
EC
H).
Ce nanotube de carbone est une feuille de graphène (m
atériau pour lequel on a attribué le P
rix Nobel 2010 à A
ndré Geim
1958- et Konstantin N
ovoselov 1974-) enroulée sur elle-m
ême et qui a des propriétés uniques en term
es de conductivité électrique et therm
ique, de densité de courant, de module d’Y
oung, de band-gap, etc.
45P
remière séance sur le thèm
e général de la session
On peut aussi obtenir le graphène à partir du graphite (m
atière avec laquelle est constituée la m
ine d’un crayon à papier) par exfoliation mécanique ou à partir d’oxyde de graphite
par intercalation chimique et exfoliation m
écanique. Le graphène est le seul exem
ple connu d’un cristal en deux dim
ensions (ce qui va à l’encontre de la théorie qui interdit l’existence d’un tel m
atériau à cause des instabilités dues aux fluctuations thermiques).
Ce m
atériau possède des propriétés étonnantes et inédites : des propriétés mécaniques
et thermiques dépassant de loin les m
atériaux classiques (200 fois plus dur et six fois plus léger que l’acier) et 3 fois plus conducteur therm
ique que le diamant à tem
pérature am
biante, matériau qui détenait jusqu’à date le record de conductivité therm
ique. Il a une m
obilité électronique 30 fois supérieure à celle du silicium avec une différence d’énergie
entre la bande de valence et la bande de conduction presque nulle (énergie de Fermi nulle).
Les électrons dans le graphène (carbone à hybridation sp2) ont un com
portement relativiste
comm
e des objets chargés et sans masse, sim
ilaires aux fermions de D
irac. La m
obilité des électrons dans le graphène est extrêm
ement élevée et vaut environ 15 000 cm
2V−
1s−
1 et sa résistivité et de l’ordre de 10
−6 Ω
cm, inférieure à celle de l’argent, connu com
me
ayant la plus basse résistivité à température am
biante. Ces propriétés font du graphène un
matériau unique pour des applications en électronique et spintronique, pour le stockage
de l’information, pour la fabrication de la nouvelle génération de cellules photovoltaïques
et des piles à combustible, des FE
D (Field E
mission D
isplay), des LE
D (L
ight Em
itting D
iodes), pour des applications de transfert de chaleur, de résistance mécanique, de
fabrication des capteurs, des matériaux m
agnétiques et nanocomposites fonctionnels.
On peut aussi m
odifier le graphène par insertion d’autres atomes com
me le silicium
ou le germ
anium qui sont situés dans la m
ême colonne en dessous du carbone dans le
tableau périodique et ainsi moduler ses propriétés électroniques. O
n peut aussi introduire des défauts, du fluor, du chlore ou hydrogéner com
plètement ou partiellem
ent la feuille du graphène pour obtenir des structures ‘’graphane’’ et ‘’graphone’’ avec de nouvelles propriétés, notam
ment m
agnétiques.
La chim
ie a ainsi développé différentes stratégies et procédés pour structurer la matière.
notamm
ent: la chimie com
binatoire, la chimie supram
oléculaire, la chimie en m
ilieu m
icellaire ou en solution favorisant les synthèses organiques et inorganiques et les polym
érisations par transfert de phase; électrosynthèse organique en milieu non aqueux;
chimie en m
ilieu supercritique; activation par ultrasons ou par microondes; activation
par hautes températures flash, la synthèse sol-gel, en m
icroémulsion et en m
icroémulsion
inverse, auto-assemblage, la synthèse à l’état solide tout en ayant de plus en plus conscience
de mener ces réactions et ces procédés en respectant les principes de la chim
ie ‘‘verte’’.
La figure 17 rapporte un exem
ple de synthèse par microém
ulsion. Cette technique consiste
à disperser des gouttelettes d’eau dans de l’huile (ou inversement) et les stabiliser par un
surfactant qui réduit la tension interfaciale et par ricochet réduit la taille des gouttelettes par agitation et les stabilise contre la coalescence en se plaçant à l’interface huile-eau. O
n apporte ensuite une source d’un alcoxyde m
étallique comm
e l’alcoxyde d’aluminium
(2Al-
(OR
)3 ) qui diffuse de la phase organique à la phase aqueuse à l’intérieur des gouttelettes
et ainsi réagit avec l’eau pour donner des nanoparticules d’oxyde d’aluminium
selon : 2A
l-(OR
)3 +
3H2 O
à Al2 O
3 + 6R
OH
. Dans ce cas, les gouttelettes agissent com
me des
nanoréacteurs permettant l’obtention de nanoparticules de différentes tailles et fonctionnalités.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
46Figure
17 :
Synthèse de
nanoparticules d’oxydes
métalliques
par la
technique de
microém
ulsion.
Figure
18 N
anoparticules avec
différentes tailles et form
es.
Ces différentes techniques ont perm
is de développer toute une série de matériaux
couvrant les différents secteurs de l’industrie moderne (F
ig. 18) : les polymères, les
cristaux liquides, les dendrimères, les m
étamatériaux, les quasi-cristaux, les M
etal-O
rganic Fram
eworks (M
OF
s), les zéolithes, les boites quantiques (quantum dots), les
aérosols, les gels, les oxydes métalliques et hybrides, les céram
iques, les matériaux
piézoélectriques, les matériaux à m
émoire de form
e, les matériaux hyper-élastiques,
les semi-conducteurs et supraconducteurs, les verres, pour ne citer que quelques
matériaux solides et la liste est trop longues incluant aussi bien des solides, des
liquides que des gaz.
Tous ces exem
ples, parmi d’autres, m
ontrent l’extraordinaire développement de
cette chimie avec des m
atériaux de plus en plus performants et les défis et les
développements futurs qui sont du ressort des chim
istes sont nombreux pour
répondre aux besoins grandissants de la société, tout en travaillant en étroite collaboration avec les physiciens, les biologistes, les ingénieurs et les m
athématiciens
(modélisation).
En 2050, on prévoit une population qui atteindrait environ 9 m
illiards; des énergies fossiles de plus en plus rares (les prévisions les plus optim
istes estiment
des réserves capables de satisfaire la consomm
ation mondiale à environ 60-
150 ans); une consomm
ation énergétique notamm
ent par les pays émergents
qui augmente de plus en plus; des changem
ents climatiques exacerbés et un
développement économ
ique et industriel accélérés qui engendrent un stress im
portant sur les ressources disponibles : sur la disponibilité en eau et en denrées alim
entaires, sur l’agriculture et sur la biodiversité et le développement
dans sa globalité.
47P
remière séance sur le thèm
e général de la session
Figure
19 :
Quelques
applications des
matériaux nanostructurés.
Figure 20 : V
ariation des propriétés des éléments
chimiques avec la nature, la taille et la form
e.
Les défis sont en conséquence nom
breux et le siècle présent connaîtrait vraisemblablem
ent des innovations scientifiques, techniques et technologiques im
portantes. Nous connaissons
actuellement 118 atom
es dont 90 sont d’origine naturelle et d’autres sont artificiels. D’autres
atomes seraient découverts dans le futur, soit à l’état naturel, soit fabriqués au laboratoire.
La théorie actuelle lim
ite le nombre m
aximum
d’atomes possibles à 130-135 élém
ents, m
ais des simulations sont en cours pour vérifier la possibilité de briser cette lim
ite.
Le nom
bre de combinaisons entre les différents atom
es et molécules est gigantesque et nous
ne connaissons qu’une infime fraction. Si on prend dans le tableau périodique uniquem
ent les atom
es allant jusqu’au fer, et nous calculons le nombre de m
olécules possibles, nous obtenons un chiffre dépassant le nom
bre d’Avogadro (10
23). Chaque jour, les chim
istes inventent de nouvelles m
olécules qui ne sont pas totalement caractérisées, d’où la nécessité
de la chimie théorique et des sim
ulations pour comprendre et prévoir leurs propriétés.
Jadis, il fallait modifier la structure chim
ique pour modifier les propriétés des m
atériaux. A
ctuellement, en plus de cette possibilité, on peut obtenir d’autres propriétés sim
plement
en jouant sur la taille et sur la forme. Si on prend par exem
ple le silicium m
assique, il est caractérisé sur le volet optique par une couleur plus ou m
oins grise. Réduit à
l’échelle nanométrique, le silicium
devient bleu entre 2-4 nm, vert autour de 6 nm
et finalem
ent rouge à 10 nm (Fig. 20). N
ous avons ainsi changé les propriétés optiques en changeant uniquem
ent la taille. Les autres propriétés physiques (therm
iques, électriques, m
agnétiques et mécaniques) changent égalem
ent avec la taille et aussi avec la forme,
comm
e si nous construisons un tableau périodique à trois dimensions avec trois degrés
de liberté permettant l’obtention de m
ultiples propriétés par combinaisons de i) structure
(chimique et spatiale), ii) taille et iii) form
e, en plus d’un autre degré de liberté offert par l’opération de m
élange permettant d’obtenir des structures com
posites (émulsions,
suspensions, réseaux interpénétrés, alliages, composites et nano-com
posites). En jouant
sur ces degrés de liberté, il est possible de mettre au point, dans certains cas, des m
atériaux à propriétés m
ultiples (électriques, mécaniques, optiques, m
agnétiques,..). Ceci est aussi
facilité par la découverte et l’amélioration d’une panoplie de techniques d’analyses
physiques et physico-chimiques.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
48Figure 21 : Q
uelques applications high-tech.F
igure 22 : Structuration de la matière pour
des applications dans les sciences de la vie.
Nous n’avons pas bien com
pris et pas encore bien exploité les propriétés de certains m
atériaux nouveaux comm
e les fullerènes, les nanotubes de carbone, le graphène, le graphane, le graphone, le nitrure de bore, les boîtes quantiques, la nanocellulose cristalline et leurs com
binaisons. Il y a d’ores et déjà plusieurs produits sur le marché faits à partir de
ces nouveaux matériaux, m
ais il reste encore de nombreuses opportunités d’am
élioration et de fabrication de produits et de dispositifs de haute perform
ance. Ils seraient utilisés dans le futur en com
binaison avec d’autres pour convertir l’énergie solaire en énergie électrique (cellules photovoltaïques rigides ou flexibles à m
atrice polymères et C
SP : Concentrated
Solar Power), l’énergie m
écanique en énergie électrique (en récupérant l’énergie des vagues, des piétons et engins m
obiles en plaçant des films piézoélectriques sur les trottoirs et sur la
chaussée des routes et autoroutes, dans les semelles des chaussures, l’énergie des plantes, etc.).
Les piles à com
bustibles nécessitent aussi des matériaux solides, m
oins chers, plus robustes et plus efficaces. D
ans le cadre des piles à combustibles à m
embranes échangeuses d’ions,
on s’attend à des percées majeures en utilisant des m
atériaux hybrides et nano-composites à
matrice polym
ère et la mise au point de nouveaux catalyseurs pour rem
placer le platine. Il en est de m
ême pour les cathodes et les anodes des batteries ion-lithium
qui seraient réalisées à partir des nanom
atériaux et des matériaux nano-poreux am
éliorant ou modifiant les m
atériaux utilisés actuellem
ent comm
e LiFePO
4 . Ces batteries auraient égalem
ent pour électrolyte un m
atériau solide qui remplaçerait les liquides actuels.
Des recherches sont en cours pour trouver des catalyseurs (à base de com
binaisons de cobalt, fer, nickel et autres com
posés) pouvant décomposer l’eau en oxygène et hydrogène.
Ceci perm
ettrait de produire à moindre coût l’hydrogène requis com
me carburant pour
les voitures utilisant les piles à combustibles, les téléphones portables et autres dispositifs
intégrant les batteries comm
e source d’énergie. Un grand défi concerne aussi la m
ise au point de nouveaux m
atériaux supraconducteurs ‘’haute température’’ pouvant transporter
de l’électricité (transport et stockage) sans résistance. Dans les années quatre-vingt, on a
montré que des céram
iques à base d’oxydes de cuivre, de baryum et des terres rares com
me
le lanthane et l’yttrium sont dotés d’une supraconductivité pouvant atteindre les -135°C
(O
n les appelle les cuprates). Alors qu’on pensait que les m
atériaux supraconducteurs étaient lim
ités à des feuillets de cuivre et d’oxygène, une équipe japonaise montra en 2008
l’existence d’une nouvelle classe de supraconducteurs ‘’haute température’’ constitués de
49P
remière séance sur le thèm
e général de la session
feuillets à base de fer et d’arsenic dopés avec du fluor appelés ‘’Pnictures’’ et montrant une
supraconductivité magnétique. D
e nouveaux matériaux avec des structures im
pliquant ou s’inspirant du graphène dopé verraient le jour dans le futur avec com
me objectif ultim
e une conductivité presque totale et sans perte à tem
pérature ambiante.
Des procédés nouveaux verraient le jour pour extraire les terres rares du sol et
notamm
ent des phosphates. Ces m
inéraux comprennent, le scandium
, l’yttrium et les
quinze lanthanides se trouvant sur la mêm
e ligne tout en bas du tableau périodique et qui sont utilisés en électronique, dans les produits des nouvelles technologies et dans la défense et dont la C
hine détient le monopole de production dans le m
onde en instaurant annuellem
ent des quotas très sévères à l’exportation.
Des efforts im
portants sont actuellement déployés pour trouver des catalyseurs m
oins onéreux, plus efficaces et plus stables en rem
plaçant notamm
ent le platine qui est actuellem
ent utilisé dans bon nombre de réactions chim
iques.
Derrière la biologie, il y a beaucoup de chim
ie et l’évolution va continuer dans ce sens pour com
prendre les organismes vivants, com
prendre leur système im
munitaire, notam
ment celui des
plantes et des animaux et pourquoi pas les transférer à l’hom
me. C
e sont deux types de défenses im
munitaires différents, m
ais quelques réactions chimiques im
pliquées sont identiques.
Un autre exem
ple est celui de l’arganier qui est un arbre endémique à la région et qui se
trouve essentiellement au M
aroc. Cet arbre n’a besoin que de peu d’eau par jour tout en
résistant à des stress hydriques et thermiques im
portants, en plus des parasites et maladies
ramenés par les chèvres qui se nourrissent de ses feuilles. E
t pourtant, cet arbre se porte bien et résiste de façon surprenante à ces m
ultiples conditions extrêmes. D
u point de vue biologique, cela veut dire que cet arbre possède un systèm
e de défense très évolué et du point de vue chim
ique, des molécules spécifiques (probablem
ent de type antibiotique) lui perm
ettant de résister au stress subi. Ceci n’est pas un cas isolé et il y a d’autres
végétations (les figues de barbarie en étude au Mexique) et aussi des anim
aux comm
e le cham
eau, qui est doté d’un système im
munitaire évolué. Toutes ces espèces nécessitent
des recherches systématiques pour séquencer leur A
DN
et examiner de façon plus
approfondie les constituants biologiques et chimiques responsables de leur résistance.
Les chim
istes ont pu synthétiser des peptoïdes qui sont des polymères synthétiques et qui
se comportent com
me des protéines sans se dégrader et des travaux sont actuellem
ent en cours pour synthétiser l’A
DN
artificiel et aussi des synapses artificielles à partir des m
olécules branchées comm
e les dendrimères dont la topologie rappelle étrangem
ent celles des neurones (Fig.20). L’autre défi futur serait de pouvoir rem
placer les gènes responsables de certaines m
aladies ou encore trouver des molécules chim
iques pouvant traiter un certain nom
bre de maladies com
me l’A
lzheimer, le cancer, le SID
A, le diabète et la m
ucoviscidose. D
es organes artificiels fonctionnels et performants seraient m
is au point à partir de matériaux
souples (gels, hydrogels, semi-cristallins et m
ousses polymères) et rigides (am
orphes, com
posites et nano-composites polym
ères) avec un haut degré de biocompatibilité.
Réaliser la photosynthèse au laboratoire, réguler le fonctionnem
ent du pancréas et du foie, rem
placer quelques organes par des biomatériaux nouveaux, trouver de nouvelles
mem
branes en se servant des nanotechnologies pour améliorer l’efficacité du dessalem
ent
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
50et du traitement d’eau à m
oindre coût, combiner des organism
es vivants (comm
e les bactéries) et m
olécules chimiques artificielles pour exécuter des tâches précises de synthèse
et d’organisation moléculaire, com
prendre les processus chimiques im
pliqués dans le fonctionnem
ent des neurones et des différentes parties du cerveau, trouver de nouveaux m
atériaux pour le stockage et la transmission d’inform
ation (optiques et magnétiques), des
super adhésifs, super et suprafluides, des matériaux pour la conversion de l’énergie solaire
en énergie électrique, des nanocomposites polym
ères flexibles et pour la fabrication des nouveaux O
LE
D (O
rganic Light E
mitting D
iodes) et cellules photovoltaïques (aussi sous form
e de pientures), des nouveaux matériaux pour les batteries des voitures électriques et
pour les piles à combustibles, des structures capables de séquestrer le dioxyde de carbone
et de le dégrader ou encore de le convertir en hydrocarbures et autres produits valorisés, des structures chim
iques et notamm
ent polymériques im
itant celles de la nature, des matériaux
plus ‘‘intelligents’’ (auto-cicatrisants, autonettoyants, auto-luminescents, à m
émoire de
forme, etc.), plus légers, plus robustes et m
oins onéreux tout en utilisant les principes de la chim
ie verte et participer à compréhension de la chim
ie céleste (étude des réactions chim
iques de l’univers); ce sont là quelques défis qui attendent le chimiste m
oderne. Ceci
requiert à la fois un travail interdisciplinaire combinant la chim
ie, la physico-chimie, la
physique, la biologie, la modélisation, les sciences des m
atériaux et l’ingénierie, mais
aussi un caractère multidisciplinaire im
pliquant des scientifiques capables de traverser les frontières (souvent artificielles) des différentes branches du savoir scientifique, technique et technologique tout en créant de nouveaux produits pour un développem
ent durable respectueux de la santé des citoyens, de l’environnem
ent et de la biodiversité.
Il y a de nombreux besoins et de réelles opportunités pour notre pays dans le dom
aine de la chim
ie et des matériaux pour valoriser nos richesses naturelles, pour subvenir à nos besoins
énergétiques, pour développer davantage notre agriculture, pour pérenniser les nouveaux m
étiers du Maroc (aérospatial, autom
obile, électronique, TIC
,..), pour accompagner les
divers plans de développement du pays (Plan M
aroc Vert, Plan E
mergence, Plan A
zur, ….)
et pour développer d’autres niches industrielles. Ceci requièrt un plan am
bitieux et proactif pour la recherche scientifique et technique m
enée par des scientifiques et ingénieurs capables de com
prendre les rouages de la recherche scientifique et de la technologie, critère sine qua non pour l’innovation technologique et le développem
ent. Car, com
me il a été largem
ent dém
ontré à travers le monde, m
ais il faut malheureusem
ent le rappeler sans cesse, l’innovation technologique ne se décrète pas; elle repose avant tout sur des ressources hum
aines com
pétentes impliquant des chercheurs chevronnés pratiquant au quotidien la science et la
technologie, toujours à l’affut des nouveautés scientifiques et technologiques rapportées dans des revues internationales spécialisées difficiles d’accès, car elles sont hautem
ent techniques et requièrent un bagage scientifique pointu dépassant les enseignem
ents des professeurs G
oogle et Wikipedia. C
es scientifiques existent parmi les chercheurs m
arocains aussi bien de l’intérieur que de la diaspora et il s’agit de les m
obiliser et de leur offrir les conditions nécessaires et un cadre de travail avec une gouvernance scientifiquem
ent pertinente et satisfaisant aux norm
es internationales pour espérer développer un Maroc basé sur le savoir et
le savoir faire scientifique et technologique.
Je vous remercie de votre attention.
51P
remière séance sur le thèm
e général de la session
PO
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DE
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OM
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RG
IE
Pr. M
ahfoud ZIY
AD
Mem
bre correspondant de l’Académ
ie Hassan II
des Sciences et Techniques,
Professeur à l’U
niversité Moham
ed V-A
gdal, R
abat, Maroc
Résum
é
La catalyse n’est pas seulem
ent une technologie au service de l’amélioration des procédés
industriels mais aussi une science qui perm
et de promouvoir la durabilité dans les
domaines de l’environnem
ent, de la santé et de l’énergie. L’inquiétude grandissante sur la dim
inution rapide des ressources naturelles est en train d’accélérer la transition vers des sociétés durables. L
a demande en alim
entation, en soins et autres besoins cruciaux croitra de m
anière substantielle dans un proche avenir à cause de l’augmentation significative
de la population mondiale et de la raréfaction des ressources naturelles. Pour rester en
accord avec la charte de Rio
*, il est impératif de réadapter notre m
ode de consomm
ation de m
anière à “satisfaire nos besoins actuels sans pour autant comprom
ettre ceux des générations futures”. L
es ressources naturelles doivent être utilisées de manière plus
rationnelle car elles ne sont pas infinies. A titre d’exem
ple, la production de pétrole va probablem
ent passer par son maxim
um entre 2015 et 2020, puis elle va com
mencer à
décroitre. Nous n’avons donc d’autre choix que de trouver d’autres m
oyens de produire l’énergie dont nous aurons besoin. L
a chimie, et tout particulièrem
ent la catalyse, qui s’inscrit déjà dans ce processus, développe des procédés propres et durables qui peuvent apporter des solutions à nos inquiétudes.
Aujourd’hui, les produits qui sont obtenus à partir de m
atières premières renouvelables
ne peuvent pas encore concurrencer ceux issus de la pétrochimie, m
ais la situation sera différente lorsque le pétrole deviendra plus rare et plus cher. Il est actuellem
ent possible de transform
er par des procédés catalytiques, le gaz carbonique en hydrocarbures liquides. E
videmm
ent, la solution ‘hydrogène vecteur de l’énergie’ serait la meilleure; cependant,
son transport et son stockage nécessitent encore des recherches approfondies et de gros
* les êtres humains sont au centre des préoccupations relatives au développem
ent durable. Ils ont droit à une vie saine et productive en harm
onie avec la nature’
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
52investissements. Pour la conversion de C
O2 , il existe plusieurs possibilités :
le couplage de la réaction du gaz à l’eau et de l’hydrogénation pour produire le m
éthanol ou le diméthyle éther,
l’homologation des alcanes légers,
le reformage et le trireform
age,l’utilisation de la biom
asse pour produire du biodiesel,la conversion photochim
ique, photothermique et photoélectrochim
ique.
Les prem
ières voies semblent-être les m
eilleures; cependant, elles présentent le problème
de l’approvisionnement en hydrogène et en énergie nécessaires aux réactions. L
es voies biochim
iques sont basées sur une accélération de la photosynthèse suivie d’une transform
ation de la biomasse. A
long terme, l’utilisation de l’énergie solaire pour
convertir le CO
2 en carburant sur des particules de semi-conducteurs dopées serait la voie
la plus prometteuse m
algré la forte dilution dans le solvant des produits de la réaction (m
éthanol, acide formique, acide oxalique).
La production de biodiesel à partir de graisses anim
ales ou d’huiles usagées peut aussi contribuer à atténuer la dépendance des com
bustibles fossiles. L’introduction de la catalyse hétérogène dans ces réactions de transestérification am
éliore les rendements, facilite la
séparation des produits et permet une récupération propre et im
médiate du catalyseur.
Aujourd’hui, toutes les réactions catalytiques en cours d’exploitation sont réalisées à
l’état stationnaire selon le concept de l’équilibre thermodynam
ique. Il existe cependant une autre voie possible, plus rentable, surtout lorsque les réactions envisagées sont therm
odynamiquem
ent défavorisées. Cette voie consiste à effectuer la réaction en deux
étapes distinctes mais consécutives.
Des
exemples
de réactions
catalytiques dans
lesquelles on
observe des
conversions im
portantes illustreront ces propos et montreront que l’hom
ologation du méthane, à titre
d’exemple, peut conduire à des hydrocarbures supérieurs dans une procédure cyclique bien
que la réaction directe soit thermodynam
iquement interdite (2C
H4 Ë
C2H
6 + H
2∆G
=+
70,5 kJ à 500K
). De m
ême, on observe dans des réactions, du type Fischer-T
ropsch, menées
selon des procédures cycliques des rendements supérieurs à ceux enregistrés dans des
régimes stationnaires. A
cet effet, les réactions périodiques menées hors équilibre, dans
des conditions contrôlées, seront aussi évoquées pour illustrer les propos avancés. Elles
permettent d’atteindre des conversions sans com
mune m
esure avec les limites im
posées par la therm
odynamique.
1. Introduction
On définit souvent un catalyseur com
me étant «une substance qui m
odifie la vitesse d’une réaction chim
ique sans apparaitre dans les produits finaux». Cette définition
bien qu’approximative, présente l’avantage de l’évidence de la non participation de la
thermodynam
ique à la réaction accélérée. Le catalyseur subit en effet des changem
ents pendant la réaction. Il ne s’agit pas uniquem
ent des modifications qu’il endure au cours
de son fonctionnement tels que l’em
poisonnement ou le frittage m
ais des transformations
profondes qui résultent du fait de son adaptation au milieu réactionnel dans lequel il évolue.
Pendant la réaction, les catalyseurs peuvent s’empoisonner ou perdre de la surface. C
e n’est pas ces phénom
ènes annexes aux processus catalytiques que nous évoqueronts ici mais ceux
qui sont indissociables de la participation du solide à une dynamique com
plexe de surface qui établit une “com
plicité” entre le catalyseur et le mélange réactionnel. A
titre d’exemple,
nous allons évoquer l’expérience faite par I. Langm
uir en 1921 sur la synthèse de l’eau en
-----
53P
remière séance sur le thèm
e général de la session
présence du platine (1, 2). Elle consiste à m
ettre une surface propre et plane de platine dans un m
élange constitué d’hydrogène et d’oxygène. On constate que la synthèse de l’eau ne
débute que si le platine est fortement chauffé. M
ais une fois que la réaction a démarré, on
peut baisser la température jusqu’à l’am
biante, le catalyseur continuera à produire de l’eau. Il a probablem
ent subi à haute température des m
odifications qui lui permettent de garder
une activité mêm
e à l’ambiante. L
a conclusion de cette expérience est que la réaction qui se développe à la surface du m
étal crée des conditions particulières qui favorisent l’apparition de dislocations, de défauts et d’arrangem
ents structuraux qui aboutissent à l’augmentation
du nombre de centres actifs (C
es observations ont été corroborées par des examens directs
de la surface du platine par des techniques d’observation et d’analyse modernes). L
a réaction catalytique, en se développant à haute tem
pérature, modifie la surface du platine et provoque
des restructurations favorables à une activité mêm
e à basse température. C
ette expérience sim
ple démontre que le platine au cours de sa m
ise en présence d’oxygène restructure spontaném
ent sa surface de manière à favoriser le développem
ent de la réaction.
La catalyse hétérogène est un phénom
ène de surface. La m
ajorité des processus qui se développent lors d’une réaction catalytique sont de type physique; seule la réaction qui a lieu entre les espèces adsorbées pour donner naissance aux nouveaux produits est d’ordre chim
ique. La figure 1 résum
e toutes ces étapes qui entrent en jeu dans le cas d’un m
étal dispersé sur un support. Parmi elles on distingue l’étape d’approche du réactif de
la surface active ainsi que l’adsorption, la désorption des réactifs et des produits et leur diffusion loin de la surface. C
es quatre étapes relèvent des lois de la physique. La réaction
chimique a lieu sur les sites constitués par des défauts de structure. E
n effet, la surface n’est ni régulière ni hom
ogène. C’est sur les im
perfections structurales et texturales qui sont souvent constituées d’atom
es isolés et qui accumulent des excédents d’énergies que
vont s’initier des liaisons entre le catalyseur et les réactifs (chimisorption). U
ne fois la nouvelle m
olécule formée, le produit se désorbe et le processus recom
mence jusqu’à
l’empoisonnem
ent des sites actifs par un processus secondaire à la catalyse. La catalyse
est donc par essence un phénomène cyclique.
Fig. 1: Les principales étapes de la catalyse hétérogène
Cet article a pour principal objectif la présentation de quelques résultats obtenus sur la
transformation de m
olécules simples telles que C
O, C
O2 , C
H4 en produits susceptibles
d’être utilisés en substitution ou complém
ent aux carburants fossiles. Il sera également
montré que la therm
odynamique classique peut être contournée en jouant sur le m
ode opératoire (alim
entation alternée du réacteur, alimentation cyclique, réaction catalytique
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
54en deux étapes distinctes). La conduite des réactions loin de l’état d’équilibre (état
non stationnaire, état transitoire) peut conduire à des conversions supérieures à celles enregistrées à l’état stationnaire. Il sera égalem
ent montré qu’il existe une sim
ilitude entre ces états non stationnaires im
posés et les réactions qui s’organisent spontanément en
régime périodique qui n’obéit pas au second principe de la therm
odynamique classique.
Il n’est pas exclu que ce soit notre compréhension de ces phénom
ènes de surface qui crée une différence qui, en réalité, n’existe pas entre ces régim
es. Le com
portement d’un
catalyseur dépend de plusieurs paramètres et en particulier du m
ode opératoire et de la com
position du mélange réactionnel subissant la transform
ation.
2. Bref historique et enjeux de la catalyse
C’est le B
aron Jöns Jacob Berzelius (1779-1848), chim
iste suédois, qui a introduit en 1836 le term
e ‘catalyse’ dans la science. Ce phénom
ène était cependant déjà bien connu avant lui. B
erzelius a aussi inventé les mots polym
érisation, électropositif et électronégatif. Il a égalem
ent découvert le sélénium (1828), le silicium
(1832) et le titane (1825). S
ans remonter jusqu’à l’invention accidentelle du savon par les
Mésopotam
iens, on peut citer à titre d’exemple de processus catalytique l’hydrolyse de
l’amidon en dextrine puis en glucose, par P
armentier en 1781, en utilisant des acides
minéraux. U
n autre exemple très utile est celui de la com
bustion de l’hydrogène en présence de platine divisé effectuée par D
obereiner (1822). C’est le prem
ier exemple
de catalyse hétérogène gaz/métal: le catalyseur et les réactifs n’évoluent pas dans la
mêm
e phase. Un autre exem
ple intéressant est celui de la production d’acide sulfurique au m
oyen âge. Il était évidemm
ent synthétisé en faibles quantités dans des récipients en verre en brûlant du soufre avec de l’acide nitrique en présence d’air hum
ide. En 1746,
le plomb était introduit com
me m
atériau de construction des chambres réactionnelles et
la production de grandes quantités de cet acide devint alors possible. En 1793, C
lément
et Desorm
es ont montré que la quantité de nitre (form
e de salpêtre KN
O3 ) utilisée
pouvait être réduite en introduisant plus d’air dans le réacteur. Ils étaient conscients que les vapeurs nitreuses ne sont qu’un interm
édiaire et que l’agent oxydant est l’oxygène de l’air. L
e nitre dans le procédé utilisé à cette époque est ce qu’on appelle aujourd’hui un catalyseur.
En 1834 Faraday a suggéré com
me interprétation aux phénom
ènes catalytiques une adsorption sim
ultanément des réactifs sur la surface du catalyseur, m
ais ni lui ni Berzelius
n’ont réellement donné une explication satisfaisante des processus de surface. O
stwald fut
le premier à form
uler une définition d’un catalyseur. Cette définition dit que ‘la présence
d’un catalyseur dans le milieu réactionnel n’influence pas l’équilibre therm
odynamique
mais plutôt la vitesse des réactions en jeu’. L
a catalyse est une action cinétique et non therm
odynamique. E
n d’autres termes une réaction peut-être therm
odynamiquem
ent possible sans qu’elle puisse se développer en l’absence d’un catalyseur qui augm
ente sa vitesse.
Ce n’est cependant qu’au début du siècle dernier qu’on a assisté à l’étude systém
atique des réactions catalytiques par Sabatier (1897) et Ipatieff (1901). L
es premières grandes
applications industrielles ont eu lieu à cette mêm
e époque. Citons à titre d’exem
ple la synthèse d’anhydride sulfurique par K
uhlmann (1838) et la synthèse d’am
moniac en
présence d’un catalyseur à base de fer par Fritz Haber en 1910. Fritz H
aber était à la tête du service allem
and des armes chim
iques pendant la première guerre m
ondiale. Il a obtenu le prix N
obel de chimie en 1918.
55P
remière séance sur le thèm
e général de la session
Aujourd’hui,
la catalyse
est une
branche de
la cinétique
chimique.
Cependant,
contrairement à la catalyse hom
ogène, l’hétérogène fait énormém
ent appel à la chimie de
l’état solide et mérite de ce fait un traitem
ent particulier.
L’histoire de la catalyse telle qu’elle s’est développée au cours du temps est résum
ée dans le tableau 1 suivant. Il est à signaler qu’aujourd’hui, il existe plusieurs types de catalyses très spécialisées telles que la ‘biocatalyse’, la ‘photocatalyse’, ‘l’électrocatalyse’ et ‘la catalyse enzym
atique’ qui se sont imposées com
me des branches à part entière. Pour
être convaincu de la nécessité de développer ces différentes sous-thématiques, il suffit
d’évoquer les processus particuliers de la biocatalyse qui mettent en jeu des réactions
qui relèvent du domaine très spécialisé du vivant et qui requièrent des connaissances
particulières (3, 4).
Tableau 1: Chronologie du développem
ent des principaux procédés industriels
L’annéeL
e procédéL
e catalyseur
1746Synthèse de H
2 SO4 dans des cham
bres de plomb
NO
/NO
2
1870O
xydation de SO2
Pt
1880P
rocédé de Deacon. F
abrication de Cl2 à partir de H
Cl
ZnC
l2 /CuC
l2
1900Synthèse du m
éthane à partir du gaz de synthèseN
i
1910Synthèse de l’am
moniac. P
rocédé (Haber-B
osch)F
e/K
1920Synthèse F
ischer-Tropsch
Fe/C
o
1930C
racking catalytique (Procédé H
oudry) A
rgile
1940R
eformage catalytique (E
ssence)P
t
1960O
xydation du butène en anhydride maléique
Oxyde de V
et P
1970Synthèse du m
éthanol à basse pression (ICI)
Oxydes C
u-Zn-A
l
1980Synthèse de D
iesel à partir de CO
+ H2
Co
Malgré toutes ces années d’histoire et de recherche, la com
munauté scientifique est loin
d’avoir percé ‘le secret de la catalyse’. D’ailleurs, peut-on un jour espérer donner une
réponse simple à la question ‘pourquoi un catalyseur X
a le pouvoir de transformer à
grande vitesse le réactif A en B
? Ou plus sim
plement pourquoi une m
olécule A serait-elle
plus réactive vis-à-vis de la molécule B
que d’une autre B’ ? Q
uelle est la cause de cette spécificité ? N
ous avons construit pour répondre à cette question, qui pourtant semble
élémentaire, des branches de science très com
plexes telles que la chimie inorganique,
la chimie organique, la biochim
ie, les mécanism
es des réactions ioniques, la chimie
quantique, les modèles d’orbitales m
oléculaires, la théorie du champ de ligand... N
ous som
mes (ou nous paraissons) presque satisfaits de toutes ces constructions théoriques et
en particulier celle de chimie quantique dont la difficulté est telle qu’elle n’est applicable
que dans des cas simples. C
’est pour toutes ces raisons qu’on dit que ‘la catalyse est encore un art’. N
ous avons tendance à qualifier ce que nous ne comprenons pas ou que nous
n’arrivons pas à modéliser de subjectif. Probablem
ent que la présence d’un catalyseur X
dans un milieu réactionnel fait appel à des phénom
ènes particuliers différents du problème
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
56de la réactivité de A avec B
ou B’…
L’ajout du catalyseur à une réaction introduit une possibilité de com
binaison des réactifs qui accroît la complexité du systèm
e.
La catalyse est aussi une technologie qui perm
et de promouvoir la durabilité dans les
domaines de l’énergie, de la santé et de la qualité de la vie (5). E
lle facilite la faisabilité des procédés chim
iques industriels y compris la production de carburants de plus en
plus en plus propres et l’élimination de polluants (pots catalytiques, D
eNO
x) (6). La
catalyse est un pilier de l’industrie chimique. Il y a plusieurs exem
ples qui montrent
que l’innovation dérive du développement de la catalyse. L
a découverte du procédé T
S-1 a ouvert la voie à l’utilisation à grande échelle de H
2 O2 com
me agent oxydant
dans la synthèse de l’oxyde de propylène du caprolactame et du phénol (D
OW
Co. et
Sum
imoto) (7). L
e TS
-1 permet de réduire les risques, d’optim
iser la consomm
ation énergétique et de dim
inuer les rejets de polluants. Le catalyseur qui est à la base du
procédé TS
-1 consiste en une matrice en silice supportant des ions T
i capables d’activer H
2 O2 pour générer des espèces peroxo-titanates hautem
ent sélectives dans les réactions d’époxydation et d’hydroxylation. C
e procédé a ouvert la voie à l’utilisation de H2 O
2 com
me agent oxydant propre et sélectif dans une large gam
me d’applications de la
chimie fine com
me la synthèse du diphénol (c’est la prem
ière application du TS
-1). Par
voie de conséquence, la demande croissante en H
2 O2 a intensifié les recherches sur sa
synthèse directe à partir de H2 /O
2 moins polluants que le procédé actuel (basé sur l’alkyl
anthraquinone) (8, 9). Cet exem
ple montre que la catalyse n’est pas seulem
ent un outil perm
ettant la mise en œ
uvre de procédés industriels mais aussi un m
oyen d’atteindre la durabilité des activités socioéconom
iques. Dans le dom
aine de l’environnement,
c’est également grâce à la catalyse que beaucoup de systèm
es de transformation de
composés polluants ont été m
is au point. L’exemple qui illustre le plus cela est celui du
pot catalytique et de l’hydrotraitement des coupes pétrolières pour les débarrasser du
soufre, de l’excès d’azote et des métaux lourds (10).
Par ailleurs, la catalyse est au carrefour de plusieurs disciplines y compris la chim
ie du solide. D
es connaissances dans ce domaine sont nécessaires pour concevoir, synthétiser
et optimiser les rendem
ents d’un catalyseur. Cependant, com
me il n’y a pas de théorie
permettant de prévoir si un solide est susceptible d’accélérer ou non une réaction, on ne
peut pas faire l’économie de l’expérience au laboratoire. D
ans la synthèse de l’amm
oniac, H
aber avait essayé plus de cent solides avant d’établir que c’est le fer qui est l’un des m
eilleurs catalyseurs compte tenu de son prix et de son activité. D
’ailleurs, aujourd’hui encore, les catalyseurs utilisés dans cette synthèse sont à base de fer.
A part l’activité, la sélectivité est aussi un critère im
portant dans le choix d’un catalyseur. E
laborer un catalyseur avec 100% de sélectivité signifie que la réaction ne produira pas
de composés secondaires et que par suite les bénéfices seront optim
isés. Une grande
sélectivité implique aussi que les rejets, qui parfois sont nuisibles, seront faibles et que
l’environnement sera préservé (chim
ie verte). Malheureusem
ent, dans ce cas aussi rien ne peut rem
placer l’expérience. La sélectivité est gouvernée par plusieurs facteurs qu’il est
difficile de cerner et de régler par avance.
En m
atière d’énergie, la catalyse peut aussi répondre à certaines inquiètudes grandissantes. L
es ressources en pétrole d’après les estimations vont aller en décroissant alors que la
demande ne fait que croitre à cause d’une augm
entation importante de la dém
ographie à travers le m
onde. Cette situation im
pose de trouver des solutions répondant au principe ‘satisfaire nos besoins actuels sans pour autant com
promettre ceux des générations futures’
(11). Aujourd’hui, les produits énergétiques issus des ressources renouvelables n’arrivent
57P
remière séance sur le thèm
e général de la session
pas encore à concurrencer ceux de l’industrie pétrochimique. L
a situation s’inversera lorsque le pétrole deviendra plus rare et donc plus cher. C
es produits énergétiques peuvent être obtenus à partir de m
olécules simples. N
otre choix s’est porté dans cette réflexion sur deux m
olécules à effet de serre qui peuvent être recyclées pour produire des carburants liquides répondant aux exigences du développem
ent durable. Il s’agit essentiellement de
CO
, CO
2 et CH
4 . Les réactions m
ises en œuvre sont les suivantes :
La réaction Fischer-T
ropsch qui utilise le mélange C
O +
H2
CO
2 + 3H
2 C
H3 O
H +
H2 O
2CO
2 + 6H
2 = C
2 H5 O
H +
3H2 O
L’homologation du C
H4 en absence d’oxygène
La transéstification des huiles usagées et de graisses anim
ales
2. Le procédé F
ischer-Tropsch
La réaction utilisant C
O +
H2 est connue depuis que Sabatier et O
rlov au début du siècle ont pu obtenir du m
éthane par hydrogénation de CO
. Mais ce n’est qu’en 1925 que
Fischer-Tropsch ont m
is au point un procédé industriel et ont pris plusieurs brevets pour son exploitation et la production d’hydrocarbures supérieurs allant de C
5 au C10 (12, 13).
Les principales réactions observées sont :
nC
O +
(2n + 1)H
2 C
n H2n+
2
Alcanes
nC
O +
2nH2
Cn H
2n + nH
2 O
A
lcènes
nC
O +
2nH2
Cn H
2n+1 O
H +
(n-1)H2 O
A
lcools
Sur ces réactions principales se greffent plusieurs réactions secondaires indésirables
telles que:
C
O +
H2 O
= C
O2 +
H2
G
az à l’eau
(x+
y/2)H2 +
xCO
C
X HY +
xH2 O
D
épôts carbonés
2CO
C
+ C
O2
R
éaction de Boudouard
yC
O +
xM
MX O
Y + yC
Carburation
La réaction de synthèse de Fischer-T
ropsch (F-T) est exotherm
ique et dans le procédé industriel, cela im
pose un refroidissement im
portant du réacteur pour éviter toute surchauffe. Son m
écanisme réactionnel le plus probable repose sur la form
ation d’entités C
HX qui se polym
érisent en surface et qui se désorbent sous forme d’hydrocarbures
supérieurs. Plusieurs usines basées sur la réaction F-T ont été construites à travers le
monde, m
ais elles n’ont jamais connu un fonctionnem
ent de longue durée à cause des prix du pétrole qui dem
eurent encore compétitifs. Il faut cependant garder en m
émoire
que les temps de l’énergie bon m
arché sont révolus. Seule l’usine construite en 1936 à O
berhausen en Allem
agne a réellement fonctionné et produit des carburants liquides
pendant quelques années.
•••••
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
58
Usine de synthèse Fischer-T
ropsch de Oberhausen avec ses tours de refroidissem
entet un train de transport du carburant produit (1936).
Réf. : ©
OX
EA
Deutschland G
mbH
(J.L.C
asci, C.M
. Lok, M
.D. Shnnon. C
atalysis Today 145 (2009) 38-44)
Les catalyseurs les plus utilisés appartiennent à la triade Fe, C
o, Ni auxquels il faut ajouter
Ru, R
h et Os. C
hacun de ces métaux a ses propres caractéristiques (activité et sélectivité).
On a ainsi m
ontré que le nickel était essentiellement sélectif dans la production du
méthane :
C
O +
H2
Ni
CH
4
Alors que le zinc favorise principalem
ent la formation du m
éthanol :
C
O +
H2
Zn
CH
3 OH
l’oxyde de zirconium produit préférentiellem
ent du butane :
C
O +
H2
ZrO
2 C
4 H8 +
CO
2
Les conditions expérim
entales et l’histoire du catalyseur sont aussi des paramètres qui
modulent de m
anière importante la sélectivité. A
titre d’exemple, la figure 1 suivante illustre
le comportem
ent d’une surface ayant subi des traitements différents.
Fig. 1: Influence du prétraitem
ent du catalyseur sur la sélectivité.
59P
remière séance sur le thèm
e général de la session
On rem
arque qu’une surface propre d’oxyde de fer (Fe 3+) favorise la formation du m
éthane alors que celle ayant subi un prétraitem
ent par de l’oxygène oriente prioritairement la
réaction vers la production d’hydrocarbures plus lourds et par suite plus utiles dans le dom
aine de l’énergie.
La synthèse Fischer–T
ropsch malgré son efficacité com
porte des inconvénients qui sont principalem
ent liés à la préparation du mélange C
O +
H2 . E
lle représente environ 60% dans
le coût global du procédé lorsque CO
+ H
2 est préparé à partir du charbon. Sa préparation par reform
age sec du méthane par C
O2 fait baisser le coût de 30%
tout en étant moins
polluant que le charbon. Il est également à signaler que l’em
poisonnement du catalyseur
pendant la réaction est aussi un facteur limitant dû principalem
ent à l’encrassement de la
surface active par des résidus carbonés.
Le choix du réacteur utilisé ainsi que son m
ode de fonctionnement interviennent aussi dans
l’efficacité du procédé Fischer-Tropsch (14, 15). Son fonctionnem
ent en mode continu
avec une alimentation stable et constante en réactifs conduit à un état quasi stationnaire et
une conversion X1 com
me indiqué sur les figures 2 et 3 suivantes:
Fig. 2 : Variation des pourcentages m
olaires Fig. 3: Variation de la conversion
des réactifs en fonction du temps. en fonction du tem
ps.
Lorsqu’on im
pose au réacteur une alimentation alternée de C
O et de l’hydrogène com
me
représentée sur la figure 4 suivante, on accroit de manière significative le rendem
ent en hydrocarbures (Fig. 5) :
Fig. 4: Variation des pourcentages de C
O et H
2 dans le mélange d’alim
entation du réacteur.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
60
Fig. 5: Variation de la conversion en fonction du tem
ps (courbe rouge).
Ces figures m
ontrent en accord avec les observations expérimentales que le m
ode d’alim
entation du réacteur a une grande influence sur la conversion du mélange C
O + H
2 en hydrocarbures. D
ans le cas de l’alimentation en alternée (régim
e transitoire), la conversion est nettem
ent supérieure à celle obtenue en régime stationnaire (Fig. 5). L
e réacteur travaille hors équilibre. C
e mode d’alim
entation imposé introduit trois nouveaux param
ètres qui peuvent être m
odifié à volonté :
la période ou la fréquence de modification de la com
position du mélange réactionnel,
la symétrie du cycle,
l’amplitude de la variation des concentrations des réactifs.
Il est donc possible d’accroitre significativement une conversion en im
posant au réacteur un m
ode d’alimentation cyclique.
Le procédé Fischer-T
ropsch peut également être greffé sur une unité de gazéification de
la biomasse produisant un m
élange CO
+ H
2 probablement m
oins cher que celui obtenu à partir du charbon ou du reform
age sec du méthane (16). L
e procédé est plus respectueux de l’environnem
ent (figure 6).
Fig. 6: Schéma de possibilité de greffage de la réaction de synthèse
Fischer-Tropsch sur le procédé de gazéification de la biom
asse.
3. Synthèse du biodiesel à partir d’huiles usagées
Les huiles alim
entaires usagées constituent une catégorie de déchets difficile à éliminer par
les voies classiques. On peut cependant les recycler en les transform
ant en biocarburant par une réaction de transestérification (17).
Huile usagée +
Méthanol
biodiesel + glycérine
•••
61P
remière séance sur le thèm
e général de la session
Cette réaction doit être précédée d’une étape de filtration et de purification de l’huile
qui est essentielle pour l’obtention d’un biodiesel obéissant à des nomes. A
cet effet, il est im
portant qu’une législation sur la collection des huiles ainsi que des normes sur la
qualité du biodiesel produit soit établie pour éviter ‘le tout à l’évier’ qui est actuellement
la règle dans beaucoup de pays.
La réaction précédente s’effectue assez facilem
ent selon le schéma réactionnel représenté
sur la figure 7 suivante.
Triglycéride M
éthanol Méthyl ester G
lycérol
Fig. 7: Schéma réactionnel de la transestérification des triglycérides.
Le catalyseur peut être soit une base telle que N
aOH
ou KO
H soit un catalyseur solide.
La catalyse hétérogène est plus appropriée que l’hom
ogène car elle permet de contourner
plusieurs inconvénients :
elle facilite la séparation du biodiesel de son milieu réactionnel,
elle permet d’éviter les phénom
ènes de corrosion et de neutralisation qu’entraine l’utilisation de base liquides,elle accroit le rendem
ent en biodiesel et permet d’éviter, si le catalyseur est
judicieusement choisi, la form
ation de savons et autres produits secondaires.
La réaction principale s’accom
pagne d’une réaction secondaire de production de glycérine. C
e sous produit est en excès sur le marché m
ondial puisque aujourd’hui, il atteint environ 700 000 t/an (18). Il serait opportun de lui trouver une voie de valorisation par un procédé catalytique tel que celui décrit sur la figure 8 suivante :
Fig. 8: Transform
ation du glycérol en biodiesel.
4. Hom
ologation du méthane
Cette réaction consiste à transform
er le méthane en alcanes supérieurs (C
2 au C12).
Un exam
en des données thermodynam
iques de la réaction montrent que (voir tableau 2
suivant) :
•••
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
62
Tableau 2: Enthalpies libres de la conversion du m
éthane en éthylène.
Données
thermodynam
iques
∆G
0 (kJ)
400°K600°C
800°C
2CH
4 = C
2 H6 +
H2
69,871,0
71,2
2CH
4 = C
2 H4 +
2H2
158,3133,6
107,1
Les valeurs de l’enthalpie libre (∆
G0) calculées à différentes tem
pératures montrent que
la conversion directe du méthane en éthylène par exem
ple est thermodynam
iquement
interdite (∆G
0 est largement positif). O
n sait cependant que les métaux adsorbent le
méthane pour form
er, mêm
e à basses températures, des entités carbonées telles que C
H2 ,
CH
3 (19). On sait par ailleurs aussi qu’en présence d’oxygène et à hautes tem
pératures, il est possible de produire de l’éthylène par couplage oxydant. L
a question qui se pose alors est: est-ce qu’on ne pourrait pas exploiter les groupem
ents carbonés qui se forment sur les
métaux pour les transform
er en hydrocarbures malgré l’interdiction therm
odynamique ?
Suite aux études théoriques de R. A
. Van Santen, l’expérience a été tentée (20). E
lle consiste à effectuer la réaction en deux étapes successives qu’on peut décrire de la m
anière suivante:
• Prem
ière étape :D
ans la première étape, on balaie à pression atm
osphérique un réacteur à lit fixe contenant le catalyseur par un courant de m
éthane pur à une température com
prise en 200 et 400°C.
Pendant cette opération, les analyses effectuées à la sortie du réacteur montrent que les
produits ne contiennent que du méthane et de l’hydrogène.
Fig. 9: Première étape: adsorption du m
éthane et dégagement d’hydrogène.
Au bout de quelques m
inutes de balayage, il se forme sur la surface des entités C
Hx qui
s’associent en surface pour donner des espèces carbonées. On arrête alors le m
éthane et on évacue l’excédent par de l’azote pur, puis on débute la seconde étape.
• Seconde étape :O
n balaie la surface du catalyseur avec un courant d’hydrogène pur et on procède à l’exam
en des produits quittant le réacteur selon la procédure schématisée sur la figure 10
suivante :
63P
remière séance sur le thèm
e général de la session
Fig. 10: Deuxièm
e étape: Balayage de la surface saturée en C
Hx par de l’hydrogène.
L’analyse effectuée à la sortie du réacteur révèle que l’on désorbe, grâce au courant d’hydrogène, de la surface du catalyseur des hydrocarbures supérieurs. O
n a donc réalisé la réaction C
H4
Cn H
m qui est thermodynam
iquement interdite grâce à une procédure en
deux étapes. Ceci dém
ontre qu’on peut contourner les exigences de la thermodynam
ique à condition de s’éloigner de l’équilibre (de l’état non stationnaire).
Le catalyseur qui a été utilisé dans cette étude est constitué de 2,5%
en poids de ruthénium
déposé sur le Phosphate de zirconium R
u/Zr
3 (PO4 )
4 . Le support Z
r3 (PO
4 )4 a une structure
tridimensionnelle
qui s’apparente
à celle
des phosphates
‘NA
SICO
N’.
Sa surface
spécifique mesurée par la m
éthode BE
T est d’environ 149 m
2/g (21).
La distribution des produits est représentée sur la figure 11 qui m
ontre que, pour les conditions expérim
entales choisies, la production d’éthane est majoritaire aux basses
températures. L
orsqu’on accroit celle-ci, on favorise la formation d’hydrocarbures plus
lourds. Dans des expériences où on a m
odifié la température d’adsorption du m
éthane (étape 1) et désorption par l’hydrogène (étape 2), on a observé la production d’alcanes plus lourds pouvant aller jusqu’au C
12.
Des expériences annexes ont été m
enées pour vérifier l’état du catalyseur après plusieurs cycles de fonctionnem
ent. Il a été constaté que le catalyseur restait stable et ne subissait pas de désactivation notable.
Fig. 11: Distribution des produits en fonction de la tem
pérature.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
64Grâce à ce procédé cyclique en deux étapes, il a été possible de contourner la therm
odynamique
et produire des hydrocarbures supérieurs à partir du méthane. L
a procédure cyclique a donc des avantages certains sur la pratique de l’état stationnaire. M
alheureusement, elle a un coût
supérieur qui pourrait cependant être compensé par la qualité et la quantité des produits
obtenus. Rappelons par ailleurs que le m
éthane est un gaz à effet de serre et qu’il serait judicieux de pouvoir le recycler de ‘m
anière verte’ en composés plus utiles.
5. Optim
isation Ru/Z
r3 (PO
4 )4
Après avoir m
ontré que la procédure d’homologation du m
éthane en deux étapes sur du ruthénium
déposé sur le Phosphate de zirconium donne des résultats satisfaisants,
nous avons procédé à une optimisation du systèm
e catalytique dans le but d’améliorer
ses performances. A
cette fin, du cobalt à différentes teneurs a été dispersé sur Zr
3 (PO4 )
4 en m
ême tem
ps que le Ru par la m
éthode classique d’imprégnation. L
es analyses ED
X-
STE
M du C
o-Ru/Z
r3 (PO
4 )4 ont m
is en évidence que les particules métalliques sont
constituées de Ru et C
o dans un rapport atomique égal à 1. L
eur caractérisation par XPS
a montré que les deux m
étaux se trouvent à l’état d’oxydation Ru
0 et Co
2+ (21).
La quantité de m
éthane transformée en hydrocarbures supérieurs en fonction de la
température de conduite des cycles est donnée dans le tableau 3 suivant :
Tableau 3: Com
paraison des quantités de méthane converties en
hydrocarbures supérieurs entre 200 et 400°C.
Température (°C
)Q
uantité de CH
4 transformée (10
8 moles)
Ru/Z
r-P2R
u-Co/Z
rP
2007,14
67,5
3008,9
71,5
40032,2
88,5
Nous rem
arquons que l’addition du Co am
éliore nettement l’activité catalytique. C
ette augm
entation des performances sem
ble être plus importante à basse tem
pérature. Notons
qu’elle est environ 10 fois plus grande à 200°C qu’à 400°C
. Ces résultats sont résum
és sur la figure 12 suivante:
Fig. 12: Quantité de m
éthane homologué en fonction de la tem
pérature.
65P
remière séance sur le thèm
e général de la session
Pour interpréter les résultats obtenus et surtout le fait qu’en utilisant deux étapes successives on ait pu contourner l’interdiction im
posée par la thermodynam
ique, il faut analyser ce qu’apporte à la réaction la m
odification du mode opératoire. E
n effet, comm
e le m
ontre la figure 13 suivante, le bilan des enthalpies libres ∆G
, lorsqu’on considère les deux étapes, devient négatif et donc favorable au développem
ent de la réaction. Ceci est
dû au travail qu’apporte l’injection de l’hydrogène à la pression atmosphérique durant la
deuxième étape.
Fig. 13: Analyse therm
odynamique de la procédure en deux étapes.
L’hydrogène qui se désorbe durant la première étape se dégage à basse pression et
n’apporte pas le nécessaire en travail à l’accomplissem
ent de la réaction.
Il est cependant à noter que malgré les résultats très probants obtenus, la réaction
nécessite encore des travaux complém
entaires pour comprendre son m
écanisme et le
mode d’action de la surface active. D
ans les exemples précédents, il a été m
ontré que le régim
e stationnaire, bien que comm
ode pour la conduite des réactions, n’aboutissait pas toujours aux m
eilleures performances catalytiques.
L’exemple suivant présente une réaction qui évolue spontaném
ent vers un régime
périodique loin de l’équilibre. Com
me dans le cas de la réaction Fischer-T
ropsch en régim
e d’alimentation cyclique forcée, les rendem
ents obtenus sont nettement supérieurs
à ceux de l’état stationnaire. La question qui se pose suite à ces résultats est: pourquoi un
régime loin de l’équilibre serait-il du point de vue activité catalytique supérieur au régim
e stationnaire ?
6. Exem
ple de réaction qui adopte spontanément un régim
e périodique
La réaction choisie pour cette étude est la déshydrogénation oxydante du butan-2-ol en
méthyle éthyle cétone (butanone).
C4 H
9 OH
+ 1/2O
2 C
4 H8 O
+ H
2 O
Elle a été effectuée à la pression atm
osphérique dans un microréacteur dynam
ique. Le
catalyseur choisi est du palladium déposé à 1%
en poids sur un phosphate d’aluminium
Pd/A
lPO4 . A
85,3°C, le catalyseur conduit à une conversion stationnaire analogue à celle
représentée sur la Fig. 14 suivante :
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
66
Fig. 14: Variation du taux de conversion du butan-2-ol en m
éthyle éthyle cétoneen fonction du tem
ps.
Le taux de conversion en butanone atteint environ 25%
et ne subit pratiquement aucune
modification durant le tem
ps où il a été suivi. Par contre si on élève, dans les mêm
es conditions opératoires, la tem
pérature de réaction à 92,5°C, on observe l’apparition d’une
activité catalytique périodique stable. Parallèlement à cette activité oscillante on observe
une variation de la température du lit catalytique d’une am
plitude de 3 à 4°C. L
a figure 15 suivante représente les oscillations du taux de conversion de la butanone en fonction du tem
ps.Fig. 15: Variation du taux de conversion du butan-2-ol en m
éthyle éthyle cétoneen fonction du tem
ps à 92,5°C.
La conversion oscille entre 20%
et 45%. Par rapport à l’état stationnaire, elle a presque
doublé au somm
et du pic de l’oscillation. Si on augm
ente encore dans les mêm
es conditions expérim
entales la température de la réaction, on obtient le com
portement
représenté sur la figure 16 suivante :
67P
remière séance sur le thèm
e général de la session
Fig. 16: Variation du taux de conversion du butan-2-ol en m
éthyle éthyle cétoneen fonction du tem
ps à 96,5°C.
Nous constatons que l’élévation de la tem
pérature de 4°C m
odifie profondément l’allure
des oscillations. La période dim
inue et l’amplitude augm
ente. La conversion atteinte a
pratiquement doublé par rapport à l’état stationnaire. E
lle est stable sur la durée explorée qui est d’environ 24h. L
e phénomène est très sensible aux conditions initiales.
Si on élève une fois encore la température de la réaction, on obtient les résultats représentés
sur la figure 17. Le phénom
ène oscillatoire disparaît au profit d’un régime stationnaire.
Le com
portement périodique est donc lim
ité à un faible domaine de tem
pérature. Cela
correspond probablement l’existence d’un dom
aine restreint où dans les conditions opératoires utilisées le catalyseur oscille aisém
ent de façon synchronisée entre l’état oxydé et l’état réduit. D
u point de vue physique, cela correspond à l’existence d’une hystérèse (boucle) d’activité qui déterm
ine les conditions et les limites de ce phénom
ène périodique.
Fig. 17: Variation du taux de conversion du butan-2-ol en m
éthyle éthyle cétoneen fonction du tem
ps à 104,5°C.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
68Dans
ces expériences
nous avons
modifié
uniquement
la tem
pérature de
la réaction. Il y a d’autres param
ètres qui influent sur le régime périodique tels que
la composition du m
élange réactionnel, le débit des réactifs, la configuration du réacteur, la granulom
étrie du catalyseur, sa méthode de préparation, la dispersion de
la phase active à sa surface et son histoire. Il y a probablement aussi des param
ètres cachés qui influent sur le com
portement oscillatoire tel que la tem
pérature réelle des grains et la com
munication entre les ‘ilots m
étalliques’ (22). L’influence de la concentration de l’oxygène dans le m
élange réactionnel a aussi été examinée.
Elle a une grande influence sur l’allure du régim
e périodique. Il est possible que l’origine des oscillations observées soit dans le processus redox que subi la surface du palladium
. En effet, le m
écanisme de la réaction est probablem
ent du type Mars
et van Krevelen. L
e palladium est dans un prem
ier temps oxydé par l’oxygène de
la phase gazeuse selon:
Pd + ½
O2
PdO
Le PdO
ainsi obtenu est réduit à son tour par le butan-2-ol qui s’oxyde en produisant de la butanone selon:
PdO +
C4 H
9 OH
Pd +
C4 H
8 O +
H2 O
Le palladium
ainsi réduit peut de nouveau s’oxyder et se réduire spontanément
mais de façon ordonnée. D
ans ce processus périodique, le Pd oscille entre l’état
oxydé et l’état réduit de façon synchronisée. Signalons égalem
ent qu’il est possible, bien que cela ne soit pas l’objet du présent travail, de passer d’un état périodique régulier à un état chaotique en m
odifiant par exemple la com
position du mélange
réactionnel.
7. Conclusion
La catalyse est une science jeune et une technologie qui est au carrefour de plusieurs
disciplines. En tant que technologie, elle est capable de répondre, au m
oins partiellement,
à la demande grandissante en com
posés énergétiques.
Les résultats présentés m
ontrent que les techniques utilisées et les modes opératoires
mis en jeux ne passent pas toujours par les m
éthodes classiques de la recherche de l’état stationnaire. E
n modifiant le m
ode d’alimentation du réacteur (état transitoire),
on peut augmenter significativem
ent les rendements. Il est m
ême possible d’aboutir
à l’établissem
ent d’états
périodiques qui
échappent à
toute interprétation
par la
thermodynam
ique classique. Des recherches im
portantes restent à faire dans ce domaine
pour comprendre le com
portement d’une surface m
étallique en interaction avec des m
olécules qu’elle peut transformer et qui parallèlem
ent lui font subir des changements
profonds mais très souvent réversibles.
69P
remière séance sur le thèm
e général de la session
8. Bibliographie
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Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
70
DISC
USSIO
N
Dr. O
thman SK
IRE
DJ (Ingénieur des M
ines)L
a question que je voudrais poser : Est-ce que le Pr. Fontecave a utilisé la fam
euse réaction de corrosion qui a été découverte il y a plus de 50 à 60 ans. J’y ai participé. C
ette réaction consiste justem
ent à protéger l’acier qui est attaqué par des bactéries anaérobies qui, justem
ent, ont besoin de cette réaction enzymatique pour produire de l’hydrogène
à les satisfaire et ne pas attaquer l’acier. On s’est aperçu dans l’industrie pétrolière que,
entre 120 et 150 m, on avait des corrosions très im
portantes sur les tubes et il a été trouvé que ces tubes étaient attaqués par des spores sulfuricanes qui sont des sortes de bactéries anaérobiques qui ont besoin d’hydrogène pour se nourrir. E
n conséquence, elles attaquent le fer pour obtenir les ions nécessaires à sa réaction.
La deuxièm
e expérience que j’ai vécue dans ce domaine, c’était justem
ent dans la recherche pétrolière. E
n effet, la recherche qui a été menée à Talsint a utilisé un systèm
e magnétique
pour découvrir les champs préférentiels où les forages devraient être faits. Il y a une petite
théorie, que j’avais développée, qui consistait à prouver que les réservoirs de pétrole avaient une couche de protection et que le C
H4 pour rem
onter devait traverser cette couche et se transform
er en ions CH
- - ou autres et qu’à 130 m justem
ent, l’hydrogène ionique se transform
e en hydrogène gazeux pour être absorbé par ces bactéries anaérobiques. C
e phénomène crée un m
agnétisme parce que les ions positifs du fer sont très légers. Je
voudrais savoir si le Pr. Fontecave a utilisé ce type de relation.
Pr. Marc FO
NT
EC
AVE
(Mem
bre de l’Académ
ie des Sciences, Professeur au Collège de France)
Je ne suis pas totalement sûr de com
prendre la question. Evidem
ment, la réponse est
non. Nous n’avons pas regardé ces conditions particulières et ces organism
es particuliers. M
ais, effectivement, ceci est bien connu, les organism
es qui ont besoin d’hydrogène pour leur m
étabolisme énergétique en utilisant les hydrogènases essentiellem
ent essaient de récupérer cet hydrogène de toutes les sources possibles et ça peut passer dans les processus que vous indiquez. Je n’ai rien d’autre de plus à dire.
Pr. A
li BO
UK
HA
RI (M
embre correspondant, C
ITIT
)Tout d’abord, je voudrais rem
ercier tous les orateurs qui ont parlé ce matin de la chim
ie et de son im
portance dans notre vie quotidienne. J’ai une question peut-être simple à
poser mais dont les retom
bées seront à l’avenir beaucoup plus compliquées à gérer, c’est
l’AD
N artificiel dont a parlé le Pr. B
ousmina. Q
u’en est-il exactement et qu’est-ce qu’on
peut penser de cet AD
N artificiel tout d’abord dans le traitem
ent des maladies ou des
problèmes de santé qui peuvent se poser actuellem
ent et qu’on n’arrive pas à résoudre com
me le cancer ou autres. A
lors, est-ce qu’on aurait une industrie d’AD
N artificiel qui
va bouleverser encore notre vie et la vie de l’humanité? M
erci.
Pr. M
ostapha BO
USM
INA
(Chancelier, C
SPC)
En fait, l’expérience de G
reg Venter dont j’ai parlé n’en est qu’au début, en état de
balbutiement. C
ette idée n’est pas récente. C’est une équipe japonaise en 2006 qui avait
montré qu’on pouvait régénérer de l’A
DN
. Si on m
et ensemble l’adénine et la thym
ine ou bien la guanine et la cytosine, elles se com
binent de façon naturelle. Franchem
ent, ça donne de l’espoir pour ce que vous dites; certes ça suscite des inquiétudes m
ais c’est une évolution im
portante qui peut générer demain des découvertes pertinentes.
71
PAN
EL
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73PA
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himie verte et développem
ent durable
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DU
RA
BL
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Moderateur : P
r. Tijani B
ounahmidi
Mem
bres du Panel : P
r. Jean-Pierre D
al Pont, P
r. Om
ar Assobhei, P
r. Said Sebti
Modérateur :
Pr. Tijani B
ounahmidi, M
embre correspondant de l’A
cadémie
Hassan II des Sciences et Techniques
Mem
bres du Panel :
Pr. Jean-Pierre Dal Pont, Président de la Société de G
énie des Procédés, France
Pr. Om
ar Assobhei, M
embre correspondant de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et Techniques,Professeur à l’U
niversité Chouaib D
oukkali, El Jadida, M
aroc
Pr. Said Sebti, Professeur à l’Université H
assan II - Moham
media,
Casablanca, M
aroc
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
74Pr. T
ijani BO
UN
AH
MID
I (Modérateur)
C’est un grand honneur pour m
oi de modérer cette séance qui est consacrée à «la chim
ie verte et au développem
ent durable». Nous avons vu ce m
atin que la chimie est la science
de base pour toutes les sciences mais aussi pour toutes les industries et toutes les activités
humaines. N
ous avons vu aussi que cette science permet de produire beaucoup de
substances qui ne sont pas toujours maîtrisées au niveau de leur com
portement que ce
soit au niveau environnemental ou au niveau industriel. L
ors de cette après-midi, nous
avons des conférenciers qui vont nous parler des applications de la chimie dans certains
domaines. N
ous allons voir aussi un domaine qui est très relié à la chim
ie, le génie des procédés, qui perm
et de mettre en œ
uvre les substances industrielles que nous synthétisons au niveau des laboratoires.
Pour comm
encer, je donnerai la parole à M. D
al-Pont, Président de l’Association Française
de Génie des Procédés, pour nous parler de l’apport de la chim
ie et du génie des procédés au développem
ent durable.
75PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
AP
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DE
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LE
Pr. Jean-P
ierre DA
L P
ON
T
Président de la Société F
rançaisede G
énie des Procédés
1. La planète terre à l’aube du X
XI
ème siècle - C
onstat et défis à relever
Accroissem
ent de
la population
mondiale,
Epuisem
ent des
ressources fossiles,
Réchauffem
ent climatique, Inégalités pays pauvres et riches, problèm
e de l’eau, de l’énergie, urbanisation / m
égalopoles, déchets et pollution, Un m
odèle de croissance né de la révolution industrielle du X
IXèm
e siècle.
2. Naissance d’une prise de conscience internationale
Rachel C
arson et la «sustainability» - Le D
éveloppement D
urable et les 3P’sL
a planète un monde fini - L
a mondialisation : il n’y a plus de barrières à la com
munication
auxflux financiers aux fluxde produits, à la pollution.G
reen Chem
istry & G
reen Engineering.
Une nouvelle vision de l’entreprise par ses «stakeholders».
3. Chim
ie et Génie des P
rocédés (GP) - L
es acquis
En finir avec l’am
algame des term
es «chimie» (science, produits, usines) - L
e GP (Jacques
Villerm
aux).L’apport de la chim
ie au XX
ème siècle : M
ère de toutes les Sciences (T.A. E
dison), Mère
de toutes les Industries.U
ne multitude d’innovations dans les dom
aines les plus variés (Santé, espace, transports, bien-être, habitat, culture..). L
e GP : de la recherche à l’outil industriel, le processus d’industrialisation.
Les outils du G
P : opérations unitaires, managem
ent de projet, modélisation, analyse des
risques, maîtrise des opérations et am
élioration continue.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
764. Aujourd’hui; des défis à résoudre : vers une nouvelle industrialisation
Energie et eau
Perturbations climatiques
Santé, alimentation, bien-être
Environnem
ent
Besoin d’une vision systém
ique de la planète, de la connaissance de ses équilibres géochim
iques, d’une connaissance de l’interaction homm
e /environnement incluant les
produits dont il se sert, alimentation incluse .U
ne nouvelle chimie verte.
Besoin d’une nouvelle vision de l’entreprise m
ettant en œuvre une industrialisation
intégrant de nouveaux concepts : AC
V, Intensification des procédés, de nouvelles relations
clients/ fournisseurs.
Une nouvelle form
ation d’Ingénieurs tenant compte des SH
S, des concepts d’urbanisation, d’économ
ie circulaire….
La C
himie et le G
P doivent apporter :de nouveaux procédés éco -conçus utilisant des M
P renouvelables, des produits finis recyclables. L
a chimie du végétal et les énergies renouvelables feront partie du
«bouquet» énergétique de demain.
nouveaux matériaux pour la production d’énergie, l’habitat, la m
obilité, la santé, le bien-être…
Le G
P doit utiliser des référentiels (métriques) pour m
esurer la «durabilité» des procédés, des produits finis; optim
isation des 3 P’s.
A côté des outils classiques du G
P, l’ingénieur doit faire siens l’analyse de la valeur (analyse fonctionnelle), l’A
CV
, la robustesse des systèmes et l’analyse systém
ique.
L’outil de
production ne
pourra plus
être séparé
de son
contexte social
et environnem
ental.
La notion d’approche circulaire (recyclage, optim
isation des ressources, réutilisation des déchets.) vs une approche linéaire, va s’im
poser.
L’outil lui-mêm
e devra être, dans la majeure des cas, intensifié, flexible, m
odulable, voire, transportable.
Pr. T
ijani BO
UN
AH
MID
I (Modérateur)
Merci M
. Dal-Pont pour cet exposé très riche en inform
ations qui définit bien les caractéristiques du développem
ent durable et du cahier des charges du génie des procédés qui m
et en œuvre les produits chim
iques. Vous avez défini les outils de ce dom
aine ainsi que les défis que ce dom
aine doit confronter. La parole m
aintenant est au Pr. Assobhei pour
présenter son exposé sur «les enjeux environnementaux de l’agrochim
ie au Maroc».
--
77PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
EN
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L’AG
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RO
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Pr. O
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SSOB
HE
I
Mem
bre correspondant de l’Académ
ie Hassan II
des Sciences et Techniques,
Professeur à l’U
niversité Chouaib D
oukkali,E
l Jadida, Maroc
I. Introduction
Une industrie n’est durable que lorsqu’elle est économ
iquement viable, com
patible avec l’environnem
ent et socialement responsable. L
a durabilité exige que les produits générés soient plus durables et m
oins toxiques, facilement recyclables et biodégradables, qu’ils
dérivent autant que possible de ressources renouvelables et ne générant pas ou peu de gaz à effet de serre (G
ES) et que les processus de production soient soutenables.
La durabilité en industrie requiert que les processus de production soutenables doivent
être plus profitables tels qu’ils éviteraient le gaspillage des ressources et de l’énergie et ainsi auraient un im
pact minim
al sur l’environnement (G
ES et polluants). C
es processus doivent aussi perm
ettre une utilisation plus efficace et plus grande des ressources renouvelables et dim
inuer leur dépendance vis-à-vis des ressources non renouvelables.
L’industrie chimique est à l’origine d’environ 100.000 produits existant dans le com
merce.
Ces
produits sont
extrêmem
ent diversifiés
(peintures, engrais,
pesticides, produits
pharmaceutiques, de nettoyage...) et constituent une im
portante force économique au
regard des millions de travailleurs qu’elle m
obilise, de ses revenus (7% des revenus
mondiaux) et le volum
e de ses échanges qui représentent 9% des échanges internationaux
(OC
DE
, 2001).
Le m
arché des produits chimiques représente plus de deux fois la taille du m
arché mondial
des télécomm
unications et c’est la plus importante industrie m
anufacturière au monde
après le secteur automobile (PN
UE
).
Cependant, cette industrie présente des risques inhérents à la nature de ces produits qui
sont souvent dangereux, toxiques et fortement polluants (Photos 1).
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
78
Photo 1 : exposition aux pesticides (w
ww
.criquet-maroc.m
a)
En effet, l’exposition à certaines substances chim
iques toxiques occasionne des maladies
chroniques telles que les cancers et les affections respiratoires chroniques (OM
S, 2002). Selon l’O
rganisation Internationale du Travail, l’exposition aux substances chim
iques toxiques provoque le décès d’environ 340.000 travailleurs chaque année (O
IT, 2002).
Quant à l’em
poisonnement aux pesticides, à lui seul, est à l’origine de trois m
illions d’intoxications aiguës graves et d’environ 220.000 décès par année (O
MS, 2002). L
es populations les plus vulnérables sont les populations pauvres et les enfants.
Il est indéniable que l’industrie chimique a extraordinairem
ent contribué à atteindre la qualité de vie actuelle. C
ependant, les préoccupations majeures associées à cette industrie
incluent sa dépendance excessive des ressources énergétiques non renouvelables et à ses processus de fabrication souvent dangereux qui constituent une m
enace à la santé hum
aine et animale ainsi qu’à l’environnem
ent. Lesquels processus sont généralem
ent générateurs de produits toxiques et/ou de déchets difficilem
ent recyclables et dégradables après leur cycle de vie.
L’industrie chimique est de plus en plus soum
ise à une pression croissante pour le changem
ent de ses méthodes de travail. E
t ce, en faveur de solutions plus vertes. La
biotechnologie est l’une des principales technologies ayant pour but d’accéder une industrie chim
ique soutenable pouvant produire des biens et des services. Cette technologie souple
et diversifiée est une excellente alternative aux technologies chimiques classiques en
termes d’efficacité, de rapidité et de sécurité pour les travailleurs ainsi qu’en term
es de com
patibilité écologique. La biotechnologie est l’un des cham
ps scientifiques en plein développem
ent étant donné qu’elle recèle déjà de procédés diversifiés, adaptables et novateurs qui sont les m
eilleurs garants de la pérennité de certains secteurs de l’industrie chim
ique face à la compétitivité féroce qui caractérise cette industrie.
II. L’agrochimie : une chim
ie à la rescousse de l’agriculture
Le défi m
ajeur de l’agriculture est de nourrir l’humanité actuellem
ent et dans l’avenir (8 m
illiards en 2030 selon FAO
). De 1944 à 1970, l’agriculture a connue une révolution dite
«verte» grâce à la mise en place -en particulier, dans les pays développés- de politiques
79PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
agricoles productivistes et intensives. Ces politiques se sont appuyées sur : i) la m
ise au point, l’intensification et l’utilisation de variétés de céréales à hauts potentiels de rendem
ents (notamm
ent chez le blé et le riz); ii) l’utilisation massive des engrais m
inéraux et des produits phytosanitaires; iii) la m
écanisation systématique dans le travail du sol
et iv) le développement des techniques d’irrigation intensives. A
insi, un accroissement
spectaculaire de la productivité agricole a été enregistré. Cependant, ce choix inévitable
était lourd de conséquences sur l’environnement et les ressources.
En effet, la m
écanisation a souvent conduit à la destruction des habitats d’oiseaux qui assurent un rôle écologique très im
portant par la régulation des populations d’insectes et de ravageurs. L’irrigation intensive a conduit à la salinisation de 10 à 50 %
des terres irriguées et une im
portante baisse des nappes phréatiques (1,1 m3 d’eau pour produire
1kg de blé, 13,5 pour produire 1kg de bœuf en intensif) !! L’usage intensif et excessif
d’engrais chimiques et de pesticides a eu pour conséquence une im
portante pollution de l’environnem
ent. Par ailleurs, l’agriculture intensive a provoqué un appauvrissement
et une érosion des sols favorisant la désertification dans plusieurs pays du globe. Elle
a également contribué à la dim
inution de la biodiversité en raison, entre autres, du développem
ent des monocultures et de l’abandon des variétés locales en faveur de
variétés hybrides. Caractérisée par sa forte consom
mation en énergie, l’agriculture
intensive favorise le réchauffement clim
atique. A titre d’exem
ple, en France, une tonne de blé consom
me plus d’une dem
i-tonne de pétrole ! Sans oublier les conséquences de cette pratique sur la santé des populations et la qualité nutritionnelle des alim
ents.
Globalem
ent, on n’a jamais m
ieux mangé sur terre qu’aujourd’hui en quantité et en qualité
et afin de remédier à ces effets indésirables, il est nécessaire d’adopter des correctifs à
l’intensification de notre agriculture pour la rendre plus raisonnée, de qualité et respectueuse du développem
ent durable. Ceci est possible par : i) l’am
élioration et le soutient des hauts rendem
ents agricoles pour répondre aux besoins croissants de la population mondiale;
ii) l’amélioration des sem
ences de la révolution verte qui sont fortement dépendants des
engrais et des pesticides non compatibles avec un développem
ent durable et enfin iii) la préservation de l’environnem
ent, des ressources naturelles et de la qualité des produits agricoles.
III. Les pesticides
Pesticide est le terme com
muném
ent utilisé pour désigner toutes les substances naturelles ou de synthèse capables de détruire, de contrôler, de repousser, d’attirer ou de s’apposer au développem
ent des organismes vivants considérés com
me indésirables pour l’agriculture,
l’hygiène publique, la santé publique et vétérinaire ou les surfaces non agricoles (routes, aéroports...). Plus de 2 m
illions de préparations chimiques différentes appartenant à
plusieurs groupes de pesticides (Tableau 1) sont utilisées actuellement dans le m
onde. Selon la FA
O, les ventes annuelles de pesticides ont atteint 1,6 m
illiard de dollars en juin 2002. (W
ikipedia, 2011)
Le m
arché mondial de l’agrochim
ie est partagé par 3 grandes sociétés qui en détiennent 50%
. Ces sociétés définissent les règles du com
merce international des pesticides, leurs
normes et leurs usages.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
80Les im
pacts des pesticides sur l’environnement sont com
plexes et varient selon de nom
breux facteurs, dont en particulier :
la toxicité et écotoxicité de la matière active, des surfactants ou adjuvants associés,
de leurs produits de dégradation (parfois plus toxiques que la molécule-m
ère) et/ou de leurs m
étabolites;
l’action synergique
éventuelle avec
d’autres polluants
ou com
posés de
l’environnement ou de l’organism
e touché;
la durée de demi-vie de la m
atière active ou des métabolites (si la m
atière active est biodégradable ou dégradable);
le temps d’exposition et la dose (exposition chronique à faible dose, exposition à
des doses élevées durant un temps bref);
la sensibilité relative des organes, de l’organisme, de l’écosystèm
e exposé, au m
oment de l’exposition et dans la durée si le produit ou ses effets sont rém
anents;
l’âge de l’organe ou l’organisme exposé (l’em
bryon, le fœtus, les cellules en cours
de multiplication sont généralem
ent plus sensibles aux toxiques).
Tableau 1 : les groupes de pesticides
Catégorie
Cibles
Exem
ples de cibles
Acaricide
Acariens
Acarien des poussières. Phytopte de l’érable. T
étranyque à deux points.
Avicide
Oiseaux
Pigeon.
Insecticide Insectes
Blatte. D
oryphore de la pomm
e de terre. Punaise velue. Tordeuse des bourgeons de l’épinette.
Herbicide
Plantes indésirablesC
hénopode. Chien dent. H
erbe à la puce. Plantain.
Fongicide
Cham
pignons m
icroscopiques phytopathogènes
Diplocarpon rosae causant la tâche noire du rosier.
Puccinia strum
epilobii causant la rouille des aiguilles du sapin.Venturia inaequalis causant la tavelure du pom
mier.
Piscicide
Poissons M
eunier noir.
Rodenticide
Rongeurs
Rat Souris.
Molluscicide
Mollusques terrestres
Escargot L
imace.
Ném
aticideN
ématodes
phytopathogènesM
eloidogynehapla causant la nodosité des racines chez la carotte.
Les pesticides peuvent être responsable de pollutions diffuses, accidentelles, chroniques
et/ou aiguës, lors de leur fabrication, transport, utilisation ou lors de l’élimination de leurs
produits en fin de vie, dégradés, inutilisés ou interdits.
Les pesticides peuvent contam
iner tous les compartim
ents de l’environnement : air, eaux
(salées, saumâtres, douces, de nappe et de surface) et sol et peuvent passer de l’un à l’autre.
En effet, 25 à 75%
des pesticides épandus s’évaporent et se retrouvent dans l’air et l’eau et font le tour de la planète. O
n les trouve sous forme de résidus dans les alim
ents, l’eau
------
81PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
potable et les boissons. Plusieurs lois et directives européennes et mondiales im
posent des seuils à ne pas dépasser.
En France, selon une étude rapportée par l’IFE
N en 2002, 20%
de la population française consom
me une eau de boisson dont la concentration en pesticides dépasse les norm
es (IFE
N, 2002). Il a aussi été dém
ontré (IFEN
, 2005) que 91% des points des eaux de
rivières contrôlés sont contaminés et que 55%
des points des eaux souterraines contrôlés sont contam
inés. Cette m
ême étude a révélé la contam
ination de 54 % des échantillons de
fruits et légumes par les pesticides, soit 36 %
moyenne européenne.
2. Les pesticides au M
aroc
Le M
aroc importe environ 9000 tonnes/an de pesticides destinés principalem
ent à des usages agricoles pour la protection des cultures, des forêts et la lutte contre les m
oineaux, les rongeurs et le criquet pèlerin. N
éanmoins, une partie de ces pesticides est utilisée en santé
publique pour la désinfection, la désinsectisation et la dératisation ainsi qu’en santé animale
pour l’hygiène des locaux et la protection des animaux contre certains insectes. L
es cultures m
araîchères et les agrumes représentent, à eux seuls, presque la m
oitié de la consomm
ation nationale en pesticides qui est cependant tributaire des conditions clim
atiques.
Photo 2 : Invasion du criquet pèlerin dans la région de Bouarfa. (w
ww
.criquet-maroc.m
a)
2.1. Impact des pesticides sur la santé publique
Bien que la consom
mation des pesticides au M
aroc soit relativement faible par rapport
aux pays européens, ses impacts sur l’environnem
ent et la santé des populations sont préoccupants au regard des quelques études réalisées sur ce sujet. E
n effet, les pesticides constituent la deuxièm
e cause d’intoxication au Maroc avec 2179 cas d’intoxications,
soit 8% du total des cas recensés au cours de la période s’étendant de 1995 à 1999 et dont
le taux de mortalité est très élevé. Il est de 2,8%
du total des mortalités par intoxication
(Centre A
ntipoison du Maroc). D
’après Tchekpe (2004) les intoxications mortelles aux
organophosphorés (OP) posent un véritable problèm
e de santé publique au Maroc.
Une évaluation de la pollution aux butylétains en m
éditerranée occidentale (littoral m
arocain et espagnol) a montré que les peintures antisalissures des coques des navires
constituent la source principale de contamination des écosystèm
es aquatiques par le tributylétain T
BT
(Lem
ghich Iman, 2008). L
es symptôm
es les plus sérieux du phénomène
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
82ont été enregistrés au voisinage des ports (Tanger et M’diq). L’analyse chim
ique a révélé la présence des butylétains dans l’eau et les tissus de M
urex brandaris prélevé des deux côtes m
éditerranéennes ; marocaine et espagnole. L
es concentrations de TB
T m
esurées dans les tissus de M
. brandaris vendue dans les marchés locaux dépassaient la dose
journalière admissible pour ce com
posé ce qui peut avoir un risque sur la santé humaine.
2.2. Impact des pesticides sur l’environnem
ent et les écosystèmes aquatiques
Par ailleurs, les études publiées relatant l’impact des pesticides sur l’environnem
ent sont rares au M
aroc. L’étude portant sur la pollution par les pesticides dans le bassin de Sebou en 2000 (SC
ET-M
AR
OC
, 2007) a montré que 0,5 à 1%
des produits phytosanitaires utilisés par les agriculteurs au niveau de ce bassin rejoignent les cours d’eau. L
es résidus de ces pesticides notam
ment l’E
ndrine ont été détectés à l’état de traces dépassant les norm
es dans plusieurs puits de la zone côtière du Gharb.
La pollution générée dans la région de Settat par l’utilisation des produits phytosanitaires
en agriculture est évaluée à 15 tonnes de pesticides. 0,5 à 1% des produits phytosanitaires
rejoignent les cours d’eau (Terre et Vie, 2002).
Une étude sur la recherche de pesticides dans la tom
ate cultivée en plein champ et
les eaux souterraines de la zone de Sidi Bou N
’Iym a été réalisée (A
loul, 2003). Elle
a établi l’utilisation prépondérante de pesticides organophosphorés, des pyréthinoïdes de synthèses et certaines m
olécules organochlorées. Elle a m
ontré par ailleurs que les teneurs en certains pesticides (notam
ment l’A
céphate) dans les eaux souterraines de cette zone dépassent la norm
e réglementée.
D’autre part, une enquête m
enée dans la région de l’Oriental a révélé des taux de résidus
de pesticides dans la production agrumicole dépassant les norm
es internationales admises
pouvant causer des intoxications alimentaires. E
lle a par ailleurs, rapporté l’existence dans cette région de 41 substances actives différentes appartenant à 39 fam
illes chimiques dont
les insecticides (59%), les fongicides (20,50%
), les acaricides (10,20%), les horm
ones de croissance (7,7%
) et les herbicides (2,6%) (Z
erouali, 2007).
Des travaux récents réalisés par B
enbakhta (2008) sur les sédiments et les organism
es aquatiques prélevés dans cinq sites de la côte atlantique m
arocaine (Estuaires Sebou, B
ou R
egreg, Oum
er Rbiâ, lagune de M
oulay Bousselham
et lagune d’Oualidia) ont m
ontré une contam
ination de ces sites par des pesticides organochlorés (notamm
ent le DD
T et le
lindane). Les sédim
ents les plus contaminés par les PO
C sont ceux de l’estuaire de Sebou
et la lagune de Moulay B
ousselham en com
paraison avec les autres sites.
IV. L
es engrais
1. Généralités sur les engrais
Les engrais de nature m
inérale ou organique fournissent des nutriments aux plantes,
modifient la fertilité du sol ou corrigent les facteurs lim
itant les rendements. L
es engrais fournissent
ainsi, dans
des proportions
variables, les
3 m
acronutriments
primaires
(Azote, Phosphore et Potassium
), les 3 macronutrim
ents secondaires (Calcium
, Soufre
83PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
et Magnésium
) et les micronutrim
ents (Bore, C
hlore, Manganèse, Fer, Z
inc, Cuivre,
Molybdate et Sélénium
). Globalem
ent, on distingue 2 types d’engrais : les engrais organiques com
posés de matière organique végétale ou anim
ale et les engrais inorganiques com
posés de produits chimiques synthétiques et/ou de m
inéraux.
Les engrais ont déjà été connus et em
ployés par le passé en agriculture. Pendant la révolution industrielle, la synthèse chim
ique des engrais s’est largement développée dans
le monde. A
ctuellement, presque la m
oitié de la population mondiale est alim
entée grâce à l’utilisation d’engrais d’azote de synthèse. L
es engrais constituent le moyen le plus
efficace pour augmenter la production végétale (30–80%
d’augmentation des rendem
ents). Ils sont utilisés à des fins agricoles en plusieurs m
illions de tonnes par année.
1.1. Utilisation des engrais
La consom
mation m
ondiale en engrais inorganiques varie selon leur nature chimique. E
n effet, l’utilisation des engrais azotés a énorm
ément augm
enté ces 50 dernières années :elle est passée de 20 à 100 m
illions de tonnes d’azote par année. Celle des engrais de
phosphate a également augm
enté de 9 à 40 millions de tonnes en 2000 (Tableau 2).
L’utilisation des engrais inorganiques varie aussi selon les pays, les régions, les agriculteurs et les cultures (Tableau 3). A
insi, une récolte de maïs de 6 à 9 tonnes de grain par hectare
exige de 31 à 50 kg d’engrais de phosphate à l’hectare alors qu’une récolte de soja exige seulem
ent de 20 à 25 kg de phosphate à l’hectare.
Tableau 2: Consom
mation m
ondiale des engrais et leur utilisationpar hectare de terre arable (FA
O, 2003)
En 1961
En 2000
Consom
mation
en Millions de
tonnes/an
Utilisation en
kg/ha de terre
arable
Consom
mation
en Millions de
tonnes/an
Utilisation en
kg/ha de terre
arableM
onde30
23,5136
100,9
Pays développés
27,540,4
49,880,5
Pays en V
D3,7
6,286,6
118,7
1.2. Les engrais et le développem
ent durable
1.2.1. Les engrais inorganiques
La fabrication d’engrais inorganiques nécessite une im
portante consomm
ation d’énergie. E
n 2004, la production industrielle d’amm
oniaque aux USA
a nécessité environ 9 milliards
de m3 de gaz naturel, soit environ 1,5%
de la consomm
ation annuelle totale des USA
! En
outre, la production de l’amm
oniaque mobilise environ 5%
de la consomm
ation globale de gaz naturel dans le m
onde, soit environ 2% de la production d’énergie m
ondiale ce qui constitue environ 90%
du coût de production de l’amm
oniaque.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
84Par ailleurs, la production de certains engrais inorganiques ne peut pas être indéfinie dont le potassium
et le phosphore qui proviennent de gisements naturels lim
ités (mines,
lacs salins…). L’azote atm
osphérique est effectivement illim
ité (représente plus de 70%
des gaz atmosphériques), m
ais il est inutilisable par les plantes sous cette forme et exige
une fixation biologique. Les engrais artificiels d’azotes sont typiquem
ent synthétisés en utilisant les com
bustibles fossiles dont les réserves sont limitées (gaz naturel et
charbon).
1.2.2. Les engrais organiques
Les engrais organiques incluent aussi bien des m
atériaux organiques naturels (algue, com
post, guano, bâti de ver, …), des déchets organiques biodégradables que des
boues organiques d’épuration des eaux. Ces engrais ont des avantages indéniables, en
particulier, leur aptitude à favoriser la biodiversité et la productivité du sol à long terme.
En effet, les engrais organiques augm
entent l’abondance des organismes de sol tels que
les champignons m
ycorhiziens et peuvent réduire les besoins en pesticides, en énergie et en engrais inorganiques.
Cependant, ces engrais ont l’inconvénient de pouvoir contenir des germ
es pathogènes et de véhiculer toute autre m
aladie s’ils sont mal stabilisés. S’ajoute à cela la grande
variabilité de leur contenu en nutriments dont la libération sous form
e disponible pour les plantes peut ne pas se produire au bon stade de croissance de ces plantes. E
nfin, en raison de leur volum
e relativement élevé, les engrais organiques peuvent être trop encom
brants pour libérer la bonne quantité de nutrim
ents exigée par les plantes.
1.3. Impacts de la pollution par les engrais chim
iques
Les im
pacts de l’utilisation des engrais chimiques sont m
ultiples et préjudiciables pour les ressources en eau, l’environnem
ent, la santé humaine, le sol, l’atm
osphère…
En effet, les engrais chim
iques, riches en azote, constituent une source majeure de
pollution de l’environnement en ruisselant pendant les pluies orageuses. Ils favorisent
les efflorescences algales qui conduisent à l’eutrophisation des écosystèmes aquatiques
récepteurs à savoir: les lacs (environ la moitié des lacs aux E
tats-Unis sont eutrophes), les
zones côtières (les zones océaniques mortes près des littoraux habités augm
entent). La
réhabilitation naturelle des zones eutrophes peut prendre des décennies (élimination des
nitrates accumulés par les processus naturels). D
’ailleurs, depuis 2006, l’application des engrais azotés est de plus en plus contrôlée en G
rande-Bretagne et aux E
tats-Unis.
Par ailleurs, les taux élevés d’engrais azotés, combinés à leur grande solubilité m
ènent à leur déversem
ent accru dans les eaux de surface et à leur lixiviation dans les eaux souterraines constituant donc une m
enace pour la santé humaine.
L’utilisation du nitrate d’amm
onium com
me engrais inorganique est particulièrem
ent dom
mageable à la qualité des eaux souterraines car les plantes absorbent les ions am
monium
préférentiellem
ent aux ions nitrates. Ces derniers, en excès, se dissolvent par la pluie ou
l’irrigation et se retrouvent dans les eaux souterraines. Les niveaux de nitrate au-dessus
de 10 mg/l en eaux souterraines peuvent causer la m
éthémoglobiném
ie ou le syndrome du
bébé bleu qui mène à l’hypoxie entraînant le com
a et ainsi la mort si le bébé est non traité.
85PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
Les im
pacts de l’utilisation des engrais chimiques sur le sol sont nom
breux. En effet,
l’acidification du sol, suite à l’ajout des engrais azotés, diminue la disponibilité nutritive
(correction possible par chaulage). La contam
ination du sol par les polluants organiques persistants (PO
Ps) toxiques, à savoir les dioxines, les dibenzo-p-dioxines polychlorées (PC
DD
s) et les dibenzofurans polychlorés, (PCD
Fs) ont été détectés dans des sols après l’utilisation d’engrais chim
iques contaminés. L’accum
ulation de métaux lourds dans le
sol suite à l’utilisation de minerais de phosphate riches en cadm
ium a été égalem
ent constatée, et ce, à des taux atteignant les 100 ppm
. L’incorporation des déchets de l’industrie sidérurgique dans des engrais pour augm
enter leur teneur en zinc (essentiel à la croissance des plantes) est une pratique courante. C
ependant, ces déchets peuvent inclure des m
étaux toxiques tels que : Hg, Pb et A
r.
Par ailleurs, l’utilisation d’engrais chimiques n’est pas sans im
pact sur l’atmosphère; en
témoigne les ém
issions de méthane (G
az à Effet de Serre) des cham
ps de récolte (rizières) qui augm
entent par l’application d’engrais à base d’amm
onium. L’utilisation croissante
d’engrais azotés, ajoutée à la quantité déjà existante d’azote réactif dont une partie est transform
ée en oxyde nitreux (N2 O
) qui est devenu le 3e G
ES après le C
O2 et le m
éthane et dont le potentiel de réchauffem
ent global est 296 fois plus grand qu’une masse égale de C
O2 .
D’autres im
pacts de l’utilisation des engrais chimiques ont été constatés, dont le plus
récent impact est relatif à l’application excessive d’engrais azotés qui peut augm
enter le taux de natalité et/ou la longévité des parasites agricoles.
2. Les engrais au M
aroc
Depuis plusieurs décennies, le M
aroc a entrepris une politique d’aménagem
ents hydro-agricoles visant à irriguer un m
illion d’hectares pour assurer son autosuffisance alimentaire.
Ainsi, une agriculture irriguée pérenne s’est développée sur près de 1,4 m
illion ha et une autre saisonnière, irriguée sur 300.000 ha par épandage de crues. L’intensification de l’agriculture dans les périm
ètres irrigués a été marquée par l’utilisation excessive des
intrants et une surexploitation des eaux souterraines ce qui provoque la pollution des eaux et la salinisation des sols dans ces m
êmes périm
ètres. Notons que dans plusieurs régions,
l’utilisation d’engrais chimiques est quasim
ent absente pour des raisons essentiellement
économiques et culturelles. C
omparée à d’autres pays, la consom
mation m
oyenne d’engrais en kg/ha pour le blé au M
aroc est relativement faible (Tableau 3). D
ans le bassin de Sebou, seulem
ent 8 600 tonnes d’engrais azotés ont été utilisés (Terre et vie, octobre 2002).
Tableau 3. Consom
mation m
oyenne d’engrais en kg/ha pour le blé (Ifa et al., 2002).
Engrais consom
mé en kg/ha
NP
2 O5
K2 O
Total
France
8080
70230
Pays-B
as190
910
209
Chine
12018
2140
USA
7040
40150
Maroc
1210
2 24
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
86Cependant, quoique la consom
mation en engrais chim
iques reste faible au Maroc, elle est
souvent mal raisonnée (dépassem
ent de la dose recomm
andée) et provoque la pollution des eaux de surface et m
enace la santé publique (Tableau 4).
Tableau 4 : Fertilisation azotée par culture dans le périmètre de Tadla (A
ghzar et al., 2002) (* K
g/arbre).
Culture
Doses
recomm
andées kg/ha
Doses apportées (kg/ha)
% des agriculteurs
dépassant les doses recom
mandées
Minim
aleM
aximale
Moyenne
Betterave
220187
1075385
93
Blé
1200
410150
64
Maïs
1200
300135
42
Luzerne
100
460106
73
Niora
250200
500280
62
Oignon
16080
510198
54
Haricot
50-6017
193103
91
Fève
25-500
18441
38
Olivier *
0,8-10
2,381,14
67
Agrum
es *230
84657
39175
La pollution par les engrais chim
iques est très peu étudiée au Maroc. E
lle est de nature diffuse et affecte en particulier, les eaux souterraines dans les bassins et les zones irriguées où se pratique une agriculture intensive. A
insi, 8 à 10% de l’azote utilisé com
me
engrais est lessivé vers les nappes d’eau souterraines ou vers les cours d’eau. Au niveau
de certaines zones, des niveaux de contamination de la nappe en nitrates dépassant les
200 ppm ont été enregistrés (D
DA
, 1992). Au périm
ètre irrigué de Tadla, 32% des eaux
des nappes superficielles analysées dépassent la valeur maxim
ale admissible pour l’eau
potable. Il a été aussi rapporté que le périmètre irrigué des D
oukkala connaît une large contam
ination des puits contrôlés (70%) et que 53%
de ces puits sont de qualité allant de m
auvaise à moyenne. D
ans les eaux souterraines côtières de la zone du Gharb, les teneurs
en nitrates varient entre 43 et 234 mg/l. A
u niveau national, 13% des eaux de puits sont
exposées à la pollution par les engrais chimiques dont 3,4 %
ont une concentration en nitrate dépassant les 50 m
g/l. Quant aux eaux de barrages, la pollution affecte 23 %
des points contrôlés.
D’autre part, une cam
pagne de mesure a été réalisée au cours de l’année 2007-2008 au
niveau des nappes d’eau souterraines au Maroc; leur qualité globale a été bonne au niveau
de 28 % des stations, m
oyenne sur 28% et dégradée sur 44 %
des stations. Les param
ètres responsables de cette dégradation sont la forte m
inéralisation de ces eaux et la présence de nitrates en teneurs élevées. L
es nappes d’eau souterraine fortement m
inéralisées sont la nappe de B
errechid, Chaouia côtière, B
eni Am
ir et Tafilalt. En outre, des teneurs élevées
en nitrates ont été enregistrées au niveau des nappes de Temara, M
eskala-Kourim
ate, B
errechid et Chaouia (SE
EE
, 2009)
La pollution par les engrais chim
iques, surtout ceux à base de nitrate et/ou de phosphate,
provoque l’eutrophisation
des eaux
stagnantes côtières
ainsi que
la
87PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
dégradation de la qualité des eaux de retenue de barrages (mauvais goût et odeur
des eaux). En effet, la pollution générée dans la région de S
ettat par l’utilisation des engrais en agriculture est évaluée à 8500 tonnes d’azote. 8 à 10%
de l’azote utilisé com
me engrais est lessivé vers les nappes d’eaux souterraines ou vers les cours d’eau
(Terre et V
ie, 2002).
En conclusion, si l’objectif de la fertilisation est de m
aintenir et d’améliorer la fertilité
du sol, le respect et la protection de l’environnement et de la santé publique sont
incontournables pour la durabilité de l’agriculture. Il est donc fortement recom
mandé de
contrôler la pollution par les engrais, d’augmenter l’efficience de leur utilisation (quantité
apportée/quantité absorbée), de bien choisir le type d’engrais, le mode et la date de son
apport, et enfin de favoriser la fertilisation organique (utilisation de compost). D
e plus, le M
aroc dispose d’un gisement non exploité de ce type d’engrais, à savoir, les algues
marines échouées sur nos côtes. C
es algues échouées, riches en éléments fertilisants
génèrent beaucoup de nuisance au niveau des côtes, alors qu’elles peuvent constituer une m
atière organique et minérale de choix pour produire des fertilisants à très haute valeur
ajoutée.Photo 3 : Algues échouées sur la plage de Sidi B
ouzid (Assobhei, O
ctobre 2009)
V. C
onclusion
Développer l’agriculture et am
éliorer ses rendements est une priorité m
ondiale; c’est aussi un puissant outil au service du développem
ent comm
e annoncé dans le rapport de la B
anque Mondiale de 2008 : l’agriculture est im
portante pour la croissance économique, la
sécurité alimentaire, les m
oyens d’existence et un environnement durable. L’agriculture à
petite échelle «est un moyen puissant pour sortir de la pauvreté» et les fem
mes y jouent un
rôle important. Toutefois, la durabilité de la production agricole aux niveaux requis pour
assurer l’alimentation d’une population hum
aine en croissance passe par l’adoption de m
esures transitoires pour changer le système conventionnel en une agriculture écologique
«agro-écologie» (FAO
, 2008).
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
88En effet, le développem
ent durable dans le domaine de l’agriculture consiste selon l’article
2 du traité de Maastricht à :
réduire les apports de produits chimiques au point qu’aucun des processus
naturels de base n’en soit affecté;
rationaliser leur usage grâce à la lutte intégrée contre les ravageurs et la gestion des nutrim
ents;
introduire progressivement des technologies à faible niveau d’intrants;
intégrer efficacement culture/élevage pour assurer la fertilité du sol et le contrôle
naturel de ses ravageurs et maintenir des rendem
ents satisfaisants;
pratiquer une agriculture enrichie des connaissances en biotechnologie qui pourrait s’avérer m
oins polluante et moins gourm
ande en ressources rares.
VI. R
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89PA
NE
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himie verte et développem
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hèse de Doctorat, U
niversité M
ohamed Prem
ier, Faculté des Sciences, Oujda.
Pr. T
ijani BO
UN
AH
MID
I (Modérateur)
Merci P
r. Assobhei pour cet exposé qui décrit la problém
atique posée par le domaine
de l’agriculture au développement durable au M
aroc; et donc nous avons vu les besoins im
portants de ce secteur et leur impact sur l’environnem
ent en matière de
consomm
ation d’énergie, d’eau et de produits chimiques qui ne sont pas pour le
mom
ent des «produits verts». Vous avez proposé des solutions qui peuvent perm
ettre d’introduire des produits verts de m
anière à améliorer la durabilité de ce secteur.
Le troisièm
e exposé sera présenté par le Pr. S
ebti qui est professeur à l’Université
Hassan II - M
ohamm
edia sur le thème «le phosphate m
arocain comm
e catalyseur propre du développem
ent durable».
------
91PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
LE
PH
OSP
HA
TE
MA
RO
CA
IN :
UN
CA
TA
LYSE
UR
PR
OP
RE
PO
UR
LE
DÉ
VE
LO
PP
EM
EN
T D
UR
AB
LE
Pr. Saïd SE
BT
I
Université H
assan II Moham
media-C
asablanca, F
aculté des Sciences Ben M
’Sik,B
P 7955, 20702 C
asablanca, Maroc.
La chim
ie a été au centre du développement de l’hum
anité durant ces derniers siècles. E
lle a eu un apport capital dans de nombreux dom
aines et notamm
ent dans l’agriculture, l’agroalim
entaire, la santé et l’amélioration du bien-être en général. A
ctuellement, la chim
ie est om
niprésente dans tous les secteurs de l’activité humaine; elle est indispensable pour
relever les défis technologiques du 21èm
e siècle. Il est bien reconnu de nos jours que la chimie
doit faire un effort considérable pour s’adapter aux nouvelles exigences internationales et notam
ment être en harm
onie avec le développement durable. D
e ce fait, on observe actuellem
ent l’émergence de nouveaux procédés qui tiennent com
pte de la protection de l’environnem
ent. Les principes de la chim
ie verte deviennent donc un outil efficace pour un développem
ent durable. Ainsi, l’utilisation des produits naturels dans des procédés de plus
en plus propres est un objectif fondamental dans l’évolution actuelle de la chim
ie.
D’autre part, le phosphate naturel représente la prem
ière richesse minière du M
aroc et son im
portance est capitale pour le développement général du pays, vu les gigantesques réserves
disponibles. Il devient donc évident que de nombreux chercheurs m
arocains, chacun dans son dom
aine, mènent des études poussées dans l’objectif général de valoriser le phosphate
naturel. La fabrication de l’acide phosphorique et des engrais reste bien évidem
ment la
valorisation principale de ce minerai. N
éanmoins, la recherche de nouvelles applications
des phosphates est un objectif stratégique pertinent pour le Maroc afin qu’il puisse se placer
pour l’avenir et maintenir sa place de leadeur m
ondial dans les phosphates.
Depuis une vingtaine d’années, nous avons développé, pour la prem
ière fois, une nouvelle application des phosphates m
arocains dans la catalyse. Après un effort soutenu pendant
toute cette période par plusieurs équipes de chercheurs marocains partenaires, le phosphate
marocain est actuellem
ent bien connu par les spécialistes du domaine dans le m
onde entier sous l’appellation «N
atural Phosphate» (NP). C
eci a engendré plus d’une centaine de publications internationales dont la grande m
ajorité dans des journaux de premier niveau.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
92Le phosphate naturel s’est avéré posséder une structure intrinsèque très intéressante
présentant des sites riches en électrons et d’autres avec une faible densité électronique. L’agencem
ent favorable de ces sites donne à ce matériau un caractère aussi bien basique
qu’acide, ce qui lui permet d’être appliqué en tant que catalyseur hétérogène dans de
nombreuses synthèses organiques de produits à haute valeur ajoutée. L
a déformation de la
structure apatitique de base par la présence de certains métaux, présents dans le phosphate
naturel, rend ce matériau généralem
ent plus actif que les apatites de synthèse.
Dans un prem
ier temps, nous avons étudié les potentialités catalytiques de N
P dans de nom
breuses synthèses organiques. Ceci nous a perm
is de déterminer les capacités
catalytiques de NP aussi bien dans l’activation acide que basique. Il s’est avéré, déjà
à ce stade de la recherche, que ce matériau possède une activité catalytique égale ou
supérieure à de nombreux catalyseurs, bien connus dans le dom
aine, et ceci pour un certain nom
bre de réactions organiques fondamentales. L
a deuxième étape du processus
de valorisation du phosphate naturel est la recherche des techniques permettant son
dopage ou la modification de sa structure afin qu’il puisse être utilisé dans des procédés
catalytiques plus performants. A
insi, une famille de m
atériaux à base de NP a vu le jour;
elle est composée de nom
breux catalyseurs obtenus par dopage avec des métaux tels que
le Zn, C
u, Ni, C
o, Ti, …
etc. ou des halogénures tels que les fluorures ou les iodures. Ces
nouveaux supports ou catalyseurs phosphatés ont montré une perform
ance exceptionnelle dans de nom
breuses synthèses organiques, ce qui a permis la fabrication d’un grand
nombre de produits, à haute valeur ajoutée, qui possèdent généralem
ent des applications dans le dom
aine biologique ou médical.
La perform
ance des catalyseurs à base du phosphate naturel a été prouvée dans de nom
breuses réactions [1-13]. A titre d’exem
ple, on peut citer les réactions de condensation (K
noevenagel, Claisen-Schm
idt, Michael, …
), les réactions multi com
posants (Biginelli,
Vilsm
eier-Haack, …
), la synthèse d’analogues des nucléosides, l’oxydation (époxydation, photo-oxydation, dégradation des polluants, …
), transestérification, …etc.
Il est à noter que la grande majorité des procédés que nous avons utilisés dans la catalyse
par des matériaux à base du phosphate naturel rentre parfaitem
ent dans le cadre de la chim
ie verte. En effet, un effort considérable a été fourni pour favoriser les synthèses
qui minim
isent les rejets nocifs tout en augmentant les perform
ances énergétiques et sélectives. L
es réactions sans solvant ou utilisant un solvant propre tel que l’eau sont aussi un apport favorable dans l’évolution vers des procédés propres.
En conclusion, le phosphate naturel a été utilisé avec succès en tant que nouveau
catalyseur performant. L
a préparation de nouveaux supports ou catalyseurs à base de NP
a permis l’ém
ergence d’une nouvelle famille de nouveaux m
atériaux très performants
dont l’activité est égale ou supérieure à celle des catalyseurs les plus connus actuellement.
Ainsi, les catalyseurs à base du N
P peuvent concurrencer, très favorablement, les
meilleurs catalyseurs du m
oment tels que la silice, l’alum
ine ou les argiles et ceci dans de nom
breuses synthèses organiques. D’autre part, vu que le phosphate naturel a m
ontré son efficacité dans des procédés propres qui intègrent parfaitem
ent le protocole de la chimie
verte, sachant qu’il possède une grande stabilité thermique et qu’il peut être recyclé
facilement, on peut considérer que le phosphate naturel est un am
i de l’environnement.
93PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
Résum
é
Le phosphate naturel représente la prem
ière richesse minière du M
aroc, son importance est
capitale pour le développement général du pays, vu les gigantesques réserves disponibles.
La fabrication de l’acide phosphorique et des engrais représente la valorisation principale
de ce minerai. N
éanmoins, la recherche de nouvelles applications des phosphates est
un objectif stratégique pertinent pour le Maroc afin qu’il puisse se placer pour l’avenir
et maintenir sa place de leader m
ondial dans les phosphates. Dans cet objectif, de
nombreuses études ont été réalisées afin de déterm
iner les potentialités des phosphates en vue de nouvelles utilisations dans différents secteurs industriels.
D’autre part, la chim
ie a été au centre du développement de l’hum
anité durant ces derniers siècles, elle a eu un apport capital dans de nom
breux domaines et notam
ment
dans l’agriculture, l’agroalimentaire, la santé et l’am
élioration du bien être en général. A
ctuellement, la chim
ie est omniprésente dans tous les secteurs de l’activité hum
aine, elle est indispensable pour relever les défis technologiques du 21
ème siècle. Il est adm
is, de nos jours, que la chim
ie doit faire un effort considérable pour s’adapter aux nouvelles exigences internationales et notam
ment être en harm
onie avec le développement durable.
De ce fait, on observe actuellem
ent l’émergence de nouveaux procédés qui tiennent
compte de la protection de l’environnem
ent. Les principes de la chim
ie verte deviennent donc un outil indispensable pour un développem
ent durable. Ainsi, l’utilisation des
produits naturels dans des procédés de plus en plus propres est un objectif fondamental
dans l’évolution actuelle de la chimie.
Nous exposons dans ce travail une application très récente du phosphate naturel dans la
catalyse. En effet, nous avons développé des procédures et des techniques d’utilisation du
phosphate naturel et de ses dérivés en tant que catalyseurs performants dans de nom
breuses réactions organiques, perm
ettant la synthèse de différents produits dont une grande partie à haute valeur ajoutée. C
es procédés rentrent, en général, dans la catégorie des procédés propres qui intègrent la chim
ie verte, partie fondamentale du développem
ent durable.
Actuellem
ent, le phosphate naturel, sous l’appellation « Natural P
hosphate » (NP
), est bien connu par les spécialistes du dom
aine dans le monde entier.
Introduction
Le m
onde moderne a apporté à l’hum
anité un développement considérable dans tous les
domaines et a m
is la technologie au service de la santé et du bien être général. Dans toutes
les étapes de cette évolution, la chimie a été om
niprésente et a joué un rôle primordial
pour atteindre l’état actuel de la technologie. A l’instar des autres disciplines, la chim
ie s’est développée dans un état d’esprit, correspondant à l’époque considérée, qui consistait à une production où la quantité, la qualité et la rentabilité étaient les points essentiels considérés. D
ans cette euphorie généralisée, la chimie était considérée com
me la m
agie de fabrication de produits ou m
atériaux de plus en plus performants et adaptés à chaque
situation. De ce fait, la chim
ie jouissait d’une image très positive d’une science au service
de l’humanité.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
94Avec la prise de conscience générale allant vers un développem
ent durable, la pollution en général et la pollution chim
ique en particulier est devenu le mal à éradiquer. L’industrie
chimique se trouve ainsi pointée du doigt après avoir été la fierté de l’hom
me m
oderne. Il est bien établi que la chim
ie est indispensable pour accompagner le développem
ent actuel et plus encore dans l’avenir. C
onscients du rôle à jouer dans cette évolution, les chimistes
ont inventé le concept de la chimie verte appelée aussi chim
ie pour le développement
durable. Elle est basée sur des principes qui tendent à m
inimiser l’im
pact négatif de la chim
ie sur l’environnement en adoptant des procédés chim
iques de plus en plus propres. D
ans ce contexte, la catalyse en général et la catalyse hétérogène en particulier joue un rôle fondam
ental dans la chimie verte. L
a diminution des rejets et le gain en rendem
ent, en sélectivité et en énergie sont parm
i les avantages de cette technique.
La recherche de catalyseurs naturels, disponibles en grande quantité, est un objectif
important pour lutter contre la pollution chim
ique. Dans ce contexte, nous nous som
mes
intéressés à étudier les possibilités d’application du phosphate naturel dans la catalyse hétérogène. D
ans un premier tem
ps, les aspects géologique et physicochimique du
phosphate ont été étudiés afin de pouvoir exploiter au mieux ses éventuelles potentialités.
Par la suite, différents protocoles de traitement du phosphate brut ont été testés dans
l’objectif d’obtenir un matériau possédant des propriétés reproductibles. D
es tests catalytiques prélim
inaires ont permis d’orienter le traitem
ent conduisant à un catalyseur perform
ant.
Après la m
ise au point du procédé de préparation du catalyseur appelé « Natural
Phosphate » (N
P), de nom
breuses synthèses organiques ont été réalisées par l’action de ce catalyseur. C
eci nous a permis de situer la capacité catalytique du N
P par rapport aux catalyseurs habituels. A
fin d’améliorer l’efficacité du N
P, nous avons eu recours aux techniques de dopage et de m
odification de structure. Ainsi, beaucoup de catalyseurs
à base de NP ont été préparés ce qui constitue une fam
ille de catalyseurs phosphatés perm
ettant la synthèse d’une large variété de produits organiques. Nous exposons ci-
dessous l’application du phosphate naturel dans la catalyse et du phosphate naturel et des rejets des m
ines de phosphate dans l’adsorption (Schéma 1).
Schéma 1
95PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
1. Phosphate m
arocain
Le phosphate naturel est une richesse m
inière d’une importance particulière pour le
Maroc, elle constitue environ 75%
des réserves mondiales. L
es gisements phosphatés
marocains sont localisés dans plusieurs zones du pays qu’on peut néanm
oins regrouper dans deux séries principales :
La prem
ière série, la plus importante, se situe dans la partie nord du pays et s’étend
le long de l’Atlas entre cette chaîne de m
ontagne et le littoral atlantique de Oued Z
em
à Essaouira. L
es réserves contenues dans cette série sont estimées à 71%
des réserves m
ondiales et représentent ainsi 95% des réserves m
arocaines. Cette série se com
pose de trois ensem
bles phosphatés :A
l’est, le gisement des O
uled Abdoun où se trouvent les zones de K
houribga, Oued
Zem
, Sidi Chenane et Sidi H
jaj.A
u centre, le gisement des G
antours où se trouvent les zones de Youssoufia et de
Ben-G
uerir.A
l’ouest, le gisement de H
eskala situé entre Marrakech et E
ssaouira.
La deuxièm
e série se situe dans la partie sud du pays et s’étend de Boucraâ à la frontière
avec la Mauritanie. L
es réserves contenues dans cette série sont estimées à 4%
des réserves m
ondiales et représentent 5% des réserves m
arocaines.A
ctuellement, les gisem
ents en exploitation sont ceux de : Khouribga, O
ued Zem
, Y
oussoufia, Ben G
uérir et Boucraâ.
Les gisem
ents marocains sont d’origine sédim
entaire. Dans le cas général, il existe deux
types de gisement de phosphates :
Les gisem
ents magm
atiques, comm
e l’indique leur nom, sont d’origine volcanique. Ils
sont moins abondants et donc m
oins importants du point de vue économ
ique.
Les gisem
ents sédimentaires sont d’origine m
arine, ils proviennent des restes des squelettes d’anim
aux marins transform
és, au cours du temps, pour avoir des com
posés stables avec une structure de base de la fluorapatite. L
es oolithes, les pisolithes, les nodules, les colophanites et les coprolithes sont les principales form
es de grains de phosphates sédim
entaires.
La constitution m
inéralogique des phosphates naturels est assez diversifiée, plus de 200 espèces ont été répertoriées. C
es phosphates se présentent généralement sous form
e de fluorapatite phosphocalcique, légèrem
ent modifiée par des substitutions isom
orphiques partielles. E
n effet, les minerais de phosphate sont riches en fluorapatite m
ais ils referment
un nombre im
portant d’éléments chim
iques qui affectent la structure fluorapatite.
2. Préparation de m
atériaux pour la catalyse à base de phosphate naturel
Le phosphate m
arocain dérive de la fluorapatite dont la formule à l’état pur est C
a10 (PO
4 )6 F
2 . B
ien évidemm
ent, le phosphate naturel contient un grand nombre d’élém
ents chimiques
qui existent sous forme d’oxydes ou incorporés à la m
atrice de la fluorapatite. Ce dernier
cas est rendu possible grâce à la grande capacité des structures apatitiques à supporter des substitutions isom
orphiques permettant l’introduction de différents élém
ents chimiques
•
---
•••
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
96sans modification de la structure, m
ise à part des déformations plus ou m
oins importantes,
qui dépendent de la nature des éléments concernés par la substitution.
2.1. Substitutions dans les apatites
Les substitutions dans les apatites sont très nom
breuses et très variées, on peut les classer selon le groupem
ent substitué. Il faut noter que pratiquement toutes les substitutions qui
existent dans la nature peuvent être reproduites dans les laboratoires. Nous décrivons
ci-dessous, les trois types de substitution dans la fluorapatite à savoir les substitutions au niveau du C
a, PO4 et F (Schém
a 2).
Schéma 2
2.1.1. Substitution de Ca
La substitution des ions C
a2+ peut se faire aussi bien sur les deux positions qu’occupe le
calcium dans le systèm
e cristallin à savoir Ca
I 2+ et Ca
II 2+. Généralem
ent, si le substituant n’a pas une valence égale à 2+
, les deux sites sont perturbés [1]. Si le substituant est sous la form
e de M2+, la substitution dépend de la taille relative du substituant. Par exem
ple, les substituants Sr
2+, Pb2 et M
g2+ occupent préférentiellem
ent les sites Ca
II 2+ [2]. Une telle
substitution cause une contraction de l’axe c, une augmentation du param
ètre de l’axe a et un déplacem
ent faible des différents atomes. L
orsque les deux sites sont substitués (par exem
ple : Pb2+
ou Cd
2+), le cristal ne subit aucun changement structurel im
portant.
La substitution des ions C
a2+ par les ions m
onovalents (K+, N
a+) se fait souvent au niveau
de la position des sites Ca
I 2+.
2.1.2. Substitution de FL
a substitution de F- peut se faire aussi bien par des ions Y
- (y = O
H, C
l, Br) ou z
2- (z =
O, C
O3 ). L
e remplacem
ent des ions F- par une m
olécule neutre est également possible
(H2 O
, O2 , C
O2 ), ceci im
plique une augmentation faible du param
ètre de la maille a. L
a substitution la plus habituelle est la substitution d’ion F
- par un autre ion monovalent tel
que HO
- ou Cl -.
97PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
2.1.3. Substitution de PO
4
La substitution des ions PO
4 3- peut se faire par des groupements M
O4 3- (M
= V
, As, M
n, C
r,…) ou C
O3 2-. Q
uand le substituant est de type MO
4 3-, la substitution peut être partielle ou com
plète. Les param
ètres cristallographiques a et c augmentent faiblem
ent avec une dim
inution du rapport c/a [3]. Cependant, une substitution des ions PO
4 3- implique souvent
quelques déformations de la structure cristalline ou une perte de la sym
étrie hexagonale. L
a substitution s’appelle donc structure pseudo-hexagonale parce que la principale déform
ation est celle des ions F- [4]. D
’autre part, la substitution des ions PO4 3- par les
CO
3 2- est généralement accom
pagnée de la perte d’un ion F- et un ou plusieurs ions C
aII 2+,
afin de compenser le désordre électronique dû à la substitution.
2.2. Traitem
ent du phosphate naturel
L’utilisation des catalyseurs solides naturels dans la synthèse organique est régie par un ensem
ble de conditions et de normes pour assurer leur efficacité et leur reproductibilité.
De ce fait, le phosphate naturel doit subir un certain nom
bre de traitements afin d’élim
iner les im
puretés et homogénéiser l’échantillon avant d’être testé en catalyse. Plusieurs
protocoles de traitement ont été étudiés et nous avons adopté, finalem
ent, le protocole indiqué sur le schém
a 3 comm
e étant le traitement le plus fiable conduisant à un catalyseur
ayant des caractéristiques bien définies et une activité reproductible. Le phosphate utilisé
provient des gisements de K
houribga, on lui fait subir successivement un quartage, une
séparation humide, une calcination, un relavage et une recalcination (Schém
a 3).
Schéma 3. T
raitement du phosphate brut.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
982.2.1. Quartage
L’échantillon du phosphate naturel brut est concassé puis partagé en plusieurs sous-échantillons pratiquem
ent identiques. Cette opération se fait à l’aide d’un diviseur à rifles
ou d’une façon manuelle.
2.2.2. Séparation granulométrique par voie hum
ideL
a séparation par voie humide consiste à faire subir, au sous-échantillon obtenu après
le quartage, un lavage par l’eau, suivi d’un tamisage. L
e sous-échantillon est mis dans
une grande cuve contenant de l’eau. Après 30 m
in d’une forte agitation mécanique, le
mélange eau-m
inerai est déversé dans les tamis de 400 μ
m et 100 μ
m m
ontés en série. T
rois fractions ont été isolées : F1 <
100 μm
, F2 [100 - 400 μ
m] et F
3 > 400 μ
m. Seule la
fraction F2 , riche en phosphate est conservée à l’étuve.
2.2.3. Calcination
La fraction F
2 est calcinée dans un four préalablement chauffé à 750-900 °C
pendant 1-2 heures. C
ette étape permet, par décom
position, de réduire le taux des matières organiques
et des carbonates présents dans le minerai phosphaté.
2.2.4. Relavage
Cette opération consiste à élim
iner la chaux et la magnésie produites au cours de la
calcination.
2.2.5. Recalcination
Le catalyseur doit rester perform
ant pendant une durée relativement longue. Pour assurer
la reproductibilité et la stabilité du phosphate en tant que catalyseur, nous l’avons calciné une deuxièm
e fois à 750-900 °C pendant 1-2 heures. C
ette étape permet la structuration
du cristal et l’activation des sites réactifs.
2.2.6. Broyage
Pour homogénéiser la granulom
étrie de l’échantillon phosphaté et la rendre comparable à
celle des catalyseurs connus, le NP est broyé, puis tam
isé sur des tamis de 125 et 60 μ
m.
2.3. Caractérisation du phosphate naturel
Le N
P ainsi traité, a été caractérisé par différentes méthodes d’analyses physico-chim
iques telles que : la diffraction des rayons X
, l’analyse chimique, la spectroscopie infrarouge,
la microscopie électronique à balayage (M
EB
), la mesure de la surface spécifique et de la
porosité ainsi que l’étude de la basicité.
2.3.1. Diffraction des rayons X
La diffraction des rayons X
est utilisée dans le but de déterminer la nature de la phase
constituant le matériau et son degré de cristallinité. L
e phosphate naturel tend à mieux
cristalliser au cours de la calcination (Figure 1). En effet, les raies de diffraction deviennent
plus fines, plus intenses et bien résolues. Ceci m
ontre un réarrangement du réseau cristallin
et sa structure se rapproche de celle de la fluorapatite phosphocalcique.
99PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
Figure 1. D
iagramm
e de diffraction des rayons X de N
P-Brut et N
P-traité.
2.3.2. Analyse chim
iqueL’analyse chim
ique de NP-brut et N
P-traité, montre une augm
entation des teneurs en élém
ents apatitiques et une diminution de la quantité des carbonates dans le N
P traité par rapport au N
P brut (Tableau 1). La com
position chimique est exprim
ée en unités habituelles correspondant souvent à certains oxydes.
Tableau 1. Analyse chim
ique de NP-B
rut et NP-traité.
Com
position chimique (%
)
P2 O
5N
a2 O
CaO
CO
2M
gOSiO
2A
l2 O3
Fe
2 O3
F-
SO3
K2 O
NP brut
31,840,71
51,246,40
0,422,15
0,310,27
4,031,96
0,08
NP traité
35,070,5
55,941,1
0,392,13
0,30,17
4,281,59
0,03
2.3.3. Spectroscopie InfrarougeL’analyse du spectre infrarouge de N
P nous a permis d’identifier les bandes d’absorption
des différents groupements décrits dans le tableau 2. N
ous remarquons la présence
essentiellement des bandes des groupem
ents phosphatés et carbonates.
Tableau 2. Bandes d’absorption infrarouge du phosphate naturel
Bande (cm
-1)A
ttribution530
HPO
4 3-
570PO
4 3-
601PO
4 3-
860C
O3-
875H
PO4 3-
964PO
4 3-
1050PO
4 3-
1090PO
4 3-
1130H
PO4 3-
1160H
PO4 3-
1420C
O3 2-
1450C
O3 2-
1636H
2 O3540
HO
-
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
100
2.3.4. Surface spécifique et volume des pores
La texture d’un solide poreux précise la m
orphologie interne des particules qui le com
posent c’est à dire l’existence des lacunes, pores ou cavités. La surface spécifique du
NP, m
esurée par la méthode du B
ET, est de l’ordre de 1-2 m
2g-1. C
ette valeur est très faible en com
paraison avec celle de la silice, l’alumine ou l’hydrotalcite (100 à 300 m
2g-1).
La répartition des pores, m
esurée par la méthode B
JH, m
ontre que la surface de NP
contribue à la surface spécifique par des pores de diamètre com
pris entre 3 et 80 nm
. Le volum
e total des pores mesuré par la condensation de l’azote adsorbé est de
0,0055 cm3g
-1. Ce volum
e reste très faible en comparaison avec les catalyseurs habituels.
2.3.5. Microscopie E
lectronique à Balayage
La m
icroscopie électronique à balayage (ME
B) a été utilisée pour étudier la m
orphologie de la surface de N
P (Figure 2). On observe une cristallinité très développée, les cristaux
s’associent entre eux sur une ou plusieurs faces dont les tailles varient entre 1 et 4 μm
. Les
cristaux de phosphate se présentent d’une façon prédominante sous form
e de bâtonnets circulaires.
Figure 2. M
icrographe de NP
2.3.6. Basicité
Il est généralement adm
is que les propriétés acides ou basiques de certains catalyseurs sont à l’origine de leurs activités dans des réactions m
ettant en jeu des intermédiaires
réactionnels. L’acidité et la basicité qui s’appliquent aux surfaces solides sont celles de B
rønsted et de Lew
is. La m
éthode la plus utilisée pour déterminer le caractère basique
d’un support solide repose sur le pouvoir de ce dernier à adsorber des molécules à caractère
acide. Ainsi, N
P est capable d’adsorber 0,6 et 2 mm
ol de phénol par gramm
e de NP, après
un temps de contact respectivem
ent de 1 et 24 h. Ceci indique que le N
P possède un caractère basique relativem
ent important et de m
ême ordre que celui de l’alum
ine ou l’hydrotalcite [5], m
algré sa faible surface spécifique.
101PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
2.4. Dopage et m
odification du phosphate naturelL
e dopage et la modification de la com
position ou de la structure de NP perm
et une activation notable de ce dernier (Schém
a 4). Afin d’am
éliorer l’activité catalytique de N
P, nous l’avons dopé par différents métaux en utilisant des sels m
étalliques. Ainsi,
l’utilisation des halogénures métalliques type M
X2 (M
= Z
n, Ni, C
u, Co, …
et X =
Cl,
Br) perm
et l’obtention d’une famille de catalyseur M
X2 /N
P, possédant une activité acide rem
arquable. Il est à noter que dans ce type de technique, le support solide, à savoir dans notre cas le phosphate, peut avoir trois cas de figure : a) N
P joue le rôle d’un support inactif et le catalyseur de la réaction est le m
étal dopant. b) NP et le m
étal dopant sont tous les deux, séparém
ent, des catalyseurs de la réaction considérée. La synergie entre
eux conduit à un catalyseur (MX
2 /NP) dont la capacité catalytique dépasse largem
ent la som
me de ses deux com
posants. c) Le m
étal dopant n’est pas un catalyseur de la réaction m
ais en tant que dopant permet une activation notable du catalyseur N
P. Les trois
situations précédentes ont été observées dans des réactions différentes.
D’autre part, le dopage de N
P par le fluorure de potassium conduit à un nouveau catalyseur
très performant K
F/NP, possédant une activité basique accrue.
Finalement, le dopage de N
P par les nitrates de sodium ou de lithium
suivi d’une calcination conduit à des nouveaux catalyseurs phosphatés dont la structure de N
P a été modifiée.
Ainsi N
a/NP et L
i/NP ont m
ontré une activité catalytique basique remarquable.
Schéma 4
La préparation de N
P dopé se fait de la manière suivante : à une solution aqueuse contenant
le sel métallique, on additionne la quantité adéquate de N
P. Après une agitation pendant
un temps déterm
iné, l’eau est évaporée à sec pour conduire au produit final.
La préparation de N
P modifié par N
a ou Li est réalisée par calcination à haute tem
pérature de N
aNO
3 /NP ou L
iNO
3 /NP, obtenus par la m
éthode de dopage. Dans cette étape de
calcination, le nitrate est décomposé et conduit à des espèces chim
iques intermédiaires
responsables de la modification de la structure de N
P.
Nous avons donc vu dans cette partie que le dopage ou la m
odification de NP par des
sels métalliques ou des m
étaux permet de m
odifier le caractère acido/basique de N
P (Schém
a 5). Ainsi, nous avons pu préparer toute une fam
ille de catalyseurs dont le
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
102
caractère peut aller de très acide à très basique en passant par des acidités ou basicités faibles. Il est bien entendu que N
P seul a été utilisé aussi bien en tant qu’acide faible que base faible, il possède donc un caractère partiellem
ent amphotère.
Schéma 5
La surface spécifique est une caractéristique im
portante dans la catalyse hétérogène. Il est bien connu que plus la surface spécifique est grande plus le catalyseur est perform
ant. D
ans le cas de NP et ses dérivés, les surfaces spécifiques m
esurées sont très faibles en com
paraison avec celles des autres catalyseurs connus (Schém
a 6). NP possède une
surface spécifique de l’ordre de 1-2 m2/g alors que pour l’alum
ine, la silice ou les argiles la surface spécifique dépasse 100 m
2/g. En dépit de cet handicap m
ajeur, NP a
montré une réactivité supérieure à celle de ces catalyseurs, dans un certains nom
bre de réactions.
Schéma 6
103PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
3. Application de N
P dans la catalyse
La catalyse est une technique largem
ent utilisée dans les industries, du fait de son apport dans le contrôle du déroulem
ent de la réaction. Son évolution a donné lieu à de nombreuses
applications aussi bien dans la catalyse homogène qu’hétérogène ou enzym
atique. En ce
qui concerne la catalyse hétérogène, le champ d’application ne cesse de s’élargir et ceci
grâce à l’apport de nouveaux catalyseurs de plus en plus performants. C
ette technique a pu se développer du fait des atouts m
ajeurs qu’elle présente et notamm
ent son apport com
me pilier de la chim
ie verte qui œuvre pour un développem
ent durable.
Les caractéristiques de la catalyse hétérogène peuvent se résum
er dans les points suivants : a) augm
entation de la sélectivité, b) gain en énergie, c) augmentation du rendem
ent de la réaction, d) recyclage du catalyseur, e) dim
inution des rejets toxiques et f) diminution de
l’utilisation des solvants.
En
plus des
potentialités intrinsèques
de la
catalyse hétérogène,
des facteurs
supplémentaires ont pu augm
enter davantage son attractivité, à savoir l’utilisation de m
atériaux renouvelables ou de matériaux naturels disponibles en grande quantité. D
ans ce contexte, le phosphate naturel est un m
atériau de choix pour jouer le rôle de catalyseur hétérogène. A
ussi, NP possède des caractéristiques très intéressantes à savoir : a) une
grande stabilité thermique qui peut aller jusqu’à 1000 °C
, b) une grande disponibilité, c) un faible coût de revient, d) la possibilité de recyclage et e) l’aspect inoffensif et non toxique.
Dans l’objectif de valoriser le phosphate naturel m
arocain, nous avons entamé, il y a une
vingtaine d’année [6-7], des études afin de prospecter les potentialités catalytiques de ce m
inerai. Des études systém
atiques nous ont permis de trouver le m
eilleur protocole de traitem
ent pour aboutir à un catalyseur fiable et performant. L
es premiers résultats
positifs ont été obtenus dans la synthèse de Knoevenagel [8] (Schém
a 7), utilisée comm
e réaction test. N
ous avons ainsi montré, pour la prem
ière fois, que le phosphate naturel m
arocain peut être utilisé avec succès comm
e un nouveau catalyseur hétérogène.
Le phosphate naturel s’est avéré posséder une structure intrinsèque très intéressante
présentant des sites riches en électrons et d’autres avec une faible densité électronique. L’agencem
ent favorable de ces sites donne à ce matériau un caractère aussi bien basique
qu’acide. La déform
ation de la structure apatitique de base par la présence de certains m
étaux rend ce matériau généralem
ent plus actif que les apatites de synthèse. A titre
d’exemple, la condensation du benzaldéhyde avec le m
alononitrile, réalisée dans l’eau, conduit à l’alcène correspondant avec des rendem
ents plus élevés lorsqu’on utilise NP
comm
e catalyseur en comparaison avec la fluorapatite (FA
P), l’hydroxyapatite (HA
P) ou le phosphate tricalcique (PT
C) [9] (Tableau 3).
Schéma 7
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
104
Tableau 3. Com
paraison de l’activité catalytique de NP, FA
P, HA
P et PTC
dans la condensation de K
noevenagel dans l’eau.
Produit*
Catalyseur
NP
HA
PFA
PPT
C
1a
Rt (%
)89
7348
52
* Produit obtenu par condensation à la température am
biante, après 30 min de réaction dans l’eau.
Afin d’apprécier l’activité catalytique des phosphates, dans cette réaction, nous
l’avons comparée aux résultats de la littérature (Tableau 4). M
ême si les conditions
opératoires diffèrent d’un exemple à l’autre, nous pouvons apprécier facilem
ent la supériorité des phosphates et notam
ment du phosphate dopé ou m
odifié.
Tableau 4. Com
paraison de la synthèse du composé 1a par action de différents catalyseurs.
Catalyseur
Rt/%
(Temps/m
in) R
éférence
PN
98 (30)
Ce travail
KF
/PN
82 (3)
Na/P
N
96 (1)
KF
/Al2 O
386 (180)
[10]
AlP
O4 /A
l2 O3
80 (15) [11]
MgO
94 (5) [12]
Al2 O
396 (3)
[13]
Le phosphate naturel et ses dérivés, que nous avons préparés, ont perm
is la synthèse de nom
breux produits dont une grande partie est connue par ses activités biologiques ou industrielles [14-48]. L
e schéma 8 rassem
ble les types de réaction qui ont été catalysées par ces phosphates. D
es exemples de produits, à haute valeur ajoutée, obtenus par action
catalytique des phosphates sont montrés dans les schém
as 9 et 10.
105PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
Schéma 8
Schéma 9
Schéma 10
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
106
Une autre application très intéressante du phosphate naturel est son utilisation dans la
photocatalyse [47]. Le dopage de N
P par le titane, en utilisant la méthode sol/gel conduit au
catalyseur désiré. L’étude de l’effet du chauffage, l’agitation mécanique, des m
icroondes et des ultrasons a perm
is de montrer le rôle positif joué par N
P dans l’oxydation de l’isopropanol (Schém
a 11).
Schéma 11
Généralem
ent, la porosité et les effets de surface sont des caractéristiques fondamentales
pour un catalyseur hétérogène. En effet, l’une des étapes clés du processus catalytique est
l’adsorption des réactifs sur la surface du solide. Pour cela, un certain nombre de catalyseurs
sont connus aussi pour être efficaces en tant que matrice solide perm
ettant l’adsorption des polluants m
étalliques ou organiques. Ainsi, nous avons utilisé le phosphate naturel
seul ou activé pour dépolluer les eaux chargées en métaux lourds ou en colorant. C
ette procédure a été appliquée aussi aux rejets m
iniers de l’industrie du phosphate (Schéma 12).
Les résultats obtenus sont très satisfaisants et m
ontrent que le phosphate marocain peut être
valorisé aussi dans ce domaine [49-51]. A
titre d’exemple, N
P permet la sorption du plom
b à partir d’une solution aqueuse avec une capacité supérieure à 85 m
g de Pb par g de NP, ce
qui correspond à un bon résultat en comparaison avec la littérature (Tableau 5)
Schéma 12
107PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
Tableau 5. Com
paraison avec la littérature de la capacité d’adsorption du Pb par NP.
Matériau
Q (m
g.g-1)
Référence
Phosphate activé
155,04C
e travailN
P86,06
Biom
asse séchée25,22
[52]
Sago waste
46,64[53]
Zéolite
70,58[54]
Peat
103,07[55]
Rhizopus nigricans
166[56]
4. Perspectives
De nom
breux travaux de recherche mettant en jeu N
P sont actuellement en cours de
réalisation, par un groupe marocain spécialisé dans la valorisation du phosphate naturel.
Ce groupe est constitué de laboratoires et équipes appartenant à plusieurs institutions
(Faculté des Sciences Ben M
’Sik Casablanca (Prof. Saïd SE
BT
I), Faculté des Sciences et
Techniques M
ohamm
edia (Prof.
Moham
ed Z
AH
OU
ILY),
Faculté des
Sciences Sem
lalia (Prof. Hassan B
ihi LA
ZR
EK
) et INA
NO
TE
CH
(Dr. A
bderrahim SO
LH
Y).
Bien évidem
ment, nous entretenons des collaborations spécifiques avec des laboratoires
au niveau international afin de développer et d’approfondir les connaissances dans ce dom
aine. Le schém
a 13 représente les différentes thématiques et applications du phosphate
marocain dont une grande partie est en cours de finalisation.
Schéma 13
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
108
Conclusion
Le phosphate naturel m
arocain a été utilisé avec succès, pour la première fois, en
tant que nouveau catalyseur performant. L
a préparation de nouveaux supports ou catalyseurs à base du phosphate naturel a perm
is l’émergence d’une nouvelle fam
ille de nouveaux m
atériaux très performants dont l’activité est égale ou supérieure à celle des
catalyseurs les plus connus actuellement. A
insi, ces catalyseurs peuvent concurrencer, très favorablem
ent, les meilleurs catalyseurs du m
oment tels que la silice, l’alum
ine ou les argiles et ceci dans de nom
breuses synthèses organiques. D’autre part, vu que
le phosphate naturel a montré son efficacité dans des procédés propres qui intègrent
parfaitement le protocole de la chim
ie verte, sachant qu’il possède une grande stabilité therm
ique et qu’il peut être recyclé facilement, on peut considérer que le phosphate
naturel est un ami de l’environnem
ent.
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109PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
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eact. Kinet. C
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ucleot. Nucl. A
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Synth. Com
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ahouily, H. C
harki, Y. A
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ett. Org. C
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aksoudi, A. R
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ahouily, A. M
ezdar, A. E
lmakssoudi, B
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. Rayadh, S. Sebti, H
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Lazrek, A
RK
IVO
C (ii) (2006) 31.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
110
[41] R. Tahir, K
. Banert, S. Sebti, A
ppl. Catal. A
298 (2006) 261.
[42] F. Bazi, H
. El B
adaoui, S. Sokori, S. Tamani, M
. Ham
za, S. Boulaajaj, S. Sebti,
Synth. Com
mun. 36 (2006) 1585.
[43] M. Z
ahouily, A. E
lmakssoudi, A
. Mezdar, A
. Rayadh, S
. Sebti, C
atal. Com
mun.
8 (2007) 225.
[44] M. Z
ahouily, B. M
ounir, H. C
herki, B. B
ahlaouan, A. R
ayadh, S. Sebti, Phosphorus Sulfur Silicon R
elat. Elem
. 182 (2007) 1203.
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ay, Water R
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. Holan, B
. Volesky, A
ppl. Biochem
. Biotechnol. 53 (1995) 133.
Pr. T
ijani BO
UN
AH
MID
I (Modérateur)
Merci Pr. Sebti pour cet exposé qui traite de la problém
atique du développement d’un
nouveau catalyseur à base de phosphate marocain. V
ous avez décrit toute la démarche, les
difficultés rencontrées, les limitations pour la m
ise sur le marché de ce nouveau catalyseur;
ces travaux de laboratoire méritent d’aller au banc d’essais et d’être testés sur le terrain.
Vous êtes sur une voie de chim
ie verte, domaine très intéressant pour la recherche et
l’innovation et donc pour l’économie nationale. Il serait intéressant de tirer quelques
leçons à travers cette séance sur la façon de développer cette chimie fine au niveau de la
formation : est-ce qu’on en fait suffisam
ment, est-ce qu’on form
e nos ingénieurs de génie des procédés dans cette dém
arche d’ingénierie fine et comm
ent pour permettre à notre
pays de développer de nouvelles technologies.
Nous allons m
aintenant passer à la séance de débat et y consacrer une trentaine de m
inutes.
111PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
DISC
USSIO
N
Pr. A
hmed B
OU
HA
OU
SS (Faculté des Sciences - Rabat)
J’ai deux remarques pour le Pr. A
ssobhei qui nous a donné des chiffres qui datent de 2002 sinon avant. Je m
e demande si ces chiffres n’ont pas été actualisés depuis?
Concernant l’im
pact des pesticides sur l’écosystème, Personnellem
ent, ayant beaucoup travaillé depuis 25 ans sur les pesticides, je dis que toutes les nappes sont contam
inées et m
alheureusement les résidus sont plus dangereux puisqu’ils ont une dem
i-vie beaucoup plus longue que les m
olécules mères. L
es problèmes dus aux pesticides ne peuvent pas être évités
puisqu’on doit les utiliser, mais c’est surtout la question d’entreposage qui pose problèm
e. Je crois qu’il y a du nouveau concernant les produits phytosanitaires, c’est ce qu’on essaie d’appliquer actuellem
ent avec les bio-pesticides du fait que l’utilisation des organochlorés et des organophosphorés com
mence déjà à être abandonnée dans certains pays.
Je voudrais également m
’adresser au Pr. Sebti pour dire que je suis réticent quant à l’utilisation du phosphate com
me catalyseur. L
e phosphate naturel est une roche sédim
entaire qui contient pratiquement tous les élém
ents du tableau de Mendeleïev
dont des métaux lourds (cadm
ium) et des élém
ents radioactifs. Je vois mal com
ment on
peut l’utiliser. Il y a beaucoup de travaux qui ont été faits sur les apatites synthétiques. Pouvez-vous nous éclairer sur la m
éthode de lavage et d’analyse des résidus ainsi que le m
écanisme d’action de votre catalyseur? M
erci.
M. M
ohamed B
EN
JEL
LO
UN
(Directeur de Société d’Ingénierie, C
asablanca)Si vous perm
ettez, j’ai deux questions :L
a première pour le Pr. D
al Pont sur les procédés et le génie des procédés. Est-ce que
l’optimisation d’un procédé industriel plus un m
anagement de la m
aintenance industrielle perm
et un développement durable sans im
pact sur l’environnement.
Quant aux rejets ou les déchets solides, il y a des m
éthodes très simples à m
ettre en œuvre
au niveau des digues pour assurer une certaine étanchéité. Autre question que vous avez
soulevée dans votre exposé concerne le fait que l’OC
P ne peut pas implém
enter beaucoup de résultats de recherche, cela est dû au m
anque d’une vraie ingénierie industrielle ou génie des procédés à l’échelle nationale.
Pr. A
li BO
UK
HA
RI (M
embre correspondant, C
ITIT
)Tout d’abord, je tiens à rem
ercier les trois intervenants qui ont pris la parole lors de cette prem
ière partie du panel sur «la chimie verte et le développem
ent durable». J’avais beaucoup de questions à poser, m
ais M. le Pr. A
hmed B
ouhouss les a vraiment traitées
avant moi, je vais donc restreindre m
on intervention. Le Pr. A
ssobhei a développé les problèm
es inhérents à la chimie et l’agrochim
ie et les problèmes du développem
ent mais
aussi l’augmentation de la population m
ondiale qui va encore être plus dans 40-50 ans. A
ctuellement, on voit apparaître les produits bio dont nous connaissons les rendem
ents; c’est ce qui est dem
andé actuellement par le grand public que ce soit dans les pays très
développés ou des pays en développement. A
lors, et c’est là ma question, com
ment
joindre une grande productivité et avoir un caractère bio des produits agro-alimentaires
tout en préservant l’environnement? C
e qui nous paraît difficile à gérer.J’ai une autre question pour M
. Sebti, que je tiens aussi à féliciter pour ce travail sur la catalyse à l’aide des produits naturels. Je ne com
prends pas. Il était tout le temps
admis que la surface spécifique joue un rôle im
portant dans la catalyse. Est-ce qu’il y a
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
112
d’autres facteurs qui entrent en action pour que la surface spécifique n’intervienne pas beaucoup? E
st-ce que ce sont les impuretés qui m
ontrent que cette surface spécifique n’a pas beaucoup d’im
portance? Ou bien c’est carrém
ent un bouleversement, ce qui peut
être gênant pour les gens du domaine et pour les utilisateurs. C
omm
ent sont préparés vos échantillons? V
ous avez parlé aussi du retraitement du catalyseur, ça dépend aussi
de la température, vous pouvez changer la com
position ou créer des micro-dom
aines de com
position. Vous pouvez aussi changer les surfaces spécifiques. Q
u’en est-il quand on part dans ce sens-là et qu’on ces traitem
ents pour les catalyseurs? Merci.
Pr. M
ahfoud ZIY
AD
(Mem
bre correspondant, CIT
IT)
J’ai juste une petite question pour le Pr. Sebti. Quand vous faites de la photosensibilisation,
vous mettez du PO
2 sur votre NP, je ne vois pas quel est le rôle de N
P parce qu’il a une surface souple. M
erci.
Pr. Jean-P
ierre DA
L P
ON
T (Président de la Société Française de G
énie des Procédés)A
ujourd’hui, des nouveaux concepts d’ingénierie regroupent ce que j’ai appelé tout-à-l’heure FM
DS. Il y a quelques années, on se lim
itait à la sécurité d’approche déterministe.
La
fiabilité, c’est
l’absence de
pannes. L
a m
aniabilité, c’est
justement
concevoir l’installation pour qu’elle soit réparée plus facilem
ent. La disponibilité, c’est le tem
ps que vous pouvez espérer que l’installation soit en service. L
a robustesse, c’est ce concept d’avoir une installation qui vous perm
et de placer de la confiance dans votre système,
autrement dit c’est l’aptitude de résister à l’attaque extérieure. L
a résilience, c’est l’aptitude à résister à un im
pact (coupure d’électricité par exemple). L’optim
isation, c’est de bien de prendre tout ça en com
pte.
Pr. O
mar A
SSOB
HE
I (Mem
bre correspondant, CT
ET
M)
Par rapport à la question du Pr. Bouhouss concernant l’im
pact des pesticides sur la qualité des écosystèm
es, il n’y a pas beaucoup d’études publiées; il y a des études qui ont été réalisées, m
ais qui sont restées des documents internes à certains départem
ents m
inistériels. Pour ce qui est des biopesticides, c’est un marché nouveau et qui est très
prometteur. E
n ce qui concerne l’entreposage des pesticides, il n’y a pas pour le mom
ent de réglem
entation spécifique au Maroc.
En réponse au Pr. B
oukhari, l’agriculture biologique n’est pas une solution de masse.
C’est vrai qu’elle se développe progressivem
ent dans de nombreux pays et que plus
en plus de surface agricole utile lui est dédiée, mais ça reste un luxe pour une certaine
catégorie de consomm
ateurs. Pour nourrir la majorité de la population hum
aine il n’y a pas d’autre alternative, pour l’instant, à l’agrochim
ie.
Pr. Said Sebti (Professeur à l’U
niversité Hassan II M
ohamm
edia-Casablanca, M
aroc)Je vais essayer de répondre très rapidem
ent au Pr. B
ouhouss. Le phosphate naturel
brut subit un traitement avant son utilisation en catalyse. L
es argiles sont éliminées
par un lavage à l’eau suivi d’une séparation granulométrique (fraction inférieure à
100 microm
ètre). Les carbonates et la m
atière organique sont éliminés par calcination
et la chaux formée lors de la calcination est élim
inée par relavage. Ce traitem
ent est réalisé afin d’obtenir un m
atériau dont la réactivité est reproductible. La grande partie
des métaux lourds présents dans le phosphate naturel ne peut être élim
inée par lavage du fait que ces m
étaux sont imbriqués dans la m
atrice du phosphate. L’analyse de l’eau de lavage du phosphate utilisé dans la catalyse ne m
ontre aucune présence des m
étaux lourds.
113PA
NE
L I - C
himie verte et développem
ent durable
Pr. Boukhari a parlé de surface spécifique. E
n effet, il est bien connu que la catalyse hétérogène nécessite une grande surface spécifique. D
ans notre cas, le phosphate naturel utilisé a donné de très bons résultats m
algré sa très faible surface spécifique. Nous avons
plusieurs théories pour expliquer ce phénomène m
ais nous n’avons aucune preuve scientifique pour l’instant. D
’autre part, lorsque nous avons broyé NP pour augm
enter sa surface spécifique, le rendem
ent de la réaction a été amélioré.
Le Pr. M
ahfoud Ziyad a fait allusion au titane et au rôle du phosphate naturel pour la
réaction photochimique. L’oxyde de titane (T
iO2 ) utilisé seul donne de bons résultats
dans la catalyse de la réaction photochimique étudiée m
ais il ne peut pas être régénéré facilem
ent. Par contre, si on utilise TiO
2 avec le phosphate naturel, le nouveau catalyseur obtenu peut être réutilisé, ceci est déjà un gain en soi. O
n observe aussi un effet synergique entre N
P et TiO
2 , ce qui conduit à une amélioration du rendem
ent de la réaction en com
paraison avec l’action de l’oxyde de titane seul.
115
PAN
EL
IIC
HIM
IE E
T SA
NT
É
117PA
NE
L II - C
himie et santé
PAN
EL
II
CH
IMIE
ET
SAN
TÉ
Moderateur : P
r. Taieb C
hkili
Mem
bres du Panel : P
r. Jean-Pierre M
ajoral, Pr. E
l Mokhtar E
ssassi,D
r. Bernard M
eunier
Modérateur :
Pr. Taieb Chkili, M
embre résident de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et Techniques,Professeur à l’U
niversité Moham
ed V-Souissi, R
abat, Maroc
Mem
bres du Panel :
Pr. Jean-Pierre Majoral, D
irecteur de recherche au Laboratoire de
Chim
ie de Coordination (C
LL
), Toulouse, France
Pr. El M
okhtar Essassi, M
embre résident de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et Techniques,Professeur à l’U
niversité Moham
ed V-A
gdal, Rabat, M
aroc
Dr. B
ernard Meunier, Président D
irecteur Général de PA
LU
ME
D,
Mem
bre de l’Académ
ie des Sciences, France
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
118
Pr. Taieb C
HK
ILI (m
odérateur)
Monsieur le Secrétaire perpétuel,
Monsieur le C
hancelier,C
hers collègues,M
esdames et M
essieurs,
Nous allons consacrer la fin de cet après-m
idi au panel intitulé «Chim
ie et santé». Je crois que je n’apporte rien de nouveau en disant que la chim
ie était souvent considérée com
me source de nom
breux ennuis et de maladies pour l’hom
me et ceci à la faveur
d’épisodes divers. Rappelons sim
plement le douloureux épisode de la thalidom
ide, la tragique question de l’am
iante et plus récemm
ent le problème du M
ediator, sans parler d’accidents de l’industrie chim
ique tel que le drame de S
evezo, de Gopal, ou
d’AZ
T. Ainsi, la chim
ie mobilise les m
edias, elle alarme les opinions et suscite les
inquiétudes les plus diverses quant à ses retombées sur la santé. O
r, s’il est vrai que la chim
ie a favorisé le développement de dépendance à l’égard de certaines substances :
les hallucinogènes, les produits stupéfiants, les excitants, elle est au fait au cœur de la
plupart des innovations du monde m
oderne et joue un rôle essentiel dans la qualité de notre vie et de notre bien-être.
Chim
ie et santé constituent en effet un véritable couple, un couple au service de notre bien-être. L
eur synergie contribue à une meilleure contribution au fonctionnem
ent normal
et pathologique du vivant, à la chaîne moléculaire et aide à saisir les interactions subtiles
entre les composantes auxquelles se rattachent toutes les fonctions de la vie. Pierre Potier,
qui est le père de la «nouvelle vie», disait que la chimie est à la biologie ce que le solfège
est à la musique. M
ais la chimie est encore plus que cela, c’est elle qui a perm
is non seulem
ent de comprendre le vivant m
ais aussi de concevoir des stratégies de prévention, de traitem
ent de l’eau, de stérilisation d’instruments et de locaux, etc…
C’est un fait aujourd’hui si nous som
mes en m
eilleure santé et que nous vivons 12 ans de plus qu’il y a 50 ans, c’est en partie dû aux innovations de l’industrie chim
ique. Elle
a permis le développem
ent des moyens de plus en plus sophistiqués pour diagnostiquer
précocement les affections qu’elles soient m
icrobiennes, dégénératives, métaboliques,
cancéreuses, ou encore génétiques ou environnementales, et ceci grâce à l’im
agerie, aux tests et m
arqueurs biologiques ainsi qu’au génie génétique.
Grâce
à la
chimie,
nous som
mes
également
en m
esure d’élaborer
des stratégies
thérapeutiques spécifiques, de plus en plus efficaces et de moins en m
oins nocives, et de poser certaines prescriptions prédictives. A
ujourd’hui, la chimie s’attaque à de nouveaux
défis : maladies neuro-génétiques, cancer et dégénérescence. E
lle fournit à l’industrie des m
olécules naturelles ou synthétiques, capables d’inhiber ou de renforcer certaines activités biologiques. E
lle ouvre également des perspectives nouvelles, grâce aux nanotechnologies,
biotechnologies, nano-médicam
ents ou médicam
ents personnalisés à la thérapie génique. A
insi, l’apport de l’industrie chimique, et des innovations auxquelles elle donne lieu, est
totalement à l’origine de prothèses de plus en plus com
plexes, d’implants sophistiqués,
d’organes de remplacem
ent fabriqués à partir de nouveaux matériaux.
119PA
NE
L II - C
himie et santé
Pour illustrer ces apports de la chim
ie à la santé, nous allons donner la parole successivem
ent à :
Monsieur le professeur Jean-Pierre M
ajoral, directeur de recherche au Laboratoire de
Chim
ie et de Coordination à Toulouse en France.
Monsieur le professeur E
l Mokhtar E
ssassi, mem
bre résident de l’Académ
ie Hassan II
des Sciences et Techniques et professeur à l’Université M
ohamm
ed V-A
gdal, Rabat.
Monsieur le professeur B
ernard Meunier, Président D
irecteur-Général de PA
LU
ME
D
et mem
bre de l’Académ
ie des Sciences de France.
Je vais tout de suite donner la parole à M. le Pr. Jean-Pierre M
ajoral qui va nous traiter le sujet : L
es dendrimères phosphorés et leurs applications - illustration de l’apport de la
chimie en biom
édecine et science des matériaux.
---
121PA
NE
L II - C
himie et santé
LE
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ND
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ÈR
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SCIE
NC
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Pr. Jean P
ierre MA
JOR
AL
Laboratoire de C
himie de C
oordination, CN
RS 205
Route de N
arbonne, 31077-TOU
LO
USE
Cedex 4 F
rance et IN
AN
OT
EC
H (M
ASC
IR), A
venue de l’Arm
ée R
oyale, Al Irfane-R
abat, Maroc
On ne m
entionnera jamais assez le rôle clé de la recherche fondam
entale dans le développem
ent de nos sociétés : la prise de risque nécessaire qu’elle doit entrainer amène à
des découvertes dont les effets se font sentir quelquefois plusieurs dizaines d’années après les prem
iers résultats obtenus. Nul ne pouvait im
aginer, mêm
e pas les pionniers dans le dom
aine des dendrimères, que ces m
acromolécules allaient connaitre un développem
ent aussi im
portant quelques décades après la première publication concernant la synthèse de
l’une d’entre elles. En effet, le nom
bre de publications et brevets, par an, est passé de 20 en 1992 à près de 1800 en 2009 ! L
eurs propriétés et applications dans de très nombreux
domaines, allant de la biologie/m
édecine à la science des matériaux sans oublier la
catalyse, en sont certainement responsables.
L’idée de «ramification» est présente à toutes les échelles dans la nature, de la ram
ure des arbres à la structure des neurones m
ais pas à l’échelle moléculaire. C
e concept a d’abord été développé par Flory [1] au m
ilieu du siècle précédent, avant que Vögtle le concrétise
en 1978 [2], puis que Tomalia crée le m
ot «dendrimer» [3].
Mais avant tout, que sont ces objets chim
iques? Com
ment peut-on les définir?
Les dendrim
ères sont des macrom
olécules hyper-ramifiées (arborescentes), à structure
répétitive parfaitement définie et hautem
ent fonctionnalisée. Ils sont synthétisés étape par étape («couche après couche»), ce qui perm
et un contrôle parfait de leur structure. La
Figure 1 montre la m
odélisation moléculaire d’une fam
ille de dendrimères phosphorés
que nous avons synthétisée. Chaque étape perm
ettant de multiplier le nom
bre de fonctions term
inales crée une génération (notée G), il nous faut 2 étapes (quantitatives) pour créer
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
122
une nouvelle génération. C’est la présence de très nom
breuses fonctions chimiques
terminales, facilem
ent accessibles et donc facilement m
odifiables, qui constitue le principal attrait des dendrim
ères et leur confère des propriétés uniques.
Molecular m
odeling
Figure 1. M
odélisation moléculaire d’une série de dendrim
ères phosphorés,m
ontrant l’accroissement de taille en fonction de la génération.
Quel est notre apport dans ce dom
aine? Notre prem
ière publication sur le sujet date de 1994 [4]; nous avons proposé une m
éthode de synthèse de dendrimères particulièrem
ent perform
ante puisqu’elle a permis d’obtenir la génération 12, qui est encore aujourd’hui la
plus haute génération de dendrimères à structure définie. N
otre équipe fait donc partie des pionniers dans le dom
aine des dendrimères et a constam
ment accru son activité depuis cette
date. C’est ainsi que nous avons m
ené à bien de très nombreuses synthèses non seulem
ent de dendrim
ères phosphorés mais égalem
ent de systèmes m
acromoléculaires dendritiques,
ceci grâce à la grande réactivité offerte par la chimie du phosphore, élém
ent clé de nos dendrim
ères. La Figure 2 illustre la diversité des structures dendritiques élaborées [5].
Figure 2. Q
uelques exemples de structures dendritiques que nous avons synthétisées.
123PA
NE
L II - C
himie et santé
Il est à noter que ces dendrimères phosphorés possèdent des propriétés de rigidité et
d’hydrophobie de la structure interne qui les différencient de la plupart des autres types de dendrim
ères. La Figure 3 résum
e les applications principales de nos dendrimères
que nous illustrerons par quelques exemples choisis non seulem
ent pour leur diversité thém
atique mais égalem
ent parce qu’ils ont été développés à diverses interfaces grâce à des collaborations avec des partenaires essentiellem
ent académiques pour le m
oment
aux compétences com
plémentaires aux nôtres. C
ertaines de ces applications sont aussi développées dans d’autres laboratoires avec d’autres types de dendrim
ères, en particulier dans le dom
aine des sciences de la vie; mais certaines sont spécifiques aux dendrim
ères phosphorés F
igure 3. Quelques dom
aines d’application des dendrimères phosphorés
Dendrim
ères et Catalyse
Les dendrim
ères offrent les avantages à la fois de la catalyse homogène (ils sont solubles
dans de nombreux solvants y com
pris l’eau, facilement adaptables) et de la catalyse
hétérogène (ils sont facilement récupérables et réutilisables grâce à leurs dim
ensions : quelques nanom
ètres contre quelques angströms pour la plupart des produits). D
ans certains cas, on peut observer un effet de synergie entre les différents sites catalytiques qui sont d’autant plus proches les uns des autres que la génération du dendrim
ère augmente.
Les dendrim
ères phosphorés ont été utilisés en catalyse énantiosélective, en catalyse en m
ilieu aqueux, avec des métaux peu coûteux et non (ou m
oins) toxiques.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
124
A titre d’exem
ple, un effet dendritique très marqué a été observé pour le couplage du pyrazole
par une catalyse au cuivre (collaboration avec M. Taillefer, E
NSC
Montpellier). D
ans ce cas, le catalyseur m
onomère est quasim
ent inactif, alors qu’il devient très actif lorsqu’il est lié à un dendrim
ère et d’autant plus actif que la génération est élevée [6] (Figure 4).
Figure 4. U
n exemple d’utilisation des dendrim
ères en catalyse, montrant un effet dendritique
positif (augmentation de l’efficacité de la catalyse avec l’accroissem
ent de la génération du dendrim
ère, pour une mêm
e quantité de Cu).
Dendrim
ères et Diagnostic
La dem
ande exponentielle de diagnostics liée à l’évolution de nos modes de vie et
alimentaire, im
pose d’innover dans la production quantitative de tests. La conception
d’outils et de méthodes dédiés au diagnostic m
édical, vétérinaire, environnemental et
agroalimentaire représente donc un défi im
portant pour notre société.
Puces à A
DN
Les dendrim
ères phosphorés peuvent être utilisés pour recouvrir et fonctionnaliser des surfaces afin de perm
ettre l’imm
obilisation de biomolécules, dém
ontrant trois avantages par rapport aux chim
ies de fonctionnalisation existantes : augmentation de la densité de
sondes par unité de surface, accessibilité de l’échantillon aux sondes avec une hybridation en 3D
et non en 2D, diversité des fonctions réactionnelles portées par les dendrim
ères qui perm
ettent l’imm
obilisation de tout un large spectre de biomolécules (A
DN
, protéines, sucres) et m
ême de cellules. U
ne des techniques utilisées consiste en une aminosilanisation
préalable d’une surface de verre; sur les fonctions NH
2 ainsi greffées vont se condenser les fonctions aldéhydes de nos dendrim
ères. Sur les fonctions aldéhydes restantes peuvent être greffés des oligonucléotides ou fragm
ent d’AD
N sim
ple brin. En utilisant les réactions
d’hybridation avec un oligonucléotide ayant les fonctions strictement com
plémentaires
et marqué par fluorescence, on réalise une puce à A
DN
(Figure 5) (collaboration avec
125PA
NE
L II - C
himie et santé
J.M. François. IN
SA Toulouse, B
. Meunier L
CC
, Toulouse). Ces «dendripuces» sont
particulièrement sensibles (détection au picom
olaire 10-12M
), très stables et réutilisables sans perte des propriétés [7].
Une start-up dédiée à la production de biopuces à diagnostic à été créée en juin2009 en association
avec J.M. François et R
. Fabre. Les applications visées concernent plusieurs dom
aines :M
édical : infections pulmonaires, infection du parodonte, infections urinaires,
pronostic de risque du cancer du sein,Sécurité alim
entaire : identification de bactéries pathogènesSécurité environnem
entale : identification de légionelles
Figure 5. Principe d’une puce à A
DN
élaborée à partir de dendrimères
D’autres m
éthodes de dépôts plus sophistiquées mettant en œ
uvre des dendrimères
polycationiques et
polyanioniques perm
ettent de
proposer de
nouveaux agents
de diagnostic extrêm
ement perform
ants (détection au niveau atomolaire : 10
-18) (Fig 6).
Fig 6 R
éalisation de biopuces sur surface d’argent et à partir de dendrimères phosphorés polycationiques
et de dendrimères perylène polyanioniques : greffage d’oligonucléotides et hybridation.
•••
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
126
Nanotubes, M
icrocapsules à base dendrimère
Dans le cadre d’une collaboration avec W
. Knoll (M
ax Planck Institute, Mainz), des dendrim
ères chargés positivem
ent ou négativement ont été déposés en m
onocouches successives, en faisant trem
per une matrice constituée par de l’alum
ine nano-poreuse (voir Figure 7) en alternance dans des solutions de dendrim
ères chargés négativement et positivem
ent. Le dépôt des couches
successives de dendrimères (jusqu’a 20 bicouches) suivi de l’élim
ination chimique de la m
atrice perm
et d’isoler des nanotubes (400 nm de diam
ètre extérieur, 320 nm de diam
ètre intérieur) constitués
exclusivement
de dendrim
ères associés
par des
interactions électrostatiques
extrêmem
ent fortes parce que multivalentes [8]. L
e mêm
e processus de dépôt monocouche
par monocouche m
ais en alternant des couches de dendrimères chargés positivem
ent avec des couches de quantum
dots (nanocristaux inorganiques) chargés négativement, suivi par le
greffage d’oligonucléotides et de l’hybridation avec des oligonucléotides complém
entaires m
arqués par un groupement fluorescent (voir ci-avant puces à A
DN
) permet d’am
éliorer de façon spectaculaire la sensibilité de ces puces à A
DN
[9].
Figure 7. N
anotubes obtenus par dépôt en alternance de dendrimères chargés négativem
ent et positivem
ent. L’utilisation de quantum dots à la place des dendrim
ères chargés négativement
permet d’obtenir un «escalier quantique» perm
ettant un transfert et une exaltation de fluorescence et son utilisation pour détecter l’hybridation de l’A
DN
.
127PA
NE
L II - C
himie et santé
La m
ême technique de dépôts successifs de dendrim
ères polycationiques et polyanioniques a été appliquée à diverses surfaces. O
n peut citer en particulier des microbilles qui, après
leur dissolution, ont donné des microcapsules dont la paroi est constituée de dendrim
ères. C
es microcapsules perm
ettent, grâce à leur porosité contrôlée, d’encapsuler un certain nom
bre de substances actives. On citera l’encapsulation de l’A
DN
et l’hybridation d’oligonucléotides com
plémentaires à l’intérieur de ces m
icrocapsules. Des dépôts
successifs de dendrimères différem
ment chargés ont été effectués aussi sur des surfaces
de verre sur lesquelles ont ensuite été cultivés des neurones. L’état de charge de la dernière couche de dendrim
ères est particulièrement im
portant : les amm
oniums en
couche terminale (dendrim
ères polycationiques) permettent un m
eilleur accrochage des neurones sur la surface, une prolifération plus rapide et une plus grande connectivité des réseaux neuronaux que les groupem
ents carboxylates (dendrimères polyanioniques).
Dans un tout autre dom
aine, la technologie de fabrication d’hydrogels et d’aérogels à partir de très petites quantités de dendrim
ères hydrosolubles (0.25 % en m
asse de dendrimères dans l’eau) a
été mise au point. C
es hydrogels obtenus dans des conditions très douces sont composées de plus
de 99% d’eau, sont solides et peuvent être découpés en m
orceaux ou broyés. Une seule m
olécule de dendrim
ère de quatrième génération perm
et de gélifier plus de 500.000 molécules d’eau !
L’existence de liaisons hydrogènes, d’interactions hydrophiles/hydrophobes et d’interactions électrostatiques sont responsables du phénom
ène observé. Ces gels lors de leur form
ation sont capables d’encapsuler de grandes quantités de diverses substances hydrosolubles (am
inoacides, m
étaux, par exemple jusqu’à 30%
d’acétate de nickel...).
Imagerie biom
édicale
Nous avons synthétisé des dendrim
ères fluorescents pour des utilisations dans le domaine
de la biologie (voir ci-après), mais une part im
portante de notre activité dans le domaine
de l’imagerie a été effectuée en collaboration avec M
ireille Blanchard-D
esce (Université
de R
ennes). Son
équipe synthétise
des fluorophores
spéciaux capables
d’absorber sim
ultanément 2 photons. C
e domaine prend une im
portance croissante, en particulier en lien avec la biologie. E
n effet, l’absorption à 2 photons permet d’utiliser une irradiation dans
le proche infrarouge au lieu d’une irradiation dans l’ultra-violet utilisée pour beaucoup de fluorophores classiques. L’utilisation d’une longueur d’onde m
oins énergétique provoque m
oins de domm
ages biologiques. Il existe différents types de nano-cristaux inorganiques fluorescents (« quantum
s dots ») qui possèdent ces propriétés d’absorption à 2 photons, m
ais ils sont généralement constitués de m
étaux toxiques. Le but de notre collaboration a
été de synthétiser des équivalents organiques à ces nano-cristaux inorganiques (du point de vue de leurs propriétés).
Nous avons dans un prem
ier temps greffé ces fluorophores particuliers en surface de
différentes générations de nos dendrimères (Figure 8). L
a présence d’un nombre croissant
de fluorophores se traduit par une augmentation de la section efficace d’absorption à 2
photons, qui atteint pour la quatrième génération la valeur très élevée de 56 000 G
M (G
M
en l’honneur de Maria G
oeppert-Mayer; à titre de com
paraison des valeurs de quelques dizaines de G
M sont généralem
ent observées pour des petites molécules fluorophores),
comm
e le montre le graphe ci-dessous (Figure 9) [10]. C
ette valeur d’absorption est com
parable (voire supérieure) à celles obtenues avec les meilleurs quantum
s dots. Nous
avons ainsi obtenu les premiers véritables «nanodots» organiques.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
128
Figure 8. R
eprésentation de dendrimères de deuxièm
e génération, comportant différents
fluorophores absorbant 2 photons, en surface et émettant du bleu au rouge.
Figure 9. A
ugmentation de la section efficace d’absorption à 2 photons
en fonction de la génération des dendrimères
D’autres dendrim
ères fluorescents ont été synthétisés pour des études biologiques. C’est en
particulier le cas pour des dendrimères ayant un seul fluorophore absorbant à 2 photons au
cœur, et lié à 2 dendrons (un dendron est un dendrim
ère porteur d’une fonction particulière au niveau du coeur) term
inés par des amm
oniums, pour assurer la solubilité de l’ensem
ble dans l’eau. C
ette structure dendritique a été injectée par voie intraveineuse à un rat, et a perm
is l’observation du réseau veineux du bulbe olfactif de ce rat par fluorescence après une excitation dans le proche-IR
, donc pour une absorption à 2 photons. Ce travail a été
effectué par l’équipe de Serge Charpak (IN
SER
M Paris). L’im
age ci-après (Figure 10) m
ontre ce réseau avec une excellente netteté (image obtenue sur le rat vivant). D
u fait de sa taille, la structure dendritique utilisée n’a que peu tendance à diffuser dans les tissus voisins, contrairem
ent à ce qui se passe avec un petit fluorophore. Il s’agit là du premier
exemple d’utilisation d’un «nanodot» organique pour l’im
agerie biomédicale [11].
129PA
NE
L II - C
himie et santé
Figure 10. Structure schém
atisée d’un dendrimère ayant un fluorophore au cœ
ur et image du
réseau du bulbe olfactif d’un rat après injection intraveineuse de ce dendrimère.
Applications biom
édicales des dendrimères phosphorés
Nous
avons dém
ontré l’activité
anti prion
de certains
dendrimères
phosphorés hydrosolubles inhibant la production de PrP
sc (forme scrapie de la protéine du prion). C
es dendrim
ères sont à l’heure actuelle parmi les m
eilleurs agents thérapeutiques contre les m
aladies à prion et représentent des exemples concrets d’agents inhibant la réplication de
la protéine pathogène in vivo.
L’essentiel de notre activité dans le domaine biologique a été consacré à la collaboration que
nous avons depuis maintenant 6 ans avec R
émy Poupot et Jean-Jacques Fournié du C
entre de Physiopathologie du C
HU
Toulouse-Purpan, INSE
RM
U563. C
ette équipe est spécialisée dans l’étude des cellules im
munitaires du sang hum
ain. Nous avions préalablem
ent montré
que certains de nos dendrimères à extrém
ités sels de sodium d’acide phosphonique avaient
la propriété de faire se multiplier une catégorie de cellules im
munitaires, appelées N
K (pour
Natural K
iller), qui normalem
ent ne se multiplient pas en culture. C
es cellules NK
jouent un rôle-clé dans l’im
munité innée; elles ont des propriétés antivirales, antibactériennes, et
anticancéreuses. Après la découverte de cette capacité totalem
ent inattendue des dendrimères,
il a fallu vérifier si les cellules NK
obtenues en présence des dendrimères avaient, d’une part
gardé leurs propriétés «tueuses» vis-à-vis de cellules cancéreuses, et d’autre part n’avaient pas acquis des propriétés délétères vis-à-vis des cellules saines venant du m
ême donneur [12].
Ces deux points ayant été validés, notre rôle a consisté à synthétiser un grand nom
bre de dendrim
ères dérivés du premier sur lequel l’activité avait été m
ise en évidence, et à fournir aux biologistes des outils (en particulier des dendrim
ères fluorescents) pour les aider à élucider le m
écanisme d’action. Il ressort de ces nom
breuses études que le mécanism
e d’action n’est pas direct : sur des cellules N
K isolées, le dendrim
ère n’entraine pas leur multiplication.
Par contre, l’utilisation d’un dendrimère fluorescent (un groupe FIT
C greffé statistiquem
ent en surface) a perm
is de mettre en évidence une interaction im
médiate avec les m
onocytes, com
me le m
ontrent les images ci-dessous (Figure 11) extraites d’un film
effectué par l’équipe de J.J. Fournié et R
. Poupot. En fait, l’activation des m
onocytes par les dendrim
ères est la première étape du processus. C
es monocytes vont ensuite transm
ettre l’inform
ation aux cellules NK
(via des cytokines) de se multiplier.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
130Figure 11. Structure d’un dendrim
ère fluorescent et son utilisation pour visualiser son interaction avec les m
onocytes (cellules imm
unitaires du sang).
Parallèlement aux études de m
écanisme, c’est toute une bibliothèque de com
posés qui ont été testés. Q
uelques règles générales concernant l’influence de la structure sur les propriétés ont pu être m
ises en évidence :
Mêm
e si les interactions électrostatiques jouent un rôle fondamental, elles ne sont
pas suffisantes : mettre par exem
ple des carboxylates à la place des phosphonates fait perdre la possibilité de m
ultiplier les cellules NK
.L
a pince aminobisphosphonate a la géom
étrie adéquate : les monophosphonates
sont beaucoup moins actifs, et m
ême les am
inobisphosphonates non symétriques
(rattachés au dendrimère non par l’azote central m
ais par le carbone lié à un phosphonate) sont beaucoup m
oins actifs.L
a première génération est la plus active : la génération zéro est peu active, et la
génération 2 semble très active m
ais précipite rapidement dans le m
ilieu de culture.N
otre savoir-faire dans la fonctionnalisation sélective du cœur cyclotriphosphazène
nous a permis de synthétiser des m
olécules dendritiques ayant spécifiquement une,
deux, trois, quatre ou cinq branches manquantes au niveau du cœ
ur par rapport à notre dendrim
ère de référence qui en a six. Les m
olécules à une ou deux branches m
anquantes ont quasiment la m
ême activité que le dendrim
ère de référence, mais
l’activité décroit très rapidement avec m
oins de 4 branches.
Ces
résultats ouvrent
de nouvelles
perspectives pour
l’imm
unothérapie cellulaire
anticancéreuse pour laquelle un très grand nombre de cellules N
K est nécessaire : c’est le
cas par exemple du traitem
ent du myélom
e multiple par greffe de m
oelle osseuse.
Un travail récent dans ce dom
aine a permis de dém
ontrer in vivo l’efficacité des cellules N
K obtenues en culture avec des dendrim
ères. Les photos ci-dessous (Figure 12) m
ontrent que des souris auxquelles ont été injectées des cellules d’un cancer virulent de la m
oelle osseuse (M
yélome M
ultiple, MM
) développent une grosse tumeur en seulem
ent 24 jours. Si des cellules N
K (obtenues avec dendrim
ères) sont injectées le mêm
e jour que les cellules M
M, il n’y a pas de trace de tum
eur après 24 jours.
••••
131PA
NE
L II - C
himie et santé
Figure 12. Influence des cellules N
K obtenues grâce aux dendrim
ères sur l’apparition ou non d’une tum
eur.
Nous avons très récem
ment découvert une autre propriété extrêm
ement intéressante
(activation de monocytes via une voie anti-inflam
matoire) perm
ettant d’envisager de nouvelles stratégies thérapeutiques pour le traitem
ent de la polyarthrite rhumatoïde ou de
maladies inflam
matoires auto-im
munes. (collaboration R
. Poupot, J.L. D
avignon).
En conclusion, ces quelques exem
ples (voir aussi Figure 3) illustrent les potentialités offertes par les dendrim
ères et notamm
ent les dendrimères phosphorés dans de très
nombreux dom
aines où leur taille et leur fonctionnalisation modulables à souhait apportent
à façon des propriétés nouvelles. Les dendrim
ères constituent de formidables outils
permettant des avancées significatives dans diverses disciplines, et plus particulièrem
ent aux interfaces de la chim
ie avec la biologie, la science des matériaux ou la physique
[13,14].
L’auteur tient à remercier non seulem
ent tous les étudiants en thèse et les chercheurs postdoctoraux qui ont apporté leur contribution à ce travail m
ais également les chercheurs
permanents de l’équipe (R
égis Laurent et C
édric-Olivier T
urrin, plus récemm
ent Béatrice
Delavaux-N
icot et Arm
elle Ouali) et surtout le D
r Anne M
arie Cam
inade avec qui cette thém
atique de recherche a été menée depuis le début. M
es remerciem
ents vont aussi à nos collègues dont les nom
s apparaissent dans cette présentation, qui ont permis, grâce à leur
dynamism
e et leur implication, d’obtenir les résultats décrits ci-dessus.
Références
[1] Flory P.J., J. Am
. Chem
. Soc. 1936, 58, p 1877; Flory P.J., J. Am
. Chem
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p 2034. New
kome G
.R., Shreiner C
.D., C
hem. R
ev. 2010, 110, p 6338.
Pr. Taieb C
HK
ILI (m
odérateur)
Merci M
. Jean-Pierre Majoral pour cet exposé extrêm
ement instructif et passionnant. Je
crois que vous nous avez démontré com
ment à partir de ces dendrim
ères on peut arriver à des choses concrètes et porteuses d’avenir.
Je vais maintenant donner la parole à M
. le Pr. El.M
okhtar.Essassi qui va nous parler de
La chim
ie hétérocyclique et ses applications médicales.
133PA
NE
L II - C
himie et santé
CH
IMIO
TH
EQ
UE
S ET
CR
IBL
AG
E M
OL
EC
UL
AIR
E :
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ER
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DE
N
OU
VE
AU
X M
ED
ICA
ME
NT
S
Pr. E
l Mokhtar E
SSASSI
Mem
bre résident de l’Académ
ie Hassan II
des Sciences et Techniques
Laboratoire de C
himie O
rganique Hétérocyclique,
UR
AC
21, Pôle de C
ompétences P
harmacochim
ie, U
niversité Moham
med V
-Agdal, R
abat, Maroc
Résum
é :
De nouvelles technologies ont été utilisées pour découvrir de nouvelles m
olécules présentant un intérêt thérapeutique potentiel.
Ainsi, l’élaboration de chim
iothèques, le décodage du génome hum
ain, permettant de
mettre en évidence, de m
illiers de nouvelles protéines (ciblothèques) auxquelles est attribuée une fonction biologique, et le criblage m
oléculaire, ont permis d’accélérer
les recherches dans ce domaine.
Les récentes avancées scientifiques dans des dom
aines comm
e la cristallographie aux rayons-X
, la RM
N à haut cham
p, la bioinformatique et la chim
ie combinatoire, ont
permis une approche rationnelle de la recherche de produits chim
iques intéressants.
Le fruit de trois décennies de recherche dans le dom
aine de la synthèse organique, nous a perm
is de constituer une chimiothèque de grande richesse, caractérisée par
une grande diversité moléculaire (B
enzodiazepines, benzimidazoles, quinoxalines,
indazoles, indoles, azolopyridines, azolopyrimidines, polyhétérocycles, am
inoacides, glycom
olécules, stéroides, complexes m
étalliques hétérocycliques,…).
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
134Cette
chimiothèque
pourrait constituer
l’élément
fondateur d’une
chimiothèque
nationale susceptible de jouer un rôle primordial dans la découverte de nouveaux
médicam
ents potentiels.
Les résultats de l’évaluation des propriétés psychotropes, antibactériennes et
anti-cancéreuses, de certains composés préparés, seront présentés.
135PA
NE
L II - C
himie et santé
L’industrie pharmaceutique connait ces dernières années des m
oments difficiles à cause de la
complexité des processus nécessaires à la m
ise sur le marché de nouveaux m
édicaments. L
es critères utilisés par de nom
breuses instances comm
e la US Food and D
rug Adm
inistration (FD
A), sont devenus de plus en plus drastiques. A
insi, seulement 9 autorisations de M
ise sur le M
arché (AM
M) ont été accordées en 2009 par rapport à 51 en 1996 (Fig 1).
Figure 1
Ceci se traduit par une augm
entation du coût et de la durée de la mise au point d’un m
édicament
(10-14 ans et 800 millions à 2 m
illiards d’euros). Il est donc nécessaire d’optimiser toutes
les étapes permettant le développem
ent de nouveaux médicam
ents. (Fig 2).
Figure 2
Ainsi, l’élaboration de chim
iothèques, le décodage du génome hum
ain - permettant
de mettre en évidence de m
illiers de nouvelles protéines (ciblothèques) auxquelles est attribuée une fonction biologique - et le criblage m
oléculaire ont permis d’accélérer les
recherches dans ce domaine.
Il est à noter que la modélisation de m
olécules thérapeutiquement actives s’appuie sur le
concept qui met en jeu l’union de la m
olécule médicam
ent avec une macrom
olécule de l’organism
e (une protéine en général) qui est à l’origine de l’effet pharmacodynam
ique et donc de la réponse thérapeutique. O
n parle de «la clé (le médicam
ent) dans la serrure (la cible, un récepteur le plus souvent)». Il est donc nécessaire de connaître la structure tridim
ensionnelle
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
136
de la cible à atteindre dans l’organisme pour prévoir les structures que devront présenter les
molécules thérapeutiques pour pouvoir s’unir à elle. L
a sélection s’effectue après en utilisant des tests rapides autom
atisés. On parle alors de criblage à haut débit.
Les récentes avancées scientifiques dans des dom
aines comm
e la cristallographie aux rayons-X
, la RM
N à haut cham
p, la bioinformatique, la chim
ie combinatoire, celle des
substances naturelles et la synthèse organique, ont permis une approche efficace de la
recherche de produits chimiques à visée thérapeutique, faisant égalem
ent appel à des études approfondies en pharm
acologie et physiopathologie.
A- L
a chimiothèque
C’est une collection de produits chim
iques, organisée de façon rationnelle,
Les m
olécules sont à la chimiothèque, ce qu’ont les livres à la bibliothèque. O
n distingue quatre types de chim
iothèques :
Chim
iothèque virtuelle : l’espace chimique virtuel regroupe tous les com
posés qu’il serait possible de synthétiser. C
e nombre est grossièrem
ent estimé à 10
60.
Chim
iothèque tangible : l’espace tangible contient toutes les molécules qui peuvent
être facilement synthétisées. C
e nombre de com
posés est compris entre 10
20 et 1024
Chim
iothèque globale : l’espace global regroupe tous les composés synthétisés. O
n estim
e très approximativem
ent ce nombre à 80 m
illions.
Chim
iothèque réelle : l’espace réel correspond à tous les composés possédés par un
organisme. L
e nombre de com
posés maxim
um que possède une société est estim
é à 10 m
illions.
Il est très laborieux et fastidieux de réaliser le criblage de toutes les molécules
synthétisables. Ainsi, il est nécessaire d’extraire de la chim
iothèque un nombre lim
ité de m
olécules assimilables par voie orale à l’instar de la plupart des m
édicaments, perm
ettant d’identifier les com
posés drug-like, en utilisant la règle des 5 de Lipinski.
D’après cette règle, les com
posés ne validant pas au moins deux des critères suivants ont
de très fortes chances d’avoir des problèmes d’absorption ou de perm
éabilité :
masse m
oléculaire ≤ 500 Da
log P ≤ 5
accepteurs de liaisons H ≤ 10
donneurs de liaisons H ≤ 5
Il est à noter que la «règle des 5» a été mise au point à partir de com
posés administrables
par voie orale ayant passé avec succès la phase II des tests cliniques.
Un com
posé est «lead-like» s’il est «drug-like», avec le nombre d’accepteurs de liaisons
H ≤ 9, la m
asse moléculaire ≤ 460, - 4 ≤ log P ≤ 4,2, les liaisons pouvant tourner ≤ 10 et
les cycles ≤ 4.
--------
137PA
NE
L II - C
himie et santé
B- C
riblage moléculaire
On distingue deux types de criblage :
le criblage réel à haut débit (HT
S : High throughput screening) qui perm
et d’évaluer, in vitro, l’activité biologique des com
posés.
le criblage virtuel réalisé in-silico, qui permet d’effectuer de m
anière rapide et à m
oindre coût, les tests des molécules.
La m
éthode QSA
R (Q
uantitative Structure-Activity R
elationships) est utilisée lorsqu’on ne dispose pas de la structure tridim
ensionnelle de la cible biologique. Par contre, la m
éthode Docking est m
ise en jeu lorsque la structure de la cible est connue (Fig. 3).
Figure 3
L’étude suivante permet de m
ontrer que les criblages réel et virtuel sont complém
entaires avec un léger avantage au criblage virtuel (fig. 4).
Exem
ple de la Protéine tyrosine phosphatase (PTP1B
) impliquée dans le diabète de Type II**
F
igure 4
C- C
onstruction de notre chimiothèque
Le fruit de trois décennies de recherche dans le dom
aine de la synthèse organique, nous a perm
is de constituer une chimiothèque de grande richesse, caractérisée par une grande
diversité moléculaire (benzodiazépines, benzim
idazoles, quinoxalines, indazoles, indoles,
--
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
138
azolopyridines, azolopyrim
idines, polyhétérocycles,
aminoacides,
glycomolécules,
stéroïdes, complexes m
étalliques hétérocycliques,...).
Les m
éthodes de synthèse adoptées mettent en jeu un nom
bre restreint de réactifs.
Ce
sont des
composés
azotés, oxygénés
et soufrés
qui présentent
des propriétés
nucléophiles et/ou électrophiles et engagés dans des réactions de cyclocondensation, ou de cycloaddition dans des conditions conventionnelles ou activées par des catalyseurs ou sous m
icro-ondes. (Fig. 5).
Figure 5
Les hétérocycles ainsi préparés ont été utilisés com
me m
atières premières pour réagir avec
différents réactifs permettant d’introduire divers atom
es ou groupements susceptibles de
rendre les composés précurseurs plus solubles, tout particulièrem
ent dans l’eau (Fig. 6).
Figure 6
139PA
NE
L II - C
himie et santé
Il est à noter que nous avons mis au point des réactions de réarrangem
ent originales qui nous ont perm
is de préparer de nouveaux systèmes hétérocycliques difficiles à synthétiser
par d’autres voies de synthèse (Schéma 1).
Schéma 1
Les structures des com
posés hétérocycliques ainsi préparés ont été caractérisées en faisant appel aux m
éthodes spectroscopiques les plus récentes (Fig. 7-9).
Figure 7. Spectre de R
MN
1H
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
140
Figure 8. Spectre de R
MN
13C
Figure 9. D
IFF
RA
CT
ION
AU
X R
AY
ON
S X
141PA
NE
L II - C
himie et santé
Nous avons égalem
ent évalué les propriétés biologiques, des produits de synthèse. Ainsi,
par exemple, les 1,4 et 1,5 benzodia(thia)zépines ont été testées pour leurs propriétés
psychotropes, les dérivés de la quinoxaline ont été testés pour leur propriétés anticancéreuses; les dérivés de l’indole de structures proche de l’indom
étacine ont été étudiés pour leurs propriétés anti-inflam
matoires et antalgiques. E
nfin les pyridopyrimidines ont été évaluées
pour leurs propriétés antivirales. Des com
posés dérivés de la thienoquinoxaline, présentant des propriétés fluorescentes, ont été utilisés dans la détection du peptide bêta-am
yloïde qui intervient dans la m
aladie d’Alzheim
er (fig. 10).
Figure 10
Les travaux de recherche réalisés ont fait l’objet de plusieurs thèses (thèses de doctorat
d’état, de doctorats et de doctorats de troisième cycle). Ils nous ont perm
is de construire une chim
iothèque susceptible d’être utilisée pour découvrir un composé présentant un
éventuel intérêt thérapeutique.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
142
Ces travaux de recherche ont pu être réalisés grâce à l’apport financier de certains
programm
es initiés par le Ministère de l’E
ducation Nationale, de l’E
nseignement Supérieur
et de la Recherche Scientifique, com
me le Pôle de C
ompétences Pharm
acochimie, les
Programm
es PAR
S et PRO
TAR
S. La coopération internationale nous a été égalem
ent très utile puisque certains travaux décrits ont été réalisés dans le cadre des A
ctions intégrées ou du L
aboratoire International Associé (L
IA) regroupant les universités de Toulouse,
Moham
med V
-Agdal, C
adi Ayyad, Sidi M
ohamm
ed Benabdellah et A
l Akhaw
ayn.
Cette chim
iothèque a déjà joué un rôle primordial dans la form
ation de cadres marocains
et étrangers. En effet les chercheurs nationaux qui ont développé ces recherches exercent
actuellement dans les différentes universités m
arocaines ou dans des établissements
publics ou privés. Les chercheurs étrangers ont intégré les universités de la G
uinée, de la C
ôte d’Ivoire, de la république du Congo dém
ocratique, du Cam
eroun, de la Mauritanie
et du Yém
en. Nous avons ainsi contribué à une collaboration Sud-Sud.
Nous
souhaitons que
cette chim
iothèque joue
le rôle
d’élément
fondateur d’une
chimiothèque nationale perm
ettant de découvrir un nouveau médicam
ent.
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aouda Ballo, B
ouhfid Rachid, H
ançali Am
ina, Bousm
ina Mostapha, Z
erzouf A
bdelfettah, El A
ouad Rajae, and E
ssassi El M
okhtar, AR
KIV
OC
2011 (ii), 217 - 226 .B
ouhfid, R.; Joly, N
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ani, F.; Essassi, E
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equart, V.; B
anoub, J.; Kheddid, K
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harof, R.; M
assoui, M.; M
artin, P. Letters in O
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Bassoude, Sabine B
erteina-Raboin, Jean-M
ichel Leger, C
hristian Jarry, El
Mokhtar E
ssassi, Gérald G
uillaumet, Tetrahedron, 2011, 67, 2279-2286
Pr. Taieb C
HK
ILI (m
odérateur)M
erci M. E
ssassi pour cet exposé qui nous démontre com
bien on peut avancer et progresser quand on travaille ensem
ble et entre plusieurs disciplines (psychologues, pharm
acologues, médecins, biologistes,…
) aussi bien à l’intérieur comm
e à l’extérieur.
Je vais maintenant donner la parole à M
. le Pr. Bernard M
eunier pour nous parler de : La
nouvelle approche thérapeutique dans le traitement de la m
aladie d’Alzheim
er.
143PA
NE
L II - C
himie et santé
NO
UV
EL
LE
AP
PR
OC
HE
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AP
EU
TIQ
UE
DA
NS L
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ME
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D
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A M
AL
AD
IE D
’AL
ZH
EIM
ER
Pr. B
ernard ME
UN
IER
Mem
bre de l’Académ
ie des Sciences de France
Laboratoire de C
himie de C
oordination du CN
RS
205, route de Narbonne, 31077 T
oulouse cedex 4
Parmi les m
aladies liées au vieillissement, la m
aladie d’Alzheim
er est celle qui constitue un des problèm
es majeurs. C
ette maladie touche de plus en plus de personnes (plus de
5 millions de personnes aux U
SA) en créant des contraintes hors norm
es pour les patients, leurs proches, les personnels soignants et in fine pour les budgets sociaux.
Le traitem
ent actuel de la maladie repose sur cinq m
olécules peu efficaces : quatre inhibiteurs de la choline estérase (tacrine, donépézile, rivastigm
ine et galantamine) et un
antagoniste du récepteur de la NM
DA
(mém
antine).
La dérégulation de l’hom
éostasie des ions cuivre dans le cerveau est un des facteurs essentiels de la pathologie. U
ne approche thérapeutique sera présentée en mettant en évidence les
effets d’un chélateur spécifique du cuivre (PA1637) capable de m
aintenir 100% de la
mém
oire épisodique chez les souris ayant reçu de l’amyloïde A
1-42 par voie icv.
Les résultats présentés sont le résultat d’une collaboration entre Palum
ed (Frédéric C
oslédan) et le Centre de recherche sur la cognition anim
ale, UM
R C
NR
S-Université de
Toulouse (Johnatan Ceccom
, Hélène H
alley, Bernard Francès, Jean-M
ichel Lassalle).
Palum
ed : 3 rue de l’Industrie, 31320 Castanet-Tolosan.
C
RC
A : 118 route de N
arbonne, 31062 Toulouse cedex 9.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
144
La m
aladie d’Alzheim
er est actuellement un des problèm
es majeurs de santé publique
dans le monde. C
ette maladie est liée au vieillissem
ent de la population et sa prévalence augm
ente au fur et à mesure de l’augm
entation de l’espérance de vie. Depuis les années
1950, on observe une très forte augmentation de l’espérance de vie dans la plupart des
pays du Monde. L’am
élioration des conditions de vie, l’utilisation massive de vaccins
efficaces, l’accès facilité aux médicam
ents essentiels comm
e les antibiotiques ont conduit à une augm
entation de l’espérance de vie sans précédent. En France, l’espérance de vie
est passée de 63 ans en 1950 à 77 ans en 2005 pour les homm
es et atteint 85 ans pour les fem
mes. R
appelons qu’en 1950, l’âge de départ à la retraite était de 65 ans et était descendu à 60 ans en 2005, ce qui explique très sim
plement les problèm
es des caisses de retraite depuis une dizaine d’années!
Le vieillissem
ent correspond à l’ensemble des processus physiologiques et psychologiques
qui modifient notre organism
e et notre cerveau à partir de l’âge mûr. A
utant il est facile de suivre les différentes étapes du vieillissem
ent de notre corps (aspect, rhumatism
es, réduction de la m
otricité, disfonctionnements divers), autant nous oublions que notre
cerveau se modifie avec l’âge. N
ous perdons environ 10% de notre m
asse cérébrale au cours de notre vie. C
ette perte de neurones se produit principalement dans le cortex
cérébral, au niveau de la substance grise, siège de la motricité, de la pensée et des sens.
Heureusem
ent, nous compensons ce phénom
ène par une accumulation avec l’âge de savoirs
et de connaissances : c’est la sagesse des ainés face à l’esprit fougueux de la jeunesse! N
ous jouons, selon les termes de Jean-Pierre C
hangeux, sur la «plasticité des synapses» : les circuits neuronaux se font par apprentissage et se défont par inactivité. N
’hésitons pas à faire fonctionner notre cerveau, ce bel et puissant «ordinateur m
oléculaire». Un cerveau
normal com
pte environ 100 milliards de neurones (un fœ
tus en fabrique à une vitesse étonnante : près de huit neurones par seconde). L
es connections entre neurones sont très nom
breuses, on considère qu’il existe entre 1014 et 10
15 synapses dans le cerveau humain.
Chaque m
illimètre cube contient de l’ordre d’un m
illiard de synapses.
La m
aladie d’Alzheim
er est lié au vieillissement : elle affecte environ 10%
de la population au-delà de 65 ans et de l’ordre de 30%
chez les plus de 85 ans. En France, le nom
bre de personnes atteintes par cette m
aladie était de l’ordre de 430 000 en 2000, et les projections laissent penser que le nom
bre de cas pourrait dépasser le million en 2020.
Est-ce une m
aladie d’origine génétique? Non, plus de 90 à 95%
des cas sont sporadiques, seuls 5 à 10%
des cas sont d’origine génétique (cas «familiaux») et se produisent plus
précocement que les cas sporadiques.
Oublier le nom
d’une personne ou d’un collègue est un phénomène norm
al vers 65 - 80 ans, de m
ême que d’avoir des difficultés à trouver le m
ot juste. Nous com
pensons ce dernier point en trouvant un équivalent sans perdre le sens de la phrase. Par contre, un m
alade rem
placera un mot par un autre sans lien avec le contexte, rendant ainsi la phrase difficile
à comprendre. C
hez le malade, la désorientation devient grave : celui-ci se perd dans sa
propre rue. Il devient confus, renfermé et passif, avec des variations d’hum
eur brutales. C
ette maladie longue, avec une très forte dégradation du m
ode de vie des patients, est très difficile à prendre en charge pour l’entourage fam
ilial et pour les personnels soignants. Par ailleurs, la durée de la m
aladie, 5 à 8 ans, induit des coûts très élevés pour les budgets fam
iliaux et sociaux.
145PA
NE
L II - C
himie et santé
Pourquoi les progrès thérapeutiques sont-ils si lents?
En dépit d’efforts de recherche très im
portants entrepris depuis plus de 20 ans dans les grands groupes pharm
aceutiques et les laboratoires universitaires, force est de constater que les progrès sont lents, très lents. L’essentiel des traitem
ents actuels repose sur quatre inhibiteurs d’acétylcholine estérase (tacrine, donepézil, rivastigm
ine et galantamine,
médicam
ents connus respectivement sous le nom
de cognex, aricept, exelon et reminyl)
et d’un antagoniste non compétitif du récepteur du N
-méthyl-D
-aspartate des neurones (N
MD
A), la m
émantine (ou nam
éda). Aucun de ces m
édicaments ne perm
et une inhibition forte de la progression de la m
aladie, au mieux une stabilisation de l’état des patients.
N’oublions pas que c’est une m
aladie localisée dans le cerveau, zone difficile d’accès, avec une forte protection assurée par la barrière hém
ato-encéphalique contre les éléments
venant de l’extérieur, filtre laissant passer les éléments nutritionnels pour le cerveau et
malheureusem
ent les drogues constituées par des molécules de faible taille et agissants
sur plusieurs récepteurs du système nerveux central. C
ette barrière assure pour certains élém
ents chimiques une hom
éostasie différente de celle observée dans la circulation sanguine.
Par ailleurs, les progrès thérapeutiques sont facilités dès lors qu’il existe un modèle
animal sim
ple, robuste et prédictif de l’effet curatif de candidats-médicam
ents. Nom
bre de ces m
odèles animaux utilise la souris, les autres anim
aux étant réservés à des usages plus spécifiques afin d’éviter une utilisation inconsidérée de ces m
êmes anim
aux de laboratoire. D
ans le cas de la maladie d’A
lzheimer, les souris transgéniques, avec deux
ou trois mutations, ont été largem
ent utilisées comm
e modèles pour la sélection de
candidats-médicam
ents. Il ne serait pas incongru de se poser la question de la pertinence de ces m
odèles basés sur des considérations génétiques pour une maladie qui n’est pas
génétique, en dehors d’un faible pourcentage des malades, com
me nous l’avons indiqué
ci-dessus. L’utilisation de ces souris transgéniques n’ont pas conduit à la mise au point
de nouveaux médicam
ents efficaces au cours des quinze dernières années; aussi est-il légitim
e de remettre en cause leur validité. L
e coût élevé de ces souris, de l’ordre de 1200 euros chacune pour m
oins de 10 euros pour une souris classique de laboratoire, est le reflet de la difficulté de m
anipulation de ces animaux fragiles.
La dérégulation de l’hom
éostasie du cuivre dans le cerveau des patients est-elle un des élém
ents clés de la maladie d’A
lzheimer?
Les recherches de m
on équipe ayant principalement porté depuis les années 1980 sur
le rôle des ions métalliques dans les systèm
es biologiques, nous avons porté un intérêt particulier à un fait expérim
ental portant sur le dosage post-mortem
du cuivre dans les plaques d’am
yloïdes des cerveaux de personnes décédées de la maladie d’A
lzheimer.
Alors que la concentration du cuivre est de 10 μ
M dans le sang, celle-ci est de 70 μ
M
dans un cerveau normal et atteint 400 μ
M dans les plaques d’am
yloïdes des malades.
Cette augm
entation très importante est probablem
ent à l’origine du stress oxydant responsable de la perte im
portante de neurones chez les malades (dim
inution de 30% de
la masse du cerveau en fin de m
aladie). D’où vient ce stress oxydant? Par stress oxydant,
il faut comprendre la form
ation incontrôlée de radicaux hydroxyle (HO
.) provenant de la
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
146
réduction catalytique de l’oxygène moléculaire par un systèm
e catalytique mettant en jeu
un ion métallique redox (typiquem
ent, le cuivre ou le fer, très abondants dans le cerveau hum
ain, car nécessaires à la constitution de métallo-enzym
es ou de métallo-protéines) et
une source d’électrons endogènes (réducteurs biologiques, réductases, …). R
appelons que les plaques d’am
yloïdes sont issues de l’agrégation excessive de peptides formés de
40 ou 42 acides aminés (A
1-40 et A1-42 , ce dernier étant considéré com
me le plus toxique
dans la maladie d’A
lzheimer, car conduisant à des polym
ères hautement réticulés), ces
peptides étant issus eux-mêm
es d’une protéine trans-mem
branaire dite APP. D
ans les conditions norm
ales, ces amyloïdes sont en équilibres entre les form
es oligomériques
et polymériques. Par contre, dans les situations pathologiques, ces am
yloïdes fortement
réticulés deviennent des pièges à cuivre, ces mêm
es ions cuivre contribuant à la réticulation quasi-irréversible de ces am
yloïdes. Devenus inaccessibles aux protéines régulatrices de
la circulation du cuivre au sein de cerveau, il n’est pas surprenant qu’une déplétion de cuivre soit observée au sein des neurones et entraîne une dim
inution de la production de neurom
édiateurs issus de l’hydroxylation de la tyrosine faite par une enzyme à cuivre
spécifique, la tyrosine hydroxylase. Manque de cuivre à l’intérieur des neurones, excès
de cuivre à l’extérieur des neurones, voici comm
ent on peut comprendre la perte de
l’homéostasie de cet ion redox essentiel pour le bon fonctionnem
ent du cerveau.
Des chélateurs spécifiques du cuivre pour traiter la m
aladie d’Alzheim
er?
L’équipe d’Ashley B
ush de l’Université de H
arvard, en collaboration avec une société de biotechnologie australienne dénom
mée Prana B
ioTech, a été la première à aborder cette
possibilité d’utilisation de chélateurs du cuivre pour traiter la perte d’homéostasie du
cuivre dans la maladie d’A
lzheimer. A
fin d’aller au plus vite, son choix s’est porté sur une m
olécule déjà utilisée dans la pharmacopée pour traiter des diarrhées, le clioquinol, une
8-hydroxy-quinoléïne capable de complexer fortem
ent le cuivre, mais égalem
ent d’autres élém
ents comm
e le fer ou le zinc. Ce dernier élém
ent impliqué dans les interactions
allostériques entre protéines neuronales est en concentration très élevée dans le cerveau (de l’ordre de 350 μ
M dans une situation norm
ale). Des effets positifs ont été observés chez
les souris transgéniques et chez les patients traités lors des premiers essais cliniques (pour
une revue récente, voir Barnham
et al., Nature R
ev. Drug D
isc., 2004, 3, p. 205). Toutefois, la très forte toxicité de cette m
olécule n’a pas permis de poursuivre les études cliniques. L
e clioquinol, responsable de paralysies des m
embres inférieurs au Japon dans les années 1960-
1970 a été retiré de ce pays en 1975 (Konogaya et al., J. N
eurolog. Sci., 2004, p. 85).
Au sein du L
aboratoire de Chim
ie de Coordination du C
NR
S à Toulouse, dès 2001-2002, nous nous som
mes intéressés à la m
ise au point de chélateurs spécifiques du cuivre com
me nouvelle approche thérapeutique dans le traitem
ent de la maladie d’A
lzheimer.
Ces
nouveaux chélateurs
du cuivre
sont des
bis-hydroxy- ou
bis-aminoquinolines
apportant quatre sites de coordination dans la mêm
e molécule, contrairem
ent aux dérivés du clioquinol qui nécessitent deux ligands pour com
pléter la sphère de coordination du cuivre. N
os travaux ont conduit à plusieurs publications entre 2007 et 2008 (Chem
istry, 14, 682-696, 2008; E
urJIC, 5622-5631, 2008) et nous ont perm
is de sélectionner une bis-8-am
inoquinoline (code PA1637), chélateur très fortem
ent spécifique du cuivre, sans aucune interaction avec le zinc. U
n travail de pharmacologie effectué par la jeune société
Palumed indique que cette m
olécule présente un profil favorable pour un développement
147PA
NE
L II - C
himie et santé
pré-clinique réglementaire (J.M
. Lassalle, J. C
eccom, F. C
oslédan et B. M
eunier, travaux non-publiés). N
otre propre expérience sur l’utilisation de souris transgéniques pour l’évaluation de chélateurs du cuivre (C
hemB
ioChem
, 6, 1976-1980, 2005) nous a permis
de réaliser les difficultés de ces modèles anim
aux : coûts élevés, temps d’expériences
longs (plus de neuf mois) et résultats peu prédictifs.
Aussi, nous nous som
mes attachés à m
ettre au point un modèle d’évaluation des capacités
de ces chélateurs à inhiber les pertes de mém
oire épisodiques, basé sur l’utilisation de souris non-transgéniques. C
e projet a été mené à bien avec l’équipe de Jean-M
ichel L
assalle du Centre de recherche sur la cognition anim
ale, unité mixte de l’U
niversité Paul Sabatier et du C
NR
S à Toulouse. Une seule injection intracérébro-ventriculaire (icv)
de petits oligomères d’am
yloïdes A1-42 dans le cerveau de souris norm
ales déclenche en m
oins de 20 jours une perte de mém
oire épisodique qui est mise en évidence par le test de
la « peur au contexte ». La perte de m
émoire épisodique est un des élém
ents signant les stades précoces de la m
aladie d’Alzheim
er.
Un traitem
ent des souris à l’aide du chélateur PA1637 pendant trois sem
aines, trois fois par sem
aine à 25 mg/kg par voie i.p., perm
et de restaurer complètem
ent la mém
oire épisodique des souris (voir schém
a ci-dessous).
Ce m
odèle a été validé en utilisant des comparateurs com
me le clioquinol et la m
émantine.
Dans ce dernier cas, l’agent thérapeutique ayant un m
écanisme d’action totalem
ent différent de celui des chélateurs, il est donc perm
is de penser que ce modèle d’évaluation de m
olécules n’est pas lim
ité aux seuls chélateurs, mais présente un intérêt général pour l’évaluation rapide
de nouveaux pharmacophores. Seule la poursuite des recherches perm
ettra de dire si ce m
odèle est effectivement le plus pertinent pour sélectionner des candidats-m
édicaments.
En conclusion, trouver des thérapies efficaces et lim
iter la période d’invalidité et de dépendance de la m
aladie d’Alzheim
er est un des enjeux majeurs de la recherche
pharmaceutique en ce début de siècle.
Rem
erciements. L’auteur tient à rem
ercier ses collaborateurs du Laboratoire de C
himie
de Coordination du C
NR
S à Toulouse et tout particulièrement Jean-M
ichel Lassalle et
son équipe du CR
CA
de l’Université Paul Sabatier à Toulouse et Frédéric C
oslédan de la société Palum
ed à Castanet-Tolosan.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
148
- Pr. Taieb C
HK
ILI (m
odérateur)M
erci M. le Pr. M
eunier. Merci d’abord de nous avoir réservé la prim
auté de présentation des résultats de votre travail. M
erci aussi de donner de l’espoir à beaucoup d’entre nous qui ont dépassé la soixantaine devant une m
aladie qui est de plus en plus fréquente, difficile à diagnostiquer précocem
ent et jusqu’à maintenant sans grande efficacité thérapeutique.
Votre travail perm
et de devenir, tant aux médecins qu’aussi bien aux citoyens tout court,
plus optimistes quant à l’avenir. Je vais donc sans plus tarder ouvrir rapidem
ent le débat.
149PA
NE
L II - C
himie et santé
DISC
USSIO
N
Pr. C
laude GR
ISCE
LL
I (CST
V)
Je voudrais poser une question à monsieur B
ernard Meunier. Je suppose qu’il y a une
relation, mais c’est une question quant m
ême, entre la concentration de substance
-am
yloïde et de protéine- d’un côté et l’augm
entation de la quantité de cuivre trouvée dans le cerveau des m
alades d’Alzheim
er. S’il y’avait une corrélation, le concept qui conduit à capter le cuivre alors m
ême qu’il s’accum
ule, ce serait un traitement préventif plutôt que
curatif parce que le mal est fait quand il y a une concentration de cuivre pendant un certain
temps, et les traitem
ents qui cherchent à réduire ou à capter la substance -am
yloïde en utilisant par exem
ple les anticorps monoclonaux dirigés contre la substance
-amyloïde
ou encore les vaccins évitant cette accumulation. A
utrement dit, si on com
pare, s’il y a bien une relation entre les deux, au fond il y a les deux m
anières de gérer la question; vous avez choisi celle qui consiste à capter le cuivre ou à le réguler dans le cerveau. A
lors quelle est la place, au fond très chèrem
ent, de ce que les grandes industries sont en train d’être tentées de m
ener en s’adressant à la substance -am
yloïde? Après tout, dans les
modèles anim
aux transgéniques, elles obtiennent aussi avec les anticorps monoclonaux
des résultats intéressants morphologiquem
ent peut être par récupération de mém
oire. D
onc c’est autour de ces questions-là que j’aimerais que vous vous exprim
iez.
Pr. B
ernard ME
UN
IER
(PD
G de PA
LU
ME
D, M
embre de l’A
cadémie des S
ciences de F
rance)L
e problème du vaccin dans la régulation des am
yloïdes, compte tenu de la taille du
vaccin, ça se passe à l’extérieur du cerveau dans la circulation sanguine. En situation
pathologique, nous avons un équilibre hémodynam
ique et différentes formes d’am
yloïdes. O
n espère modifier ces équilibres en essayant d’avoir des interactions avec des vaccins;
sauf qu’on ne peut pas faire des expériences in vitro sur le cerveau comm
e on pourrait le souhaiter pour pouvoir valider toutes nos hypothèses en m
ême tem
ps. Tant qu’il n’y a pas de suragrégation des am
yloïdes, et le cuivre et le zinc participent à cette suragrégation, les équilibres se font. Je pense que l’approche vaccinale va se développer, l’approche des petites m
olécules capables de passer la BB
B va se développer. E
t je pense, qu’in fine, le traitem
ent de la maladie d’A
lzheimer sera probablem
ent une poly-chimiothérapie parce
que les différents facteurs influant sur le déclenchement de la m
aladie d’Alzheim
er c’est un peu plus com
pliqué que dans les perturbations du système nerveux central classiques,
disons qu’il faudrait plusieurs approches thérapeutiques.
Je vais maintenant revenir sur la prem
ière partie de votre question : quelles sont les relations entre le cuivre, les am
yloïdes et la protéine-. Il y a eu un m
oment deux blocs, d’un côté
les supporters des amyloïdes et de l’autre côté les supporters de la protéine-
. Je crois que ces deux blocs sont en train de se fissurer pour la sim
ple et bonne raison c’est que l’on s’aperçoit de la toxicité des am
yloïdes, ce sont les oligomères d’am
yloïdes porteurs du cuivre et qui sont capables d’aller transporter le cuivre à l’intérieur des neurones et certaines de ces petits oligom
ères sont capables de déclencher l’hyper-phosphorylation de la protéine-
. On est au début de la com
préhension de tous ces phénomènes biochim
iques de régulation à l’intérieur des synapses et à l’extérieur des neurones. E
n attendant, soit on peut passer 15 ans à essayer de com
prendre et rien faire, soit il faut essayer de revenir sur des m
odèles animaux sim
ples et efficaces. L’avantage par rapport aux souris transgéniques
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
150
c’est qu’en 20 jours on a une réponse, l’expérience sur les souris transgéniques dure en m
oyenne 8 à 12 mois et le coût est chaque fois de 500.000 euros m
inimum
. Donc, j’ai
essayé de convaincre qu’on pourrait peut-être accélérer le processus.
Pr. A
lbert SASSO
N (C
STV
)D
ans le sens de ce que dit le Pr. G
riscelli, vous avez répondu effectivement à l’une
de mes prem
ières préoccupations. Si vous rééquilibrez la circulation du cuivre dans
le cerveau, et donc vous agissez sur les plaques, qu’est ce qui se passe au niveau de l’intérieur des neurones que les deux choses ont des relations et qu’en agissant sur l’une, vous pouvez réguler l’autre. M
ais cela pose au fond la question cruciale, c’est que vous sachiez exactem
ent à quel mom
ent comm
ence à s’accumuler les plaques que
vous voulez éliminer et cela pose alors le problèm
e du diagnostic. Et m
alheureusement,
pendant des années, et encore aujourd’hui, on ne sait pas encore très bien diagnostiquer le m
oment chez une personne qui va faire une A
lzheimer. B
ien sûr qu’il y a les aspects cliniques, m
ais il y a un effort à faire pour avoir un diagnostic fiable le plus précoce possible.
Pr. A
li BO
UK
HA
RI (C
SPC)
Merci m
onsieur le Président. Ma question s’adresse à M
. le Pr. Essassi, tout en lui
adressant mes félicitations pour les nom
breuses molécules qu’il a synthétisées. Q
uel est le rendem
ent d’une réaction chimique? Y
a-t-il des isomères? Si oui, com
ment vous arrivez
à les distinguer les uns (actifs) des autres (non actifs)? P
r. El M
okhtar ESSA
SSI (CSPC
)L
orsqu’on fait de la synthèse organique, le but c’est de faire des réactions simples en
utilisant des composés disponibles. D
ans notre cas, on a choisi des réactions : lorsqu’on fait réagir les deux réactifs, qu’on chauffe dans un solvant, le produit précipite et il suffit juste de filtrer pour avoir le com
posé. En général lorsque le produit précipite, ça veut dire
que la réaction se fait facilement. D
onc, souvent, les rendements des réactions qu’on a
réalisées sont bons. La preuve, j’ai dit que lorsqu’on fait la synthèse d’une m
olécule, on essaie de l’utiliser encore elle-m
ême com
me m
atière première, ce qui veut dire qu’on a
une quantité importante de ce produit pour pouvoir préparer encore d’autres réactions.
L’astuce, en fait, n’est pas de faire des réactions sophistiquées dans des conditions difficiles, m
ais plutôt de faire des réactions simples et obtenir des produits avec un bon
rendement, et cette m
olécule doit posséder des fonctions réactionnelles pour pouvoir l’utiliser elle-m
ême.
Ce qui caractérise notre travail ce sont des réactions de réarrangem
ent qui sont très im
portantes parce qu’on a besoin d’une grande quantité de molécules et on a proposé
la chimie com
binatoire pour avoir le plus grand nombre de m
olécules. Mais la chim
ie com
binatoire, en dehors de la synthèse des protéines, elle présente des limites puisque les
réarrangements sont rencontrés par hasard. L
a richesse de la chimie expérim
entale repose sur le fait qui lorsqu’on fait une réaction, et on s’attend à un résultat, on obtient un résultat différent. A
vec le réarrangement, on a un produit qui peut avoir plusieurs structures qui
peuvent être assimilées à des isom
ères. Nous avons trouvé que la cristallographie est la
meilleure m
éthode pour déterminer la structure.
151PA
NE
L II - C
himie et santé
Pr. N
aima LY
OU
SSI (Université Sidi M
ohamed B
en Abdellah, Fès)
J’ai deux questions pour le Pr. Majoral. E
st-ce qu’i y a une spécificité d’action pour les dendrim
ères? La deuxièm
e question concerne la nature de la solution injectée aux souris et est-ce qu’il y a une différence entre les voies orale, veineuse et intrapéritonéale pour déterm
iner la DL
50 chez les souris? Merci.
Pr. A
bdeaziz SEF
IAN
I (CST
V)
Ma question s’adresse au P
r. Essassi. V
ous nous avez présenté le processus classique de production de m
édicaments qui était valable jusqu’au m
oment où on a su les
mécanism
es physiopathologiques
des m
aladies. C
e processus
classique est
très onéreux et pourrait aboutir parfois à un m
édicament efficace m
ais retiré après des essais cliniques lorsqu’il présente des effets indésirables. E
st-ce que vous ne pensez pas que les m
édicaments de dem
ain, sinon d’aujourd’hui, sont plutôt issus d’une m
eilleure compréhension des m
écanismes physiopathologiques des m
aladies? On
connaît si bien aujourd’hui : la protéine qui manque, celle qui se dépose et celle qui
s’accumule, la voie m
étabolique qui est bloquée. Il serait plutôt plus judicieux, à partir de ces m
écanismes, d’identifier par la chim
ie des choses, et on a eu à cet égard une très belle présentation par le P
r. Meunier sur la m
aladie d’Alzheim
er qui, avec une m
olécule ou deux, il a fait son essai. Donc, est-ce que vous ne pensez pas que
la chimie doit s’adapter aujourd’hui ne ou du m
oins tenir compte des m
écanismes
physiopathologiques de la maladie?
Pr. Jean-pierre M
AJO
RA
L (L
aboratoire de chimie et de coordination (Toulouse,
France) Je vais répondre tout d’abord à la première question qui concerne la spécificité
d’action. Oui, il y a une spécificité d’action. Je prends l’exem
ple de la polyarthrite rhum
atoïde, qui est due à un mom
ent donné à un déséquilibre entre la production d’ostéoblastes pour form
er l’os et la production d’ostéoclastes qui détruisent l’os. Ça
c’est un premier phénom
ène, et le deuxième phénom
ène est une production accélérée de cytokines. O
n a démontré qu’à partir que, à partir d’un autre dendrim
ère, on bloque cette transform
ation inopportune des ostéoblastes en ostéoclastes et on bloque la production de cytokines. D
onc, là réellement, il y a une spécificité d’action.
En réponse à la deuxièm
e question concernant la voie d’administration, on a travaillé
d’abord par voie veineuse puis on a voulu voir si par voie orale on avait des résultats sem
blables parce que si on veut, un arriver à des résultats réels, il faut passer par la voie orale, et on avait rem
arqué que par la voie orale on avait pratiquement la m
ême activité.
Pr. C
laude GR
ISCE
LL
I (CST
V)
Je voudrais poser une question au Pr. Majoral. V
otre exposé m’a beaucoup intéressé,
il y avait beaucoup de choses. Si je retiens simplem
ent la partie concernant «Natural
Killer C
ells», c’est le gène K qui fait partie de l’im
munité innée, c’est-à-dire qui contient
des granules avec de nombreuses activités enzym
atiques dont les porphyrines. J’ai un com
mentaire et une question.
Le com
mentaire c’est que, il se trouve que je décris une m
aladie génétique qui est caractérisé par un défaut sélectif de ces cellules N
K. C
e sont des enfants qui peuvent vivre jusqu’à 15-18 ans. M
aintenant, on leur fait une transplantation médullaire, donc on
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
152
les sauve; mais les prem
iers que j’ai suivis, aucun d’entre eux n’a développé de cancer. D
onc, la relation entre une anomalie spécifique des cellules N
K et le cancer est sûrem
ent com
plexe. Ça c’était le com
mentaire, et la question qui va avec c’est que vous avez
montré fort bien dans votre film
: la destruction des cellules cancéreuses par les cellules N
K, cela concerne quel type de cancer, par quel m
écanisme de reconnaissance, quel type
de récepteurs faut-il rencontrer au niveau de la cellule cancéreuse pour que cette cible soit détruite, est-ce que la destruction se fait quel que soit le cancer?
Pr. Jean-pierre M
AJO
RA
L (L
aboratoire de chimie et de coordination (Toulouse,
France) Première réponse : nous avons testé sur 14 types de cancers (cancers liquides ou
cancers solides, carcinomes, leucém
ies,…) et dans tous les cas nous avons m
ontré que ces cellules N
K am
plifiées par les dendrimères avaient une activité com
parable aux cellules N
K non traitées par les dendrim
ères. Nous avons énorm
ément travaillé sur le m
écanisme
et nous avons pu démontrer que le prem
ier stade consistait en une amplification du
nombre de m
onocytes dont on change la granulosité et la taille. Et ce qui est tout à fait
remarquable aussi pour les biologistes, on augm
ente de façon assez conséquente la durée de vie de ces m
onocytes, on mesure ceci par le taux de lysosom
es quand un monocyte est
détruit. Nous avons égalem
ent montré qu’il y avait une relation entre ces m
onocytes là et les cellules dendrim
ères : il y a une activation des cellules dendrimères. C
e que nous n’avons pas encore prouvé pour le m
oment c’est que se passe-t-il au niveau des cellules
NK
après activation par des cellules dendrimères. Ç
a fait 5 ans qu’on travaille là-dessus avec des biologistes de l’hôpital Purpan à Toulouse et il y a encore cette partie qu’il nous faudrait résoudre.
Maintenant, sur les cellules N
K et les m
aladies auto-imm
unes, il est certain aussi qu’il y a des applications extrêm
ement im
portantes, tout ce qui est anti-inflamm
atoire peut en effet s’étendre aux m
aladies auto-imm
unes.
Pr. E
l Mokhtar E
SSASSI (C
SPC)
En réponse à la question du Pr. Sefiani, le rôle du chim
iste consiste d’abord à préparer de nouvelles m
olécules. Pour cela, il doit collaborer aussi avec des biochimistes et des
biologistes qui, de par leur connaissance des maladies et des types de m
olécules actives sur telle ou telle m
aladie, peuvent demander au chim
iste de préparer des structures analogues. L
es molécules qui ont une structure analogue ont presque la m
ême activité.
Personnellement, je crois au hasard parce que plusieurs m
édicaments ont ainsi été trouvés
souvent par la chimie com
binatoire.
153PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
PAN
EL
IIIC
HIM
IE E
T IN
DU
STR
IE :
Exem
ples de la France, de l’A
llemagne et du M
aroc
155
PAN
EL
IIIC
HIM
IE E
T IN
DU
STR
IE :
Exem
ple de la france, de l’allemagne et du m
aroc
Moderateur : P
r. Jean-Jacques Bonnet
Mem
bres du Panel : D
r. Bernard B
igot, Pr. G
erard Férey, M
ichael Dröscher,
M. K
halid Lahlou M
imi, D
r. Moham
ed Smani, D
r. Abdelaali K
ossir,D
r. El M
outaoikkil ElB
araka
Modérateur :
Pr. Jean-Jacques Bonnet, M
embre A
ssocié de l’Académ
ie Hassan II
des Sciences et Techniques
Mem
bres du Panel :
Dr. B
ernard Bigot, A
dministrateur G
énéral du CE
A, France
Pr. Gerard Férey, M
embre de l’A
cadémie des Sciences, Professeur
émérité de l’université de V
ersailles-Saint-Quentin-en-Y
velines (U
VSQ
), France
Michael D
röscher, Président de la société Allem
ande de Chim
ie, D
irecteur du Com
ité de l’IUPA
C chargé de la C
himie de l’Industrie
Dr. M
ohamed Sm
ani, Directeur de l’A
ssociation R&
D M
aroc, Maroc
Dr. A
bdelaali Kossir, D
irecteur R&
D (O
ffice Chérifien des
Phosphates, Maroc)
Dr. E
l Moutaoikkil E
l Baraka, O
ffice Chérifien des Phosphates,
Maroc
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
156
Pr. Jean-Jacques B
ON
NE
T (M
odérateur)
Mesdam
es et Messieurs, bonjour,
Nous allons dém
arrer cette nouvelle session qui s’intitule «chimie et industrie – exem
ples de la France, de l’A
llemagne et du M
aroc». Nous aurions pu la nom
mer «le partenariat
recherche-industrie, une nécessité au cœur du progrès». Je ne prendrai qu’un seul exem
ple pour illustrer cette nécessité, celui des énergies renouvelables dont le développem
ent est suspendu à la résolution d’un problèm
e majeur, celui du stockage de l’énergie. N
ous avons en effet, on l’a vu hier au travers des divers exposés, de l’eau, du soleil, du vent, m
ais nous peinons à stocker de l’électricité ainsi produite. Pour résoudre ce problème,
nous aurons besoin que s’unissent les talents scientifiques et industriels. En fait, cet esprit
de partenariat irrigue en profondeur le monde de la chim
ie, où recherche fondamentale et
industrie ont toujours avancé de concert, à un point tel que lorsqu’on parle de chimie, on
ne sait plus très bien si l’on évoque la science ou l’industrie.
Sept exposés illustreront ce matin ces liens étroits entre recherche et industrie. L
a matinée
étant chargée, je demanderai aux conférenciers de respecter le tem
ps de parole qui leur est accordé. Je passerai donc la parole au prem
ier conférencier M. H
ervé Bernard qui
remplace M
. Bernard B
igot, retenu à Paris pour les raisons que vous pouvez imaginer
notamm
ent aider le Japon dans les circonstances actuelles. Hervé B
ernard a été un artisan essentiel dans la localisation du grand projet international IT
ER
à Cadarache.
157PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
LA
CH
IMIE
, UN
E SC
IEN
CE
AU
CO
EU
R D
ES
EN
ER
GIE
S D’A
VE
NIR
Dr. H
ervé BE
RN
AR
D
CE
A (C
omm
ission à l’Energie A
tomique),
France
Il n’y a pas de transformation chim
ique sans consomm
ation ou libération d’énergie, sous form
e de chaleur, de travail mécanique, de lum
ière, d’électricité,… E
t réciproquement,
il n’est de production ou de consomm
ation d’énergie sans qu’intervienne à un mom
ent ou un autre une transform
ation chimique particulière, qui représente une étape clé, et
que l’on cherche, éventuellement, à éviter une ou plusieurs autres réactions chim
iques concurrentes, qui réduisent l’efficacité du procédé, ne serait-ce par exem
ple les réactions de corrosion.
Les énergies d’avenir, le nucléaire de fission ou de fusion, les énergies renouvelables
(solaires, éoliennes, marines, hydrauliques, géotherm
iques, productrices de biocarburants,..), ces énergies qui contribuent peu à l’accroissem
ent du risque de changement clim
atique, et sont durables pour une population de plus de 6 m
illiards d’habitants, toutes reposent sur le savoir et le savoir-faire des chim
istes.
Cette réalité d’une chim
ie au cœur des problém
atiques de l’énergie et qui invitent à développer ou m
aintenir une activité de recherche et développement, et une activité
industrielle de chimie fortes, sera illustrée sur quelques exem
ples particuliers sur lesquels la France fonde une politique énergétique de long term
e.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
158
Pr. Jean-Jacques B
ON
NE
T (M
odérateur)
Merci M
. Hervé B
ernard de cet exposé. Je dirai qu’il y a que des défis pour les chimistes
que vous venez d’évoquer pour une problématique m
ajeure c’est-à-dire l’énergie dans l’avenir. V
ous avez évoqué déjà le problème des m
inerais et là je ne manquerai pas de
mentionner le rôle des industriels pour les découvertes de M
arie-Curie qui a eu recours
deux partenariats majeurs pour extraire le radium
dont elle avait besoin. Vous avez évoqué
le problème des m
inerais; ce pays est particulièrement sensible à ce point pour les traces
d’uranium contenu dans les phosphates.
Vous avez évoqué les problèm
es d’analyse chimique, la nécessité de disposer d’outils
analytiques performants, la chim
ie des procédés pour savoir comm
ent régler ce problème
d’avenir de ces matériaux, la chim
ie des matériaux, la cinétique des corrosions, la radiolyse
avec des cinétiques ultra-rapides, que des défis pour les chimistes, les nanom
atériaux, les silicium
s qui sont semble-t-il très prom
etteurs et puis enfin vous avez évoqué ce que nous avons prévu dans cette académ
ie comm
e thème principal c’est-à-dire la chim
ie et le développem
ent durable, la chimie verte et toutes les possibilités du côté biom
asse et du côté de la chim
ie bio-inspirée. Merci M
. Bernard.
Nous allons passer donc à la deuxièm
e conférence qui sera donnée par le Pr. Gérard Férey
qui est un homm
e de l’Académ
ie des Sciences de France et qui a reçu la médaille d’or
du CN
RS pour ses travaux sur les com
posés poreux très particuliers, et donc je lui passe la parole.
159PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
DE
L’INT
ÉR
ESSA
NT
A L’U
TIL
E :
L’AP
PO
RT
DE
S SOL
IDE
S PO
RE
UX
A L
A SO
CIE
TE
Dr G
erard FE
RE
Y
Mem
bre de l’Académ
ie des Sciences, P
rofesseur émérite de l’U
niversité de Versailles
Saint-Quentin-en-Y
velines (UV
SQ), F
rance
L’histoire des solides poreux débute en 1756 en Suède, mais l’énorm
e développement de
ce thème durant ces vingt dernières années fait de cette classe de solides des nouveaux
matériaux stratégiques.
L’exemple des solides poreux hybrides - qui résultent de l’association tridim
ensionnelle par liaisons fortes d’entités inorganiques et organiques - illustre ce que doit être l’approche intégrée des chim
istes, depuis la recherche la plus fondamentale jusqu’à la production
industrielle, pour fournir des solutions aux problèmes sociétaux actuels dans les dom
aines de l’énergie, des économ
ies d’énergie, du développement durable et de la santé.
La m
aîtrise d’une synthèse ‘sur mesure’ passe par la connaissance des m
écanismes
de formation de ces solides. U
ne fois acquise, elle permet, jouant sur leurs différentes
caractéristiques (réseau, pores et surface spécifique interne), d’introduire de nouvelles propriétés, de m
oduler à l’envie les tailles de pores, et mêm
e de prédire la structure de nouveaux édifices au titre d’un cahier des charges autorisant l’application et le développem
ent industriel dans des domaines extrêm
ement divers.
C’est ainsi que les solides poreux hybrides sont d’excellents m
atériaux pour le stockage à 77K
de l’hydrogène, et des gaz à effet de serre à température am
biante. Leur pouvoir
séparateur pour des mélanges de gaz est très économ
e en énergie. Ce sont par ailleurs
d’excellents catalyseurs et, très récemm
ent, ces solides se sont révélés être les meilleurs
nanovecteurs pour le stockage et la restitution sur le long terme de m
édicaments anti-
tumoraux et antirétroviraux. L
eur facilité d’obtention en grande quantité débouche pour certains d’entre eux sur une production industrielle.
Actes de la session plenière solennelle, R
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160
Pr. Jean-Jacques B
ON
NE
T (M
odérateur)
Merci Pr. Ferey pour cet exposé qui m
e fait penser à l’émerveillem
ent sans cesse renouvelé des chim
istes et qui ont la particularité de construire leurs propres objets d’étude, et donc que de plaisir à découvrir toute l’architecture sur laquelle ils m
ettent toute leur im
agination. Vous nous avez présenté un dom
aine de nouvelles architectures hybrides, inorganiques, organiques, finalem
ent ces composés pleins de trous m
ais qui ont une utilité tout-à-fait extraordinaire dans divers dom
aines. Com
me vous avez illustré
parfaitement ce que nous souhaitons dans cette m
atinée c’est-à-dire l’étroite collaboration entre la science et l’industrie. M
erci.
Je passerai la parole maintenant au D
r. Michael D
RÖ
SCH
ER
, Président de la Germ
an C
hemical Society et Président de l’IU
PAC
(International Union of Pure and A
pplied C
hemistry). C
ette dernière est l’autorité reconnue pour les règles à adopter pour la nom
enclature, les symboles, la term
inologie des éléments chim
iques et de leurs dérivés.
161PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
CH
EM
ISTR
Y IN
GE
RM
AN
Y - FA
CT
S AN
D
CH
AL
LE
NG
ES
Prof. D
r. Michael D
RO
ESC
HE
R
President of the G
erman C
hemical Society
(GD
Ch)
The G
erman chem
ical industry, including Pharma, is num
ber 4 in the world. 2010 the
turnover has already recovered from the financial crisis to 171 billion €
s. The em
ployment
is 414 thousand. Germ
any leads the world in chem
ical exports, whereof m
ost of it go to E
U partner countries.
Chem
ical industry is knowledge based and capital-intensive. Innovation is a m
ajor focus. R
&D
spending was 9.4 billion, again including Pharm
a. The large com
panies, as BA
SF, B
ayer or Evonik D
egussa spend about 3% of turn over for R
&D
.
Since the beginning of chemical industry in G
ermany, cooperation w
ith academia and
research organizations was a strong base for innovation. B
asic science to applied research and developm
ent are well represented. A
t 80 universities and applied universities nearly 1200 professors teach 40.000 chem
istry students. Yearly about 3000 diplom
a and master
degrees are awarded, and about 2000 PhD
s leave the universities for a PostDoc or
assistantship at university, or, mostly to start a professional carrier in a SM
E or industry.
Besides the universities large organizations as H
elmholtz-A
ssociation, Max-Planck
Society, Leibniz A
ssociation, and Fraunhofer are well recognized pillars of respectively
basic and applied research.
Funding from the G
erman R
esearch Foundation, other governmental sources on federal
and state level and EU
programs, supports the research and developm
ent together with
industrial contributions.
Research focuses on the challenges of today and the future. It is w
ell understood that solutions for the global challenges are and w
ill always be based on chem
ical contributions.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
162
Areas of m
ajor interest are e.g. energy, food, materials, and m
obility. Key innovation
drivers are competences, innovative organization, open innovation/cooperation, system
integration, solid intellectual property, innovation culture and com
munication.
Let m
e start with the chem
ical industry indicators. Please note that the data are also including Pharm
aceuticals: Sales of the Germ
an chemical industry have com
e up from
112 billion to 171 billion since 1995. T
he dip in 2009 to 145 billion € has already been
recovered in 2010. There are tw
o reasons for this fast recovery. First, in the value chain the basic chem
icals are the foundation. Processing industries are the direct customers
who provide the interm
ediates for the final products. With em
pty shelves the processing industry had to fill in the stocks first, before they could start the production. Second, although the em
ployment had gone dow
n to 414,000 in 2009 from 536,000 in 1995,
it remained constant during the crisis, due to the G
erman “K
urzarbeit” scheme, w
here em
ployees worked short shifts or even stayed at hom
e with about 80 to 90 %
of income,
partly supported by the government.
The production range of the chem
ical and pharmaceutical industry in G
ermany covers a
wide field. A
bout 9% are inorganic basic m
aterials, 16% petrochem
icals, 18% polym
ers, 25%
fine and specialty products, 24% pharm
aceuticals and 8% detergents and personal
care products. All together the production value is about 110 billion €
.
Germ
an chemical industry is led by B
ASF, the largest chem
ical company w
orldwide.
Other leading com
panies are e.g. Bayer, H
enkel, Evonik D
egussa. Besides these large
companies w
e have many Sm
all and medium
Entreprises (SM
Es) in G
ermany. A
bout 93%
of all chemical com
panies have less than 500 employees.
Com
pared to the other industrial sectors in Germ
any, chemical industry has m
ore fixed assets, spends m
ore on R&
D and needs nearly tw
ice the energy than average as based on sales.
Exports and im
ports are also higher than average.
Let us now
have a look on R&
D expenditures in m
ore details. The rise from
5.3 billion €
in 2005 to 9.4 billion € in 2010 has follow
ed somew
hat the economical cycles, but w
ith a rather sm
all amplitude. E
ven during the financial crisis, R&
D spending continued on a
high level. Typically a company as B
ASF or E
vonik Degussa spends about 3%
of sales on R
&D
, pharmaceutical com
panies clearly spend more, from
8 to 15% of sales.
Now
let us compare the G
erman chem
ical industry on a global scale. In 2009 Germ
any w
as number 4 w
ith sales of 158 billion €, behind the U
S with 522 billion €
, China w
ith 509 billion €
, and Japan with 172 billion €
, leading France and Italy.
Even the average annual grow
th rates from 2003 through 2008 w
as with 2.8%
quite high for G
ermany, being one of the old econom
ies. Clearly C
hina is up front with 12.8%
, follow
ed by India with 8.6%
, both boosting the world average to 3.7%
. It should be noted that India is grow
ing from a com
parably low sales volum
e of 52 billion €.
In chemical exports, G
ermany is the w
orld champion w
ith a volume of €
134 billion, follow
ed by the US. C
hina is with €
47 billion still far behind, mostly exporting finished
163PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
products, not basic chemicals. C
learly, China is a huge hom
e market and draw
s many
investments into the chem
ical parks.
Where do the G
erman exports go to E
urope is and will stay the m
ain focus. More than
60% of the exports go to countries of the E
U, 11%
to other €pean countries. A
sia is a strong and grow
ing market, but A
frica is only 1.6%.
To finish up facts and figures, let us look on the change of the global share of sales of the G
erman chem
ical industry. Because of the strongly grow
ing economies like C
hina and India, the G
erman share is declining continuously. G
ermany’s share on global sales of
chemicals cam
e down from
11% to about 7%
in the last 20 years. This is a 40%
loss. As
we look on the share of G
erman com
panies including their foreign subsidies, we also see
a decline, but less steep from 13%
to 10% of the w
orld market.
Now
, let us turn to chemical education and science in G
ermany, again starting w
ith some
facts and figures.
The G
erman higher education system
distinguishes between universities, w
hich grant PhD
s, and applied universities, which are teaching m
ore practice than theory. In the last years w
e see some converging of both system
s and also cooperation between universities
and applied universities.
There are 56 departm
ents of chemistry at universities and 24 at applied universities, w
ith 916, respectively 159 tenured professors. In 2009, about 34000 students w
ere registered at universities and 5 500 at applied universities, of w
hich 6,400 and 1500 were freshm
en. N
early 1,700 PhDs w
ere granted, 2,700 diplomas, and 2,500 bachelor and m
aster degrees. From
these numbers it is clear that m
ost Germ
an chemists leave university w
ith a PhD,
even when they do not consider to start an academ
ic career. Industry prefers to hire PhDs
for their R&
D departm
ents. Later in their career these chem
ists will m
ove on to applied technical service, controlling, m
anagement or other jobs.
All G
erman universities and applied universities have sw
itched to the Bachelor/M
aster system,
recently, due to the EU
wide so-called B
ologna process. Today, all freshmen start in a B
achelor courses. H
owever, for B
achelor graduates from universities there are few
jobs available. Mostly,
students go on to a master course, either in chem
istry related sciences or economics.
Since the beginning of chemical industry in G
ermany, cooperation w
ith academia and
research organizations has been a strong base for innovation. Besides the universities, w
e have a broad academ
ic landscape in Germ
any. These are all w
ell known institutions.
I start with basic research. H
ere, the Helm
holtz Association of G
erman R
esearch Centers
contribute to solving major challenges facing society, science and industry w
ith top scientific achievem
ents in six research areas: Energy, earth and environm
ent, health, key technologies, structure of m
atter, transport and space. With 30,000 em
ployees in 17 research centers and an annual budget of approxim
ately €3 billion, the H
elmholtz
Association is G
ermany’s largest scientific organization. Its w
ork follows in the tradition
of the great natural scientist Herm
ann von Helm
holtz (1821-1894).
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
164
Probably the best known scientific organization in G
ermany is the M
ax Planck Society. It is based on the m
otive “Insight must precede application.” by M
ax Planck. The M
ax Planck society w
as established in 1948, following the K
aiser-Wilhelm
-Society. The 80
Max Planck Institutes publish m
ore than 13,000 publications each year in internationally renow
ned scientific journals. 13 of the institutes are related to chemical research.
Also w
ell known is the G
ottfried Wilhelm
Leibniz Scientific C
omm
unity, also called L
eibniz Association. It covers the range from
basic to applied research. The organization
is the umbrella organization for 87 institutions, of w
hich six are chemistry related,
conducting research or providing scientific infrastructure. Some 7,100 scientists and
scholars work in the hum
anities and social sciences, economics, spatial and life sciences
as well as in m
athematics, the natural and engineering sciences, and in environm
ental research. A
ltogether, ca. 16,000 people are employed at L
eibniz Institutes, which have a
combined annual budget of 1.3 billion €
.
The last exam
ple is the Fraunhofer organization. It is Europe’s largest application-oriented
research organization with activities in health, security, com
munication, energy and
environment. T
here are more than 80 research units at different locations in G
ermany.
The annual research budget totals €
1.65 billion, of which 1.40 billion is generated through
contract research.
The last topic in this part of m
y talk is funding for R&
D in G
ermany. R
esearch funding is available from
European, federal and state sources. Funding for basic research activities
comes from
the EU
, e.g. from the 7. fram
ework program
, the Germ
an Research Foundation
(DFG
), and recently, the excellence initiative of the federal government.
Exam
ple for the funding for SME
s and applied research is the Germ
an Federation of Industrial R
esearch Association (A
IF). Funding for international academic cooperation
comes from
organizations like the Alexander von H
umboldt foundation and D
AA
D.
Now
let us turn to the global challenges. You w
ill all agree that five categories of macro
trends will have an im
portant impact on the global business environm
ent: Globalization,
demographics,
changing consum
er patterns,
preservation of
natural resources
and environm
ent, and also regulation and activism. For the value chain these trends provide
a market pull, w
hereas new technologies push the developm
ent. But as w
e have seen recently in Japan w
ith horror, there are also wild cards w
hich cannot be foreseen and predicted. T
hey also may have a strong im
pact on future developments and innovation.
Let us have a short look on the five m
acro trends. In globalization, flow of know
ledge and flow
of goods may be the m
ost important drivers for chem
istry. For demographics,
urbanization is an important driver. C
hanging consumption patterns have a strong im
pact on the products and m
aterials needed and therefore drive innovation. The preservation
of natural resources and environment m
ay be the key driver of today. In many chem
ical processes w
e are looking for new w
ays to reroute large product streams. T
he CO
2 - reduction is also a key driver for innovation. E
specially in €pe, the R
EA
CH
process and other regulation activities have a strong im
pact on innovation activities.
165PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
Let m
e give you some research topics, w
e in the Germ
an Chem
ical Society consider to be of high interest: O
ne example is green chem
istry with all its facets, like catalysis, atom
efficient synthesis, reaction cascades, chem
istry without protective groups, chem
ical contribution to new
energy solutions, new resources for chem
ical products, miniaturisation
of reactors, chemistry in confined geom
etries, and water as solvent.
Second, material research is very im
portant, as in organic and inorganic nanotechnology, stim
ulus responsive materials, carbon m
aterials, organic-anorganic hybrid materials,
organic and anorganic materials for electronics.
Third, biotechnology is an im
portant field of research, with the exam
ples protein protein interaction, protein design, origin of life, and chem
ical biology.
Finally, two m
ore areas of high interest are polymer science w
ith e.g. controlled polymer
synthesis, polyelectrolytes, and computational chem
istry, and water w
ith areas of research as rem
ediation, chemistry in w
ater, and ultra low concentration analysis of solutes.
This list is clearly not com
plete. It is an invitation to add other areas of interest and fields of research.
Com
ing back from research to innovation, w
here the ideas and results from scientific
investigations are turned into products and thus money, I w
ill end my presentation w
ith a list of drivers for innovation, w
hich, I think, are the most im
portant for success. The key
drivers are competences, advanced innovation m
anagement, an innovative organization,
the open innovation concept, system integration, strong and solid intellectual property,
and over all an innovative culture and comm
unication.
But in the end, the m
ost important factor for success in innovation, business and society
is people. No process or protocol is leading to success by itself, if the people w
ho perform
the work do not do it right in the right environm
ent.
Funding from the G
erman R
esearch Foundation, other governmental sources on federal
and state level and EU
programs, supports the research and developm
ent together with
industrial contributions.
Research focuses on the challenges of today and the future. It is w
ell understood that solutions for the global challenges are and w
ill always be based on chem
ical contributions. A
reas of major interest are e.g. energy, food, m
aterials, and mobility. K
ey innovation drivers are com
petences, innovative organization, open innovation/cooperation, system
integration, solid intellectual property, innovation culture and comm
unication.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
166
Pr. Jean-Jacques B
ON
NE
T (M
odérateur)
Thank you for your lecture. B
efore you even started this presentation, we knew
the power
of the Germ
an chemical industry. T
hank you for having pointed out facts and challenges. T
hank you also for reminding us of the €
pean protocol (EU
RE
CH
) which is connected
to chemistry and sustainable developm
ent and also for mentioning topics for the future
which are im
portant for both science and industry.
Avec l’accord de notre Secrétaire perpétuel, nous allons apporter une toute petite
modification à notre program
me. E
n effet, monsieur H
ervé Bernard doit nous quitter
avant midi, si bien qu’il serait difficile de l’avoir parm
i nous lors des discussions, et donc ce que je vous propose c’est que nous fassions un prem
ier tour de table de débat et de discussion après ces trois prem
ières conférences.
DISC
USSIO
N
Pr. Jean-P
ierre MA
JOR
AL
(Directeur de recherche, C
NR
S, Toulouse, France)J’ai deux questions : une question triple au Pr. G
érard Férey et une question au Pr. Hervé
Bernard.
La prem
ière question concerne l’encapsulation : Com
ment peut-on réguler le relargage
d’une drogue au niveau de cellules tumorales, est-ce en jouant sur la porosité du m
atériau en faisant varier sa taille? Pour am
ener une drogue au niveau d’une cellule cancéreuse, il faut introduire quelque chose qui va être reconnue par les récepteurs de la cellule par exem
ple l’acide folique. Est-ce qu’on peut im
aginer d’encapsuler cette molécule, l’acide
folique, ou un autre matériau hybride organique ou inorganique qui agit com
me un cargo
au niveau de la cellule tumorale? Peut-on im
aginer d’utiliser des brides organiques qui soient des groupem
ents fluorescents permettant le suivi du m
atériau néo-poreux jusqu’au niveau où on veut qu’il arrive?L
a deuxième question concerne les phosphates qui ont été utilisés par le Pr. H
ervé B
ernard: est-ce qu’il y a encore des efforts à faire pour avoir une meilleure com
plexation des radioélém
ents utilisés?
Pr. M
ostapha BO
USM
INA
(Chancelier)
J’ai deux questions.L
a première pour le Pr. Férey : est-ce que c’est envisageable d’inclure soit pendant la
synthèse soit après synthèse des nanoparticules tel que le TiO
2 ou d’autres particules qui interagissent beaucoup m
ieux avec l’hydrogène que ce que vous avez présenté dans votre conférence.
Ma deuxièm
e question s’adresse au Dr. D
röscher mais je souhaite avoir un com
mentaire
du Pr. Dercourt ou du Pr. G
riscelli : ce que vous nous avez présenté est extrêmem
ent im
pressionnant. La chim
ie allemande est très forte et recrute plutôt des docteurs, alors
que nous savons que la chimie française fait appel plutôt à des ingénieurs. E
st-ce que vous pouvez nous donner des com
mentaires de part et d’autres pour que nous puissions placer
notre pays sur l’échelle des valeurs scientifiques. Merci.
167PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
SergeJ’ai deux questions pour le Pr. Férey.
La prem
ière rejoint la question du Pr. Majoral concernant le relargage. Pouvez-vous
contrôler les médicam
ents incorporés à l’intérieur des nano-carriers qui sont soit actifs parce qu’ils sont dépendants de la concentration m
aximum
du composé, à ce m
oment-là
on risque d’avoir un problème de toxicité puisqu’on dépasse la dose toxique du com
posé ou alors ça dépend de la courbe de la concentration du produit relargué et là il y a un risque d’être en-dessous de la dose active du com
posé? Com
ment vous pensez résoudre
ces problèmes avec votre nouveau systèm
e de relargage?
La deuxièm
e question concerne la redistribution dans les tissus. Vous envisagez la voie
passive. Est-ce que cette voie a été m
eilleure ou pas?
Pr. A
li BO
UK
HA
RI (C
SPC)
J’ai quelques questions, que je me pose m
oi-mêm
e tout d’abord, adressées à Monsieur
Hervé B
ernard. Qu’en est-il de la recherche de nouveaux m
atériaux pour le stockage des déchets radioactifs? A
un certain mom
ent, il y a eu beaucoup de recherches sur l’utilisation des phosphates sous form
e de verre comm
e le nasikon pour stocker ces déchets radioactifs. N
ous savons que le Maroc est un pays où il y a de grands gisem
ents et nous voulons aussi m
ettre notre expérience à profit.
Deuxièm
e question : pourquoi depuis qu’on a mis au point la bom
be atomique jusqu’à
maintenant on n’arrive pas à m
aîtriser cette énergie nucléaire? Et le problèm
e que connaît le Japon actuellem
ent est un exemple frappant, on n’arrive pas à m
aîtriser tout le processus de sécurité. Ç
a fait peur et ça met en péril la vie des gens.
Autre question que j’adresse à m
onsieur Gérard Férey concernant les solides poreux.
Nous savons qu’il existe des plâtrâtes, qui piègent un certain nom
bre de composés, m
ais aussi des com
posés inorganiques à tunnels qui piègent des ions hydrogène. Maintenant ce
sont des composés m
ixtes inorganiques organiques. Quelle est la stabilité de ces com
posés vis-à-vis de la tem
pérature et de la pression?
Pr. G
UE
SSOU
S (Faculté des Sciences de Rabat, M
aroc)Je voudrais poser deux questions à m
onsieur Hervé B
ernard sur les matériaux de batteries
au lithium. L
a cathode actuellement utilisée pour la voiture électrique est à base de
LiFePO
4. Je voudrais savoir ce qu’il en est pour le LiM
nPO4 vu qu’il présente une
puissance supérieure de sa tension et est-ce que sa capacité qui faiblit avec le temps est
dû aux changements de structure L
iMnPO
4 ou encore à sa résistivité?
Pour la deuxième question, je voudrais savoir ce qu’il en est des m
atériaux à base de N
aXFePO
4 vu que le lithium, à long term
e, va devenir une denrée rare. Merci.
Pr. C
laude GR
ISCE
LL
I (CST
V)
Je voudrais poser deux question à monsieur G
érard Férey.
La prem
ière question est en continuité avec celle posée par Jean-Pierre Majoral sur les
nano-vecteurs, que vous décrivez et qui sont très intéressants. Donc vous changez beaucoup
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
168
la biodisponibilité d’un produit quand vous prenez l’exemple de l’ibuprofène, il est libéré
en plusieurs heures. Et puis vous avez com
paré la robustesse de ces nano-vecteurs avec la relative fragilité des liposom
es. D’une m
anière générale, on essaie de cibler avec ces nano-vecteurs les cellules que l’on veut toucher, n’est-ce pas. R
éfléchissez-vous à cette question-là qui m
e paraît être intéressante?
La deuxièm
e question a trait aux effets désirés puisque tout médicam
ent en a, fort heureusem
ent, et puis c’est un futur médicam
ent très intéressant qui pourrait être une nouvelle form
e galénique. La robustesse, quand vous parlez des nano-vecteurs n’est-elle
pas un inconvénient possible puisque c’est si robuste, est-ce que, malgré tout, elle est
biodégradable?
Dr. O
thmane SK
IRE
DJ (C
onsultant)M
a question s’adresse à monsieur H
ervé Bernard. N
ous avons rêvé beaucoup de la fusion atom
ique depuis plus de 50 ans avec les fameux projets Tom
ahawk am
éricains parce que nous pensons que, pour l’avenir lointain, c’est la principale source d’énergie. Q
uels sont les progrès qui ont été réalisés dans ce secteur depuis cette date?
Dr. M
ohamed SM
AN
I (Directeur de R
&D
Maroc)
Ma question s’adresse à m
onsieur Michael D
röscher. Vous avez parlé des facteurs de
succès de l’innovation dans le secteur de la chimie, en particulier en A
llemagne, et vous
avez évoqué tout un ensemble de facteurs. Je voudrais savoir, si vous pouvez nous donner
quelques indications spécifiques, particulières, qui font le succès de la relation entre le m
onde de l’industrie et le monde académ
ique en Allem
agne. Merci
Pr. M
ohamed B
EL
AIC
HE
(CSPC
)M
a question s’adresse à monsieur G
érard Férey qui a dit tout-à-l’heure en ce qui concerne la dim
ensionnalité on a 0D ou 3D
, mais on sait qu’il existe des m
olécules hybrides 1D et
2D. Pourquoi ne pas considérer dans le cas des 2D
, par exemple, les couches lam
ellaires et piéger les m
édicaments entre les couches 2D
et comm
e ça vous pouvez faire du largage? M
erci
Dr. M
ichael DR
ÖSC
HE
R (President, G
erman C
hemical Society)
Talking about PhDs and engineers hired by the G
erman industry, out of 1.600 PhD
s about 300 go to the larger com
panies. These com
panies also hire engineers, but for their research they norm
ally hire PhDs, the engineers go to process developm
ent (maybe 300 chem
ists and 100 engineers). N
owadays, it’s not only chem
ists but also biologists, computer
scientists; the group of teams has very m
uch diversified to become interdisciplinary.
Chem
ists also go to other areas, engineering companies and all kinds of industries w
here they need chem
ical knowledge.
Pr. C
laude GR
ISCE
LL
I (CST
V)
Je veux bien donner quelques éléments puisqu’on les a suscités, m
ais je n’ai pas de chiffres à vous donner. Sim
plement, il se trouve que l’on réfléchit à cette question au
niveau du Haut C
onseil de la Science et de la Technologie (France), auquel j’appartiens, et qui est là pour éclairer le Prem
ier ministre français. N
ous réfléchissons justement au
problème des carrières scientifiques de notre pays et on se rend bien com
pte qu’il y a une
169PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
certaine stagnation de la motivation des jeunes pour la science, d’une part, et d’autre part
une relative insuffisance d’offres d’emploi pour des carrières scientifiques dans le secteur
privé en France. Pourtant, on a des grandes écoles et des universités qui ont maintenant
gagné leur autonomie. L
es grandes écoles, peut-être pas dans le domaine de la chim
ie, arrivent à form
er des cadres d’une excellente qualité dont beaucoup se dirigent vers les finances et la com
munication m
ais moins qu’avant vers les carrières scientifiques. D
onc, il se pose un problèm
e et nous somm
es en train de faire une grande enquête, on aura la réponse seulem
ent dans 6 mois.
Dr. M
ichael DR
ÖSC
HE
R (President, G
erman C
hemical Society)
The second question w
as: do we have proofs that this cooperation w
orks? Yes w
e do. I can give you exam
ples; there are institutes that one specialized in catalysis in Rostock that
develops one to three projects each year which are com
mercialized. T
he big companies
work together w
ith research institutes to comm
ercialize basic science. You cannot w
ork alone today; you need partners to develop a m
arketable product.
M. H
ervé BE
RN
AR
D (C
EA
, France)L
a première question qui m
’était adressée concerne les molécules extractantes sur les
phosphates. L’objectif est bien d’extraire l’uranium qui se trouve à peu près dans des
proportions de 170 mg/l dans l’acide phosphorique et de pouvoir l’extraire, en extraire le
maxim
um, la totalité si c’est possible. A
ujourd’hui, le procédé en place qui s’appelle le procédé U
RPH
OS est basé sur le fait que deux m
olécules qui sont en synergie, l’un est un extractant cationique, l’autre est un extractant neutre, conduit à peu près à 10 m
g/l vis-à-vis du résultat final. L
es molécules que j’ai évoquées ont la possibilité de faire m
ieux, qui pourraient n’être utilisées qu’avec une bi-fonctionnalité et qui perm
ettraient donc d’avoir un progrès dans ce sens. Plus clairem
ent, est-ce que cette molécule est au point de passer
au stade industriel? Non, nous som
mes encore au niveau du stade de laboratoire, nous
optimisons et am
éliorons encore.
Concernant le stockage des déchets radioactifs, la question qui m
’avait été posée sur les phosphates, je n’ai pas bien com
pris s’il s’agit de positionner les déchets radioactifs dans les phosphates, c’est bien cela. L
a référence française est bien de positionner les déchets radioactifs haute activité à vie longue dans l’argile qui se trouve dans le sous-sol des départem
ents de l’Est de la France (M
euse et Haute-M
arne). Nous som
mes aujourd’hui
dans le processus de pouvoir, au-delà du laboratoire qui était construit il y a une dizaine d’années, construire réellem
ent le stockage industriel, qui d’après la Loi de 2006 devrait
comm
encer à fonctionner normalem
ent en 2025.
En ce qui concerne la question sur les m
atériaux d’électrodes, le choix sur le LiFePO
4 a bien été fait par com
promis entre les perform
ances, la disponibilité du fer qui est un com
posant important dans l’électrode et de son coût. C
’est à l’intérieur de ce comprom
is que l’on a choisi de développer ce com
posé élaboré. Je ne pourrais malheureusem
ent pas répondre techniquem
ent aux questions que vous avez posées sur les autres matériaux,
mais je vous propose si vous le voulez bien de m
e laisser vos coordonnées, je ferai poser la question à m
es équipes de Grenoble qui sont particulièrem
ent performants dans ces
électrodes et pourront vous apporter, j’en suis sûr, la réponse dans ce domaine.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
170
Concernant la question sur la fusion; la fusion a la particularité de nous faire rêver déjà
depuis au moins 50 ans et on espère pouvoir nous faire rêver encore dans les 50 prochaines
années. Quels sont les progrès? C
’était-là la question. Le réacteur expérim
ental ITE
R qui
est en cours de construction et qui devrait démarrer d’ici à un peu m
oins de 8 ans sur le site proche de C
adarache va bénéficier de l’expérience de deux équipements m
ajeurs qui ont fait leur preuve. L
e premier équipem
ent est la machine T
OR
SUPR
A qui est sur C
adarache et qui a le record m
ondial de durée d’un faisceau plasma. C
e record est modeste, c’est
6 mn de fonctionnem
ent continu, malheureusem
ent, c’était l’objet de la machine, sans
production d’énergie. La deuxièm
e machine dans laquelle on veut capitaliser l’expérience
s’appelle JET
(Joint €pean Torus), situé à C
ulham en A
ngleterre, a le record de production de puissance, donc de fusion et c’est 16 m
égawatts therm
iques qui ont été produits en bilan positif. M
ais JET
n’a été fondé pour fonctionner que 6 secondes. JET
possède le record de puissance et T
OR
SUPR
A celui de la durée, donc IT
ER
doit naturellement faire
les deux. L’objectif pour ITE
R est de 500 m
égawatts therm
iques et une durée de l’ordre de 400 secondes de fonctionnem
ent, et on a de très bons espoirs d’y arriver mêm
e si les défis sont colossaux dans ce dom
aine.
Je voudrais terminer avec la question sur la m
aîtrise de la sécurité nucléaire. Aux travers des
difficultés majeures que connaissent nos am
is japonais, il faut reconnaître que les centrales japonaises ont subi un séism
e que le Japon n’avait jamais connu auparavant en term
es de puissance (8,9 degrés sur l’échelle de R
ichter). Il n’y a eu aucune dégradation de ces centrales, ce qui confirm
e bien qu’en termes de séism
e, comm
e l’avait été en 2006 le grand séism
e qui avait touché Kaw
asaki, nous savons faire et nous savons résister. Là la difficulté
a été le tsunami qui a été consécutif et quasim
ent imm
édiat, nos amis japonais avaient prévu
une digue de 10 m de haut pour tenir un tsunam
i qu’ils avaient estimé être possible, or la
vague a été entre 14 et 17 m. Il faut com
prendre que la longueur de la vague a été de 600 km
, c’est quelque chose qui n’avait pas été imaginée aujourd’hui. D
onc évidemm
ent cette eau a pulvérisé tous les systèm
es de sécurité, qui étaient en parfait fonctionnement, après le
séisme et en particulier les dispositifs qui devaient fonctionner pour faire circuler l’eau pour
le refroidissement des réacteurs. R
ien n’était opérationnel, l’électricité a été normalem
ent coupée m
ais les diesels au plus près des réacteurs devaient démarrer norm
alement.
Aujourd’hui, les japonais sont confrontés à un problèm
e de base qui est de mettre de l’eau
dans des piscines ou dans un réacteur. Il y a une lueur d’espoir depuis ce matin c’est qu’une
partie de l’électricité a pu être remise en service et donc on va pouvoir redém
arrer les systèm
es électriques des réacteurs en fonctionnement et assurer leur refroidissem
ent. C’est
le seul point à régler dans l’imm
édiat. C’est des actions qui se prennent à l’échelle des
millénaires. E
n France, on prend en compte des séism
es qui ont eu lieu dans le paléolithique pour dim
ensionner nos centrales nucléaires. J’étais directeur de Cadarache, nous prenions
en compte des séism
es de magnitude 7 sur l’échelle de R
ichter, alors que nous savions que le plus fort séism
e qui a lieu durant le millénaire précédent n’était que de 5 degrés.
Pr. G
érard FE
RE
Y (M
embre de l’A
cadémie des Sciences, France)
D’abord, m
erci de votre intérêt. Je voudrais hiérarchiser les questions et essayer de ne pas y répondre dans l’ordre dans lequel elles ont été posées.
Je comm
encerai par le plus simple. V
ous m’avez parlé de la stabilité en tem
pérature et en pression de m
es produits. Ils sont tous stables à des températures supérieures à 350°C
et ça peut atteindre dans certains com
posés d’aluminium
600°C, m
ais c’est exceptionnel.
171PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
Basons-nous sur une valeur m
oyenne de 350°C, nous serons sérieux. E
n pression, aucun problèm
e, on atteint mêm
e des pressions de 100 atmosphères sans dégradation aucune.
Par contre il y a une stabilité infiniment plus im
portante que la stabilité en température
et en pression à partir du mom
ent où l’on veut des applications industrielles, c’est la stabilité à l’hum
idité et c’est sûrement un des deux critères les plus im
portants pour un industriel. O
n peut avoir des poreux absolument extraordinaire en term
es de dimension
et en termes de géom
étrie qui seront d’une stabilité infligente en termes d’application.
J’en vois beaucoup d’exemples qui viennent de la littérature am
éricaine qui vantent des perform
ances absolument exceptionnelles en term
es de géométrie. L
a performance
académique est une chose, l’utilité industrielle en est une autre et j’essaie dans m
es produits de com
biner les deux. Ce qui m
’importe c’est la stabilité à l’hum
idité et nous essayons de l’avoir dans l’eau bouillante pendant 6 m
ois.
Le deuxièm
e point concerne les matériaux qui ne seraient pas tridim
ensionnels, vous avez raison. L
a taille de mon équipe est de 10 personnes et nous avons focalisé nos
efforts sur les 3D. H
istoriquement, c’est la fam
ille la plus utilisée depuis le 18ème siècle.
Bien sûr il y a eu le cas des argiles et des L
DH
qui continuent d’avoir de la gloire. Il est beaucoup plus difficile d’obtenir des com
posés type argile que des composés 3D
et donc pour des raisons d’efficacité nous nous som
mes focalisés sur les com
posés 3D. V
otre idée est excellente m
ais je n’ai pas de réponse pertinente et argumentée, j’en suis désolé.
J’en arrive maintenant à tout ce qui concerne les effets biologiques. A
u risque de vous décevoir, c’est un thèm
e extrêmem
ent récent d’une part, ce à quoi nous nous somm
es intéressés au départ c’était à la perform
ance, est-ce que nos produits étaient susceptibles com
pte tenu de leur géométrie d’accueillir des m
édicaments et surtout à cause des fenêtres
de cages qu’on utilise. Donc c’est un point de vue de chim
iste des solides qui essaie de tester son m
atériau dans un domaine qui lui était étranger. C
’était durant la période 2006-2008, 2006 pour les rigides et 2008 pour les flexibles. A
partir du mom
ent où l’on com
mence à parler efficacité ça veut dire qu’on travaille avec des spécialistes. L
e travail avec l’ibuprofène a fait l’objet d’une collaboration qui s’est développée à partir de 2008 avec tout ce que ça com
porte comm
e travail à la fois des chercheurs et notre première
publication ne date que de 2010. Vous com
prendrez donc que toutes les questions pertinentes, pour les spécialistes que vous êtes, je ne peux pas y apporter de réponse parce que nous n’avons pas suffisam
ment de recul. L
es questions se posent effectivement
et c’est surtout des questions du devenir à des degrés de compétence divers. Je suis désolé
de vous décevoir, mais par contre ravi de votre intérêt.
Pr. Jean-Jacques B
ON
NE
T (M
odérateur)Il ne nous reste plus qu’à rem
ercier nos trois conférenciers et faire une pause avant de reprendre les travaux de notre séance.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
172
Pr. Jean-Jacques B
ON
NE
T (M
odérateur)N
ous allons reprendre notre session avec cette deuxième partie consacrée aux exem
ples m
arocains. Le prem
ier orateur monsieur L
ahlou Mim
i Khalid a eu un petit incident hier.
Sa conférence est donc annulée. Nous allons com
mencer par celle du D
r. Moham
ed Sm
ani, le Directeur de l’A
ssociation R&
D M
aroc. Le titre de sa conférence s’intitule
«Recherche académ
ique et monde industriel».
173PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
CH
IMIE
ET
PAR
AC
HIM
IE A
U M
AR
OC
:F
ILIÈ
RE
S ÉC
ON
OM
IQU
ES E
T P
OT
EN
TIE
L
SCIE
NT
IFIQ
UE
ET
TE
CH
NO
LO
GIQ
UE
Dr. M
ohamed SM
AN
I
Directeur de R
&D
Maroc, M
aroc
Résum
é :L
e secteur de l’Industrie chimique et para chim
ique couvre un très large domaine
d’activités que l’on regroupe comm
unément en six sous-secteurs :
L’industrie pharmaceutique qui englobe la fabrication des produits pharm
aceutiques de base et les m
édicaments;
L’industrie des savons, parfums et produits d’entretiens;
L’industrie chimique m
inérale (gaz industriels, colorants et pigments, produits
azotés, engrais et autres produits chimiques inorganiques de base);
L’industrie chimique organique qui couvre les produits chim
iques organiques de base, les m
atières plastiques de base, le caoutchouc synthétique;L
a parachimie qui couvre les produits agrochim
iques, les peintures et vernis, les explosifs, colles, gélatines, huiles essentielles et produits chim
iques à usage industriels;L
a fabrication de fibres artificielles ou synthétiques.
En 2008, le m
arché mondial de la chim
ie était estimé à 2 400 M
M U
S$, la région Asie
Pacifique occupant le premier rang avec 38,7%
, suivie de l’Europe avec 32,5%
et les A
mériques avec 26,9%
. Le nom
bre d’emplois offerts par cette industrie est estim
é à 7 m
illions de salariés.
Le secteur des industries chim
iques au Maroc a réalisé un chiffre d’affaires de 57,5
Milliards de D
H en 2008. L
a part des exportations du secteur a atteint 26,9 MM
DH
. L
e nombre d’entreprises recensées atteint 244 dont 70 %
sont des PME
/PMI.
L’industrie chimique m
arocaine a connu un important développem
ent depuis ces dernières années. Son chiffre d’affaires a connu durant les cinq dernières années un taux de croissance entre 4,5%
(2006) et 51,5% (en 2008). L
es exportations ont connu pour les mêm
es années, des taux de croissance de 4,5%
et de 78,5 %, atteignant 26,8 M
M D
H en 2008. C
es taux de croissance ont été fortem
ent impactés par l’industrie chim
ique phosphatière.
1.2.3.4.5.6.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
174Ces entreprises ont offert 23.280 em
plois en 2008.
La typologie des 244 entreprises du secteur varie en fonction du sous-secteur d’activité :
La chim
ie de base compte une cinquantaine d’entreprises dont 54%
sont de grandes entreprises;L’A
grochimie ne com
pte que cinq entreprises au total dont trois sont de grandes entreprises;C
inq grandes entreprises sont leaders dans le secteur de la peinture et vernis pour un total de 50 entreprises, soit 90%
de PME
/PMI;
De grandes entreprises dom
inent le secteur de la pharmacie et la cosm
étique (61%).
Dix entreprises leaders ont un chiffre d’affaires com
pris entre 0,3 MM
DH
et 1,282 M
M D
H. L
e CA
du secteur est de près de 10 MM
DH
. Cette industrie couvre
80% du m
arché national et exporte près de 10% de sa production vers des pays
d’Afrique et du M
oyen Orient, ainsi que vers des pays européens. L
a valeur totale des im
portations marocaines de m
édicaments s’élève à 2,745 M
M D
H durant les
cinq dernières années (en 2009).
Les entreprises du secteur de la chim
ie sont essentiellement localisées dans la région
du grand Casablanca.
L’industrie chimique m
arocaine dispose d’atouts et d’un énorme potentiel de croissance
compte tenu des nouvelles opportunités offertes par le m
arché international et le développem
ent attendu du marché local.
Ainsi, l’industrie pharm
aceutique devra accompagner la politique m
arocaine de la Santé Publique consistant notam
ment dans :
la généralisation de la couverture maladie et donc l’élargissem
ent du marché local.
l’encouragement à l’utilisation des génériques. L’am
bition est de porter la part de ces derniers de 25 à70%
de la consomm
ation. Les laboratoires devront notam
ment engager
des activités de recherche galéniques pour mettre en form
e ces produits. L’externalisation de cette recherche galénique est une tendance lourde de l’industrie pharm
aceutique m
ondiale. Les facultés de pharm
acie et de sciences au Maroc ont là une opportunité pour
mettre leurs com
pétences à la disposition des laboratoires pharmaceutiques m
arocains pour cette recherche galénique et construire des coopérations sur la base de projets parfaitem
ent bien définis.
Les E
njeux de l’industrie chimique m
arocaine sont nombreux.
C’est un secteur très hétérogène qui regroupe des activités, du savoir-faire et des m
archés finaux très différents. C
ette industrie est condamnée à investir dans l’innovation pour assurer le
développement de ses produits, am
éliorer la compétitivité et la productivité de ses opérations et
faire face à une réglementation de plus en plus com
plexe (RE
AC
H par exem
ple) .
Le M
aroc dispose d’un potentiel scientifique et technologique important dans les dom
aines de la chim
ie et les secteurs connexes : enseignants chercheurs, laboratoires, plates-formes
technologiques, centres techniques, réseaux thématiques et pôles de com
pétences…).
Le rapprochem
ent de cette industrie avec ces acteurs pourrait contribuer à relever les défis auxquels elle devra faire face.
••••••
175PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
I. Introduction :
I.1. Les activités de la branche concernée
Cette présentation s’intéresse essentiellem
ent aux activités liées à la branche des industries chim
iques et para chimiques, branche que l’on regroupe com
muném
ent dans les sous-secteurs :
L’industrie chimique m
inérale ou chimie de base (gaz industriels, colorants et
pigments, produits azotés, engrais et autres produits chim
iques inorganiques de base)L
a parachim
ie qui
couvre les
produits agrochim
iques (essentiellem
ent les
phytosanitaires, fongicides, insecticides, pesticides, herbicides) les peintures et vernis, les explosifs, colles, gélatines, huiles essentielles et produits chim
iques à usage industrielsL’industrie pharm
aceutique qui englobe la fabrication des produits pharmaceutiques
de base et les médicam
ents L’industrie des savons, parfum
s et produits d’entretiensL’industrie chim
ique organique qui couvre les produits chimiques organiques de
base, les matières plastiques de base, le caoutchouc synthétique
I.2. Aperçu sur le m
arché mondial de la chim
ie
En 2008, le m
arché mondial de la chim
ie était estimé à 2.400 M
illiards de US$. Sa
répartition géographique se présente comm
e suit :
• Asie - P
acifique : 38,7%C
hine : 17,3% (6,5 %
en 2003)Japon : 7%
(11 % en 2003)
Corée : 3,2 %
Taiwan : 2,4 %
Inde : 2,3 %
• Europe : 32,5 %
Allem
agne : 7,1 %
France : 4,4 %R
oyaume U
ni : 3,5 %
Italie : 3 %
• Am
ériques : 26,9 %
USA
: 17,8 % (25,2 %
en 2003)C
anada : 3,1%
• Autres : 1,9 %
L’Asie est, depuis 2005, la prem
ière région mondiale de production chim
ique. Elle a
connu une augmentation annuelle m
oyenne de 17% au cours de la période 2004/2008. D
e nouvelles capacités de production ont été installées notam
ment au M
oyen-Orient, faisant
de ce dernier un acteur important de la pétrochim
ie mondiale.
Le nom
bre d’emplois offerts par cette industrie est estim
é à 7 millions de salariés.
Les entreprises leaders sont classées selon l’im
portance de leur chiffre d’affaires.
•••••
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
176
Dans le dom
aine de la pharmacie :
L’évolution du CA
des 10 premières entreprises pharm
aceutiques en 2009 et 2010 montre
clairement l’im
pact de la crise économique m
ondiale sur cette industrie :
20092010
Evolution
Pfizer : 75 Milliards U
S§ - USA
Merck &
Co : 47 M
illiards US § - U
SA
La R
oche : 43 Milliards U
S § - Suisse
Novartis : 41 M
illiards US § - Suisse
Sanofi Aventis : 35 M
illiards US § - France
GlaxoSm
ithKline : 33 M
illiards US § - G
B
Astra Z
eneca : 32 Milliards U
S § - GB
Abbot : 29 M
illiards US § - U
SA
Johnson & J : 25 M
illiards US § - U
SA
Bristol M
yers S : 20 Milliards U
S § - USA
Pfizer : 50
La R
oche : 45,8
Novartis : 44,2
Merck &
co : 42,9
Sanofi-aventis : 39
Glaxo Sm
ith Kline: 35,9
Astra Z
eneca : 32,8,
Johnson&Johnson: 22,5
Eli L
illy : 21,8
Bristol M
yers Squibb: 18, 8.
- 25 MM
+ 2,8
+ 3,2
- 4,9
+ 4
+ 3,9
+ 0,8
- 2,5
+- 1,2
Dans le dom
aine de la chimie :
1. B
ASF A
llemagne
2. D
ow C
hemical U
SA3.
Bayer A
llemagne
4. SA
BIC
Arabie Saoudite
5. D
upont USA
II. Le potentiel économ
ique de l’industrie chimique m
arocaine
L’industrie chimique m
arocaine a connu un important développem
ent. Son chiffre d’affaires a connu durant les cinq dernières années un taux de croissance qui a fluctué de 4,5%
(2006) à 51,5% (en 2008), avec un C
A de 57,4 M
illiards de DH
. En 2008. L
es exportations ont connu pour les m
êmes années, des taux de croissance qui ont fluctué de
4,7% à 78,5 %
, atteignant 26,8 Milliards de D
H en 2008. C
es taux de croissance ont été fortem
ent impactés par les réalisations de l’industrie chim
ique phosphatière.
II.1. Evolution du C
hiffre d’Affaires et de l’export de l’industrie chim
ique
Année
Chiffre d’affaires
Export
2003/200227,2/24,7 =
110%7,9/8,2=
96%
2004/200328,9/27,2=
106%9,4/7,9 =
119%
2005/200431,2/28,9=
108%10,5/9,4=
111,7%
2006/200532,6/31,2 =
104,5%11,6/10,5=
104,7%
2007/200637,9/32,6 =
116%15/11,6=
129%
2008/200757,4/ 37,9 =
151,5 %26,8/15=
178,5%
177PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
En dehors des industries chim
iques liées à la production des acides phosphoriques et des engrais, destinés essentiellem
ent à l’export, 90% environ de la production de ce secteur
est destinée à satisfaire les besoins du marché local : agriculture, agro-industrie, bâtim
ent, santé, textile, …
etc.
II.2. Principales grandeurs par sous branches d’activités
(en millions de D
H, année 2008)
Le nom
bre d’entreprises recensées atteint 244 dont 70% sont des PM
E/PM
I. Ces
entreprises ont offert 23 280 emplois en 2008. L
es données économiques relatives à
chacune des sous branches sont données ci-après :
Sous brancheE
ntreprisesE
xportationP
roductionInvest
Valeur A
Chim
ie de base48
25 67340 219
19756 591
Agrochim
ie 5
0107
360
Peintures54
2263080
119780
Pharmacie
38416
6337404
3 200
Savons 57
4884453
961 338
Autres
4066
88349
252
Fibres 2
1920
813
TO
TA
L244
26 88855 099
2 65414 240
II.3. Place des industries chim
iques dans le secteur industriel national
ProductionTotal des industriesD
ont ICP
315 25855 099
18%
Valeur ajoutée
Total des industriesD
ont ICP
77 50714 249
19%
Investissement
Total des industriesD
ont ICP
24 8082654
11%
Em
ploisTotal des industriesD
ont ICP
501 42923 600
5%
Exportations
Total des industriesD
ont ICP
85 21626 888
32%
Nom
bre d’entreprises Total des industriesD
ont ICP
7841244
4%
II.4. Typologie des entreprises du secteur :
La typologie des 244 entreprises du secteur varie en fonction du sous-secteur d’activité :
La chim
ie de base compte une cinquantaine d’entreprises dont 54%
sont de grandes entreprises. L
es douze premières entreprises du groupe ont réalisé un chiffre d’affaires
compris entre 0,195 M
M D
H et 24 M
M D
H :
1.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
178
Groupe O
CP
SEV
AM
SNE
PA
ir Liquide
CH
AR
AF
Cct Plast
FER
TIM
AC
PCM
PLA
STIM
AM
aghreb Oxygène
CA
DE
XSC
E
Les principaux produits sont bien entendu :
• l’ensem
ble des
productions du
secteur de
la chim
ie du
Groupe
OC
P, à
savoir : acides phosphoriques, sulfurique et engrais destinés essentiellement à
l’exportation •
les productions de la SNE
P qui couvrent 60% de la dem
ande du marché pour le
PVC
et les compounds et qui produit égalem
ent le chlore et la soude•
les gaz industriels par Maghreb O
xygène et Air L
iquide.
Quatre
entreprises de
ce sous-secteur
sont cotées
en bourse
: SN
EP,
FER
TIM
A,
MA
GH
RE
B O
XY
GE
NE
et SCE
.
L’Agrochim
ie ne compte que cinq entreprises au total dont trois sont de grandes
entreprises. Ces entreprises fournissent le m
arché local en produits phytosanitaires (fongicides, insecticides, herbicides et pesticides). L
es principales entreprises sont PR
OM
AG
RI, Syngenta M
aroc, Marbar C
himie
Peintures et vernis : cinq grandes entreprises sont leaders dans le secteur de la peinture et vernis pour un total de 50 entreprises, soit 90%
de PME
/PMI. L
es principales entreprises sont B
HF-A
TL
AS, C
olorado, AK
ZO
Nobel, D
ISTR
AL
, FAC
OP, PR
OD
EC
, A
rcol, Chim
icolor. Ce secteur connaît une progression im
portante (Plus de 4% par an)
due à l’essor de l’imm
obilier qui absorbe 80% de la production du secteur. M
oins de dix entreprises détiennent 90%
du marché. C
e secteur a encore un potentiel important
de développement au M
aroc, la consomm
ation de peinture par habitant étant à peine de 3K
g/an quand elle dépasse les 8Kg/an en T
unisie.
Une seule entreprise est cotée en bourse : C
OL
OR
AD
O
Savons, parfums et produits d’entretien : L
es PME
/PMI dom
inent le secteur qui ne com
pte que cinq grandes entreprises sur un total de 59. Les leaders du m
arché sont : Procter &
Gam
ble, Unilevers, C
olgate, Distra et Johnson &
Johnson.
Pharmacie et cosm
étiques : Forte de plus d’un demi-siècle d’existence, l’industrie
pharmaceutique constitue un secteur im
portant de l’économie nationale. D
e grandes entreprises dom
inent le secteur de la pharmacie et la cosm
étique (61%). D
ix entreprises leaders ont un chiffre d’affaires com
pris entre 0,300 Milliards D
H et 1,282 M
M D
H.
Le C
A du secteur est de prés de 10 M
M D
H.
2.3.4.5.
179PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
Cooper M
arocSté Pharm
aceutique de Répartition
LA
PRO
PHA
NPH
AR
MA
5
SAN
OFI A
VE
NT
ISU
nion Générale Pharm
aceutique
MA
PHA
RB
OT
TU
SOT
HE
MA
Loreal M
aroc
Deux entreprises du secteur sont introduites en bourse : (Sothem
a et Promopharm
).
Cette industrie couvre 80%
du marché national et exporte prés de 10%
de sa production vers des pays d’A
frique et du Moyen O
rient., ainsi que vers des pays européens. La valeur totale
des importations m
arocaines de médicam
ents s’élève à 2,745 Milliards de D
H en 2009.
Le m
arché marocain du m
édicament représentait en 2009 près de 0,13%
du marché
mondial (A
lgérie 0,2%) m
arché estimé 837 m
illiards de dollars en 2009. La consom
mation
de médicam
ents au Maroc reste très faible et ne dépasse pas 400 D
H/an et par habitant
(1 600 DH
/an pour l’Algérie et 3 000 D
H/habitant en France).
La consom
mation de génériques au M
aroc ne représente que 20%.
Autres produits chim
iques
Cette catégorie com
prend une quarantaine d’entreprises:les produits chim
iques agro-alimentaires, colorants alim
entaires, piment m
oulu, tom
ate, essences et poudres;les huiles essentielles;les produits chim
iques destinés au textile (encollage, prétraitement, azurants,
teintures, impression).
Ces entreprises sont toutes classées dans la catégorie des P
ME
. Les entreprises du secteur
de la chimie sont essentiellem
ent localisées dans la région du grand Casablanca.
II.5. Les échanges extérieurs :
Les produits pris en considération sont couverts par la nom
enclature internationale utilisée par la D
irection des Douanes et l’O
ffice des Changes : Systèm
e Harm
onisé S
nomenclature
désignation
27H
uiles combustibles, m
inéraux bitumeux
28Produits chim
iques inorganiques
29Produits chim
iques organiques
30Produits pharm
aceutiques
31E
ngrais
32Tannins, m
atières colorantes et peintures
33H
uiles essentielles et produits de parfumerie
34Savons, cires et bougies
35M
atières albuminoïdes, colles
6.
•••
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
180
36Poudres
37Produits photographiques
38Produits divers des industries chim
iques
39M
atières plastiques
40C
aoutchouc
II.5. 1. Evolution des im
portations par produits
Les P
roduits chimiques inorganiques
Nom
bre de produits286
Valeur totale
2 119 417 746
20 produits 1 670 874 163
78,84%
Principaux produits :
AM
MO
NIA
C A
NH
YD
RE
732 158 743
TR
IPHO
SPHA
TE
DE
SOD
IUM
175 412 381
NIT
RA
TE
S DE
POTA
SSIUM
A U
SAG
E D
’EN
GR
AIS
127 323 609
CA
RB
ON
AT
ES D
E D
ISOD
IUM
DE
NSE
S EN
GR
AN
UL
ES
63 397 817
AU
TR
ES PH
OSPH
AT
ES D
E C
AL
CIU
M
61 278 376
CA
RB
ON
AT
ES D
E C
AL
CIU
M
57 420 382
SUL
FAT
ES D
E D
ISOD
IUM
55 857 592
SOU
DE
CA
UST
IQU
E E
N SO
LU
TIO
N A
QU
EU
SE
40 497 065
AU
TR
ES C
AR
BO
NA
TE
S DE
DISO
DIU
M
40 389 192
OX
YD
ES D
E FE
R
36 399 564
HY
DR
OX
YD
E D
’AL
UM
IMIU
M
35 563 541
NIT
RA
TE
DE
CA
LC
IUM
, TE
NE
UR
AZ
OT
E < 16%
, SAU
F TAB
LE
TT
E, PA
STIL
LE
32 501 301
AC
IDE
SUL
FUR
IQU
E C
OM
ME
RC
IAL
31 878 342
AU
TR
ES PO
LYPH
OSPH
AT
ES
31 723 580
Pays d’origine des trois principaux produits
- AM
MO
NIA
C A
NH
YD
RE
:
Ukraine et T
rinidad- T
RIPH
OSPH
AT
E D
E SO
DIU
M :
Espagne et T
unisie- N
ITR
AT
ES D
E PO
TASSIU
M A
USA
GE
D’E
NG
RA
IS : France et C
hili
Produits chim
iques organiques
Nom
bre de produits468
Valeur totale
3 126 474 328
181PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
Principaux produits :
ISOC
YA
NA
TE
S 324 596 359
ET
HY
LE
NE
NO
N SA
TU
RE
195 776 710
AU
TR
ES A
NT
IBIO
TIQ
UE
S 186 006 133
HY
DR
OC
AR
BU
RE
S AC
YC
LIQ
UE
S SAT
UR
ES PR
AU
TR
ES U
SAG
ES
114 324 843
AU
TR
ES C
OM
POSE
S HE
TE
RO
CY
CL
IQU
ES
97 113 216
ME
TH
ION
INE
92 611 045
AU
TR
ES C
OM
POSE
S HE
TE
RO
CY
CL
IQU
ES À
HE
TE
RO
AT
OM
E D
’AZ
OT
E
87 249 207
TO
LU
EN
E PO
UR
USA
GE
S DIV
ER
S 71 199 857
AU
TR
ES C
OM
POSE
S A C
YC
LE
PYR
IMID
INE
OU
PIPER
AZ
INE
67 965 965
AU
TR
ES C
OM
POSE
S PYR
IDIN
ES
66 927 343
AC
ETA
TE
DE
VIN
YL
E
66 850 370
PEN
ICIL
LIN
ES E
T L
EU
RS D
ER
IVE
S 63 434 183
AU
TR
ES C
OM
POSE
S HE
TE
RO
CY
CL
IQU
ES À
HE
TE
RO
ATO
ME
(S) D’O
XY
GE
NE
53 099 919
Pays d’origine des quatre principaux produits
- ISOC
YA
NA
TE
S :
Allem
agne, Hongrie et C
orée du Sud- E
TH
YL
EN
E N
ON
SAT
UR
E : L
ibye, Portugal - A
UT
RE
S AN
TIB
IOT
IQU
ES : G
rande Bretagne, France, C
hine - H
YD
RO
CA
RB
UR
ES A
CY
CL
IQU
ES SA
TU
RE
S: Espagne, Portugal
Produits pharm
aceutiques
Nom
bre de produits104
Valeur totale
3 777 624 930
Principaux produits :
AU
TR
ES M
ED
ICA
ME
NT
S SF DE
S PRO
DU
ITS 30-02,30-05,30-06
713 643 745
AU
TR
ES M
ED
ICA
ME
NT
S SF NG
P-AD
II 349 611 943
AU
TRES C
ON
STITUA
NTS D
U SA
NG
CO
ND
ITION
NES PO
UR
VEN
TE AU
DETA
IL
341 604 044
VA
CC
INS PO
UR
LA
ME
DE
CIN
E H
UM
AIN
E
302 203 788
AU
TR
ES A
NT
IMIT
OT
IQU
ES C
ON
DIT
ION
NE
ES PO
UR
LA
VE
NT
E A
U D
ETA
IL
255 527 468
AU
TR
ES M
ED
ICA
ME
NT
S EN
AM
POU
LE
S-SER
ING
ES PR
ER
EM
PLIE
S 231 246 299
ME
DIC
AM
EN
T, INSU
LIN
E H
UM
AIN
E B
IOSY
NT
HE
TIQ
UE
, SAN
S A
NT
IBIO
TIQ
UE
98 120 723
AU
TR
ES M
ED
ICA
ME
NT
S EN
AE
RO
SOL
S CA
PSUL
ES PR
VE
NT
E A
U
DE
TAIL
92 552 226
AU
TR
E M
ED
ICA
ME
NT
SF DU
30.02, 30.05, 30.06 TE
L Q
UE
L’AB
CIX
IMA
B78 539 799
AU
TR
ES V
AC
CIN
S POU
R L
A M
ED
EC
INE
VE
TE
RIN
AIR
E
78 297 474
AU
TR
ES PR
EPA
RA
TIO
NS C
ON
TR
AC
EPT
IVE
S A B
ASE
D’H
OR
MO
NE
S 66 198 276
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
182
AU
TR
ES M
ED
ICA
ME
NT
S CO
NT
EN
AN
T D
’AU
TR
ES A
NT
IBIO
TIQ
UE
S 59 642 300
AU
TR
ES A
NE
STH
ESIQ
UE
S SAU
F MO
RPH
INIQ
UE
S PR L
A V
EN
TE
AU
DE
TAIL
54 637 230
BE
TAM
ET
HA
ZO
NE
, TR
IAM
CIN
OL
ON
E A
UX
HO
RM
ON
ES
CO
RT
ICO
SUR
RE
NA
LE
S 53 803 941
ME
DIC
AM
EN
TS C
ON
TE
NA
NT
D’A
UT
RE
S AN
TIB
IOT
IQU
ES PR
V
ET
ER
INA
IRE
S52 953 666
ME
DIC
AM
EN
TS E
N M
ICR
OG
RA
NU
LE
S SF CE
UX
30-02,30-05 OU
30-06 51 765 002
AU
TR
ES M
ED
ICA
ME
NT
S LYO
PHIL
ISES SF PR
OD
UIT
S 30-02,30-05,3006 49 971 322
AU
TR
ES M
ED
ICA
ME
NT
S AU
X H
OR
MO
NE
S CO
RT
ICO
SUR
RE
NA
LE
S 46 650 571
ME
DIC
AM
EN
T C
ON
DIT
ION
NE
POU
R V
EN
TE
AU
DE
TAIL
...CF N
GP-A
DII
42 810 923
FER
ME
NT
S LA
CT
IQU
ES
42 722 593
Pays d’origine des six groupes de principaux produits- France, A
llemagne, E
spagne, Suisse, Italie, Danem
ark, USA
, Canada
Engrais
Nom
bre de produits40
Valeur totale
1 281 335 498
Principaux produits :
NIT
RA
TE
D’A
MM
ON
IUM
ME
ME
EN
SOL
UT
ION
AQ
UE
USE
518 230 768
UR
EE
A D
IVE
RSE
S TE
NE
UR
S EN
AZ
OT
E
198 649 488
SUL
FAT
ES D
E PO
TASSIU
M T
EN
EU
R E
N K
20 DE
52% O
U M
OIN
S 190 851 872
EN
GR
AIS M
INE
RA
UX
AV
EC
AZ
OT
E, PH
OSPH
OR
E E
T PO
TASSIU
M
59 454 580
DIH
YD
RO
GE
NO
OR
TH
OPH
OSPH
AT
E D
’AM
MO
NIU
M (PH
OSPH
AT
E
MO
NO
AM
MO
NIQ
UE
50 390 033
SUL
FAT
ES D
’AM
MO
NIU
M
49 530 018
AU
TR
ES A
NG
RA
IS NA
TU
RE
LS
29 122 614
AU
TR
ES E
NG
RA
IS D’U
NE
TE
NE
UR
EN
AZ
OT
E IN
FER
IEU
RE
A 10%
POID
S 28 722 047
EN
GR
AIS M
INE
RA
L OU
CH
IMIQ
UE
CO
NT
EN
AN
T PHO
SPHO
RE
ET PO
TASSIU
M16 046 299
AU
TR
ES E
NG
RA
IS MIN
ER
AU
X O
U C
HIM
IQU
ES PH
OSPH
AT
ES
15 857 201
EN
GR
AIS C
ON
TE
NA
NT
AZ
OT
E, PH
OSPH
OR
E E
T PO
TASSIU
M
15 293 661
UR
EE
, TE
NE
UR
EN
AZ
OT
E SU
PER
IEU
RE
A 45%
SF SOU
S FOR
ME
GR
AN
UL
EE
15 094 577
AU
TR
ES E
NG
RA
IS MIN
ER
AU
X O
U C
HIM
IQU
ES A
ZO
TE
S 15 088 228
Pays d’origine des trois principaux produits
- Russie, France, U
kraine, Libye, Italie, U
EB
L
183PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
II.5. 2. Evolution des exportations par produits
Les P
roduits chimiques inorganiques
Nom
bre de produit : 52 Valeur totale : 8 201 385 397 D
H
Principaux produits :
• AC
IDE
PH
OS
PH
OR
IQU
E
• OX
YD
E D
E Z
INC
• A
NH
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DE
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OB
ALT
Un seul produit, l’acide phosphorique représente 98,06%
: V
aleur : 8 042 444 286 DH
Poids : 1 906 901 547
Pays destinataires : - Inde, Pakistan, H
ollande, UE
BL
, Turquie, Italie et E
spagne
Les P
roduits chimiques inorganiques
Nom
bre de produits39
Valeur totale
114 799 960 DH
Les 10 principaux produits totalisent 114 222 276 D
H, soit :
RU
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IVE
S
Pays destinataires : France, A
llemagne, Sénégal, T
unisie, Egypte, Pologne, Suisse, M
ali, Congo
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
184Produits pharm
aceutiques
Nom
bre de produits40
Valeur totale
434 216 666 DH
Les 10 principaux produits totalisent : 397 821 938 D
H
AU
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ES M
ED
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DU
ITS 30-02,30-05,30-06
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Pays destinataires : - France, Sénégal, T
unisie, Algérie, G
abon
Engrais
Nom
bre de produits18
Valeur totale
5 632 608 609 DH
Les trois principaux produits représentent : 5 576 841 769, soit
HY
DR
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ES
Pays destinataires : Chine, E
spagne, Brésil, France, A
rgentine.
III. Le potentiel scientifique et technologique
Les activités de recherche et d’innovation relatives au secteur des industries chim
iques et para chim
iques sont menées essentiellem
ent dans les établissements universitaires, les
centres de recherche publiques et dans une moindre m
esure dans les entreprises
III.1. La R
echerche industrielle :
Les enquêtes réalisées par R
&D
Maroc m
ontrent que peu d’entreprises de la chimie et
parachimie conduisent des activités d’innovation de façon continue.
185PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
5,7% de ces entreprises déclarent avoir des activités de veille :
3,5% ont des activités de R
&D
/I. Les budgets consacrés par ces entreprises se répartissent
comm
e suit :• 0 – 100 000 DH
: 1,4%• 100 000 – 1 000 000 D
H : 1,5 %
• Plus de 1 000 000 DH
: 0,6%
Ces entreprises déclarent produire ou exploiter ou avoir des activités de veille dans le
domaine des brevets. L
a relation de ces entreprises avec les universités et centres de recherche restent faible puisqu’en term
e de sous-traitance et de partenariat, elles ne sont que :
• 0,4% à avoir des relations avec les laboratoires nationaux,
• 0,4% à avoir des relations avec les laboratoires à l’étranger,
• 2,3% à avoir des relations avec leurs fournisseurs.
III. 2. Recherche publique
La recherche publique est essentiellem
ent menée dans les U
niversités et les Grandes
Ecoles. C
es derniers assurent, à travers plus d’une centaine de filières en rapport avec les m
étiers de la chimie, la form
ation des cadres nécessaires à cette industrie.
Nous devons cependant relever l’absence dans le paysage universitaire m
arocain d’un établissem
ent axé sur la formation du profil de ‘’ingénieur chim
iste’’
Le potentiel de chercheurs dans les secteurs de la chim
ie, chimie physique, chim
ie biologie et génie chim
ique s’élève à 1 300 environ (Enseignants chercheurs : 972 et doctorants 328).
Ces chercheurs sont de plus en plus organisés en équipes, laboratoires et centres de
recherche, et en pôles de compétences.
Ces structures sont nécessaires pour asseoir un socle et un réseau de recherche et d’expertise
avec lesquelles les entreprises pourraient établir des relations pour le développement de
leurs projets d’innovation.
• Les E
quipes, laboratoires et centres de recherche
Une équipe de recherche est constitué par au m
oins trois chercheursU
n laboratoire de recherche comporte au m
oins trois équipes de recherche ou plus de 9 chercheurs)U
n centre de recherche est le regroupement d’équipes et de laboratoires)
U
ne démarche d’accréditation de ces structures a été m
ise en place. A ce jour, près de 450
structures de recherche universitaires ont été accréditées.
• L
es pôles de compétences
Les pôles de com
pétences regroupent des chercheurs au niveau national dans le cadre d’un réseau structuré autour d’un thèm
e fédérateur identifié et approuvé par les mem
bres du pole. D
ix-huit pôles de compétences ont été accrédités pour une durée de trois dont cinq
---
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
186
ont des activités qui relèvent du domaine de la chim
ie, des matériaux, environnem
ent, plantes arom
atiques et médicinales et la pharm
aco chimie.
Réseau national de physico chim
ie RE
MA
T : il regroupe 13 laboratoires, 165
chercheurs et 136 doctorantsPôle de com
pétence Eau et E
nvironnement : une dizaine de laboratoire et près de
100 enseignants chercheursPôle
de com
pétences électrochim
ie, corrosion
et chim
ie analytique
: U
ne cinquantaine de chercheurs et une dizaine de laboratoirePôle de com
pétence pharmaco chim
ie : 8 laboratoires et 80 Enseignants chercheurs.
Réseau m
arocain des plantes aromatiques et m
édicinales.
Ces pôles de com
pétences ont et de nombreuses publications relatives au projet fédérateur.
III. 3. La production scientifique et technologique
• Publications scientifiques :
Le nom
bre de publications sciatiques dans les disciplines de la chimie s’élève à 849 (base
de données ISI - web of know
ledge) pour les années 2007, 2008 et 2009 ;C
es publications se répartissent comm
e suit :C
himie physique : 122
Chim
ie organique : 105Sciences des m
atériaux : 103Sciences de l’environnem
ent : 62C
ristallographie : 86G
éochimie : 49
Chim
ie appliquée : 31
• L
es thèses :
L’IMIST
tient à jour un catalogue national des thèses qu’elle alimente et com
plète au fur et à m
esure de la réception des informations par les universités. U
ne recherche sur cette base de données perm
et de relever la répartition des disciplines et filières économiques
couvertes par les thèses enregistrées à ce jour :
Disciplines scientifiques :
Chim
ie physique :
1007C
himie organique
: 739
Chim
ie analytique :
565C
himie m
inérale
: 528
Génie des procédés
: 399
Sciences des matériaux
: 361
Biochim
ie
:
137Form
ulation
: 110
Polymères
: 93
1.2.3.4.
----------------
187PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
Filières économiques :
Acide phosphorique, engrais, phosphate de calcium
, phosphates : 633V
erre
:
51C
olorants
:
35C
olles et adhésifs :
29D
étergents
:
8C
osmétiques
:
8Peintures
: 4
Phytosanitaires
: 3
• L
es brevets
Le nom
bre total de brevets déposés de par le monde dans les dom
aines technologiques relatifs à la chim
ie par l’ensemble des acteurs (industriels et universitaires) s’élève à 321
976 en 2007, qui se répartissent comm
e suit :
Dom
aineN
ombre de brevets
Evolution 2003/2007
Chim
ie organique 51 364
+ 2,5
Biotechnologies
33 930- 1,5
Pharmacie
69 638+
5,0
Polymères et chim
ie macrom
oléculaires28 810
+ 2,4
Chim
ie alimentaire
28 421+
7,0
Chim
ie des matériaux de base
42 191+
5,2
Métallurgie, m
atériaux36 086
6,9
Technologie de surface, enrobage33 980
+ 7,2
Microstructures et nanotechnologies
2 617+
9,2
Génie chim
ique37 130
3 ,8
Technologies de l’environnement
25 584+
5,8
Total321 976
Les brevets PC
T déposés par les chercheurs universitaires, au niveau m
ondial en 2009 dans les m
êmes dom
aines s’élèvent à 4021 (soit 1,25% du total) et se répartissent com
me suit :
Dom
aineN
ombre de brevets
Evolution 2005/2009
Chim
ie organique 397
+ 1,1
Biotechnologie
1 261 +
5,3
Pharmacie
1 179 +
10
Polymères et chim
ie macrom
oléculaires158
+ 10
Chim
ie alimentaire
91+
12,9
Chim
ie des matériaux de base
251+
16,1
Métallurgie, m
atériaux179
+ 12,2
Technologie de surface, enrobage122
+ 4,8
Microstructures et nanotechnologies
96+
4,8
Génie chim
ique200
12,7
Technologies de l’environnement
87+
13,7
Total4021
--------
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
188
Maroc :
Les dem
andes de brevets déposées au Maroc entre le 1er janvier 2008 et le 31 décem
bre 2010 relevant du secteur de la chim
ie et couvrant les classes C01 à C
30 de la nomenclature
internationale s’élèvent à :• D
épôts marocains
: 19
• Dépôts de non-résidents : 1.210
Dom
aineD
épôts des résidents au M
arocTotal
Dépôts
Chim
ie organique 4
22
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Total19
1 210
Soit une moyenne par an
6403
189PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
Le nom
bre total de dépôts de brevets enregistrés au Maroc en 2010 s’élève à 1007
Le nom
bre de dépôts étrangers est de 856Personnes m
orales (entreprises et universités et centres de recherche) : 67 dont 40 pour les universités
Ces données perm
ettent de tirer pour les périodes 2008 et 2010, les enseignements suivants :
Très faible production technologique dans le dom
aine de la chimie parachim
ie au M
aroc (6 brevets en moyenne par an déposés par les résidents)
Forte attractivité du marché m
arocain pour les non résidants, dans les domaines :
du médicam
ent, 669 dépôts de la biochim
ie et biotechnologie : 98 dépôts
IV. C
onclusion
Trois enjeux pour l’industrie chim
ique mondiale :
assurer la mutation économ
ique et technologique de la chimie traditionnelle vers
une chimie à développem
ent soutenable,faire face à une réglem
entation de plus en plus complexe,
en tant qu’industrie des industries, satisfaire les besoins mondiaux croissants en
produits de base et en produits de spécialités.
A l’échelle m
ondiale, la répartition géographique des productions et des marchés va continuer
à évoluer, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives de développement pour de nouveaux acteurs.
Le M
aroc est en mesure de saisir ces nouvelles opportunités en plus de celles offertes par le
développement attendu de son m
arché national dans plusieurs sous-secteurs de la chimie et
non seulement uniquem
ent dans le domaine de l’industrie chim
ique des phosphates.
Les E
njeux de l’industrie chimique m
arocaine sont nombreux :
Très peu de produits sont aujourd’hui exportés et très peu d’entreprises exportatrices.
C’est un secteur très hétérogène qui regroupe des activités, du savoir-faire et des
marchés finaux très différents et en conséquence, nécessite des stratégies d’approche
par activités pour sa structuration et sa promotion.
Cette industrie est condam
née à investir dans l’innovation pour assurer le développement
de ses produits, améliorer la com
pétitivité et la productivité de ses opérations et faire face à une réglem
entation de plus en plus complexe (R
EA
CH
par exemple).
Renforcer sa capacité d’innovation et de R
&D
.L
e Maroc dispose d’un potentiel scientifique et technologique im
portant dans les domaines
de la chimie et des secteurs connexes : enseignants chercheurs, laboratoires, plates-form
es technologiques, centres techniques, réseaux thém
atiques et pôles de compétences …
)
Les entreprises du secteur sont condam
nées à s’engager dans le renforcement de leur
capacité d’innovation et de R&
D, car m
algré les initiatives engagées, les efforts restent insuffisants tant au niveau des financem
ents consacrés à la R&
D pour l’innovation
en interne qu’au niveau des partenariats avec les centres de compétences nationaux
(universités et centres de recherche).
Le rapprochem
ent de cette industrie avec ces acteurs pourrait contribuer à relever les défis auxquels cette industrie devra faire face.
•••1.2.••
•••••••
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
190
Ainsi, l’industrie pharm
aceutique par exemple, devra accom
pagner la politique marocaine
de la Santé Publique consistant notamm
ent dans : la généralisation de la couverture m
aladie et donc l’élargissement du m
arché local,l’encouragem
ent à l’utilisation des génériques. L’ambition est de porter la part de
ces derniers de 25 à 70% de la consom
mation. L
es laboratoires devront notamm
ent engager des activités de recherche galéniques pour m
ettre en forme ces produits.
L’externalisation de cette recherche galénique est une tendance lourde de l’industrie pharm
aceutique mondiale. L
es facultés de pharmacie et de sciences au M
aroc ont là une opportunité pour m
ettre leurs compétences à la disposition des laboratoires
pharmaceutiques
marocains
pour cette
recherche galénique
et construire
des coopérations sur la base de projets parfaitem
ent bien définis.
Un défi m
ajeur : Contribuer à la croissance de l’industrie m
arocaine.
L’industrie chimique et para chim
ique marocaine est en m
esure de contribuer fortement
à la pérennisation de la croissance de l’industrie marocaine en rééquilibrant ses échanges
internationaux par
une croissance
basée sur
le développem
ent des
exportations, la
consomm
ation nationale et la réduction du ratio entre les importations du secteur et ses
exportations. De nom
breuses opportunités peuvent être saisies dans le cadre d’une stratégie sectorielle de développem
ent. La chim
ie marocaine réalise un C
A de 4,85 M
M de U
S$ par rapport à un C
A m
ondial de 2 400 MM
US$. E
lle ne représente ainsi que moins de 0,1%
de la chim
ie mondiale, alors que le M
aroc représente plus de 0,5% de la population m
ondiale.
L’industrie chimique m
arocaine, pour contribuer à développer l’export, devra continuer à tirer profit des avantages accordés par ses partenaires et se positionner com
me une
plateforme régionale dans le dom
aine de la chimie et de la parachim
ie, très puissant levier pour la croissance et m
oteur pour renforcer les exportations
Le m
arché africain, qui représente aujourd’hui moins de 2%
de la chimie m
ondiale, alors qu’elle représente 17%
de la population mondiale, va connaitre un développem
ent im
portant à l’avenir, la consomm
ation de produits chimiques étant un indicateur pertinent
de développement hum
ain.
Pr. Jean-Jacques B
ON
NE
T (M
odérateur)M
erci Dr. Sm
ani, vous venez de nous faire un état des lieux concernant l’industrie de la chim
ie d’une manière générale et en particulier au M
aroc. On constate avec satisfaction
qu’il y a un taux de croissance important et je dirai par là qu’il n’existe pas dans le m
onde de pays avec une industrie forte sans une industrie chim
ique importante. E
t si on reprend vos chiffres de 17%
de croissance en Chine et en Inde, c’est des taux de croissance qui
montrent la m
ontée en puissance de leurs capacités générales industrielles. J’ai noté vous incluez l’industrie pharm
aceutique dans les industries chimiques, ce qui ne se fait pas
partout. Je suis sûr que votre conférence suscitera plusieurs questions. Merci encore.
Nous allons passer donc à la seconde conférence faite par le D
r. Abdelali K
ossir, Directeur
R&
D de l’O
ffice Chérifien des Phosphates (O
CP). Sa conférence s’intitule «le rôle de la
R&
D dans le développem
ent futur de l’industrie des phosphates». On va vous écouter
avec beaucoup d’attention monsieur.
••
191PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
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bdelaâli KO
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Directeur R
&D
, Groupe O
CP
, Maroc
Résum
é
La R
&D
joue un rôle de plus en plus important dans la com
pétitivité des entreprises. E
lle est au cœur de la création de la valeur et de la croissance durable. D
e ce fait, elle est désorm
ais le cheval de bataille de toutes les entreprises innovantes, notamm
ent celles évoluant dans un contexte hautem
ent concurrentiel, comm
e c’est le cas du G
roupe OC
P.
L’examen des m
éthodes d’exploitation et des procédés de production de l’industrie du phosphate au M
aroc sur plus de quatre-vingt-dix ans d’histoire montre que cette
industrie a connu une évolution notoire et a su améliorer sa capacité technologique en
intégrant des technologies innovantes sur l’ensemble de la chaine de valeurs. C
ette attitude a été renforcée par l’introduction de la R
&D
depuis plus de quarante ans, ce qui a perm
is au groupe OC
P d’être au diapason des évolutions technologiques et de développer ses propres procédés aussi bien en industrie m
inière que chimique.
Le
phosphate, de
par sa
pétrographie, sa
géochimie
et les
processus de
son enrichissem
ent et de sa valorisation constitue un champ fertile pour la R
&D
qui sera de plus en plus sollicitée sur des thém
atiques variées en relation avec toute la chaine industrielle de l’élém
ent P, depuis les travaux d’exploration jusqu’à la préservation des ressources et de l’environnem
ent en passant par la caractérisation des gisements,
l’extraction, l’enrichissement, le transport, la valorisation chim
ique, etc. La R
&D
est appelée à jouer un rôle crucial, à m
ême de contribuer à la différenciation du G
roupe O
CP de ses concurrents et de pérenniser son leadership.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
192
Introduction
L’industrie des phosphates a connu un développement considérable le long de son histoire
et a su intégrer la R&
D et profiter du développem
ent technologique dans les différents dom
aines en relation avec ses activités. La diversité de ces activités et la com
plexité des m
inerais du phosphate font de cette industrie un champ fertile pour la R
&D
et l’innovation de façon générale.
I. Typologie des gisem
ents de phosphate
Le phosphate existe partout dans la croute terrestre à des teneurs variables. N
éanmoins,
les phosphates exploitables se trouvent concentrés dans des gisements qui sont de trois
types : les gisements sédim
entaires, les gisements d’origine ignée et les gisem
ents insulaires (guanos).
Gisem
ents sédimentaires : les phosphates de ces gisem
ents représentent 85 % de la
production mondiale sur les dix dernières années et se trouvent particulièrem
ent en A
frique du Nord, M
oyen Orient, C
hine, et USA
.
Gisem
ents d’origine ignée : les phosphates de ces gisements sont associés à des
complexes intrusifs alcalins dans lesquels les roches les plus fréquentes sont les
syénites néphéliniques, les carbonatites, les ijolites et les pyroxénites. Ces gisem
ents sont m
oins nombreux et souvent m
oins riches. Ils se trouvent essentiellement en
Russie, C
hine, Afrique du Sud, B
résil et Finlande.
Gisem
ents insulaires (guanos) : ces phosphates seraient dus à des déjections d’oiseaux qui auraient réagi avec la roche qui leur servait de support (calcaire). L
es gisem
ents les plus connus sont ceux des îles de Nauru (océan pacifique, 39%
P2 O
5 ) et de l’île C
hristmas (océan indien, 27%
P2 O
5 )L
es principaux gisements de phosphate m
arocains, d’âge Crétacé supérieur-E
ocène, sont de type sédim
entaire et se trouvent dans les bassins des Ouled A
bdoun (région de K
houribga), des Gantour (région de B
enguerir–Youssoufia), de M
eskala (région d’E
ssaouira) et de Oued E
ddahab (région de Boucraâ).
Dans ces phosphates, le phosphore (représenté par P
2 O5 ) est porté par l’apatite qui se trouve
en présence de plusieurs impuretés (carbonates, silicates, silice...) à des concentrations
variables.
II. Processus de valorisation du phosphate et apport de la R
&D
Le phosphate m
arocain est extrait à ciel ouvert. Après extraction, le phosphate subit des
opérations d’enrichissement qui font intervenir différentes techniques en fonction de sa
composition pétrographique, sa granulom
étrie et sa géochimie (notam
ment sa teneur en
P2 O
5 ). Après enrichissem
ent au niveau des sites miniers, une partie du phosphate enrichie
est exportée et l’autre partie est expédiée aux complexes chim
iques, situés à Jorf Lasfar
et Safi, pour valorisation en acide phosphorique et engrais.
•••
193PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
Le phosphate est utilisé à plus de 80%
pour la fabrication des engrais. Il est aussi utilisé dans plusieurs dom
aines et pour la fabrication de multiples produits, com
me le m
ontre la figure ci-dessous.
La R
&D
intervient au niveau de toutes les étapes de la chaine de valeur du phosphate : géologie, extraction, enrichissem
ent, fabrication d’acide phosphorique et des engrais, environnement,
eau, énergie, etc. Elle est de plus en plus sollicitée, autant pour la résolution de certains
problèmes techniques et l’am
élioration des performances de la production, que pour la m
ise au point de nouvelles applications du phosphate et de nouveaux procédés et technologies de ruptures, en veillant à la préservation des ressources et de l’environnem
ent.
La R
&D
du Groupe O
CP, riche de son expérience et de ses com
pétences, joue un rôle im
portant dans le développement de l’industrie du phosphate au M
aroc, dans le cadre de la stratégie du G
roupe. Nous citons ci-après, à titre d’illustration, deux exem
ples de l’industrie m
inière et chimique, qui concernent le développem
ent de nouveaux procédés en relation avec la R
&D
de rupture. Ces procédés ont été développés depuis le stade du
laboratoire jusqu’à l’application industrielle par les moyens internes du G
roupe OC
P.
Procédé d’enrichissement du phosphate : ce procédé, qui a fait l’objet d’un dépôt de
brevet international, concerne l’enrichissement du phosphate par flottation inverse. A
aujourd’hui, plusieurs unités industrielles ont été construites sur la base de ce procédé, à savoir :
Khouribga (laverie D
aoui) / 1999 : réalisation d’une unité de lavage - flottation d’une capacité de 300 t/h;
Youssoufia / 2005 : réalisation de trois unités de lavage - flottation de 330 t/h par unité;
Khouribga (laverie M
EA
) / 2010 : réalisation de six lignes de lavage de capacité 320 t/h de phosphate brut sec à l’alim
entation de chaque ligne, de trois unités de flottation d’une capacité de 300 t/h par unité et de deux ateliers de broyage. L
a capacité de production annuelle est de 7 M
t sec et marchand.
•
---
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
194Procédé de traitement d’acide phosphorique : ce procédé, qui a égalem
ent fait l’objet de dépôt d’un brevet international, concerne le traitem
ent d’acide phosphorique en vue de l’élim
ination de certaines impuretés. A
aujourd’hui, plusieurs unités industrielles ont été construites sur la base de ce procédé, à savoir :
Jorf Lasfar/2003 : réalisation d’une unité de traitem
ent d’acide phosphorique d’une capacité de 500 t P2O
5/j;
Safi (MC
)/2002 : réalisation d’une unité de traitement d’acide phosphorique d’une
capacité de 700 t P2O5/j;
Safi (MP2)/2011 : réalisation d’une unité de traitem
ent d’acide phosphorique d’une capacité de 700 t P2O
5/j.
Conclusion et perspectives
La R
&D
est un levier important pour la m
ise en œuvre de la stratégie am
bitieuse du G
roupe OC
P; elle continuera à jouer son rôle pour différencier le Groupe O
CP de ses
concurrents et pérenniser le leadership du Maroc sur le m
arché mondial du phosphate et
dérivés, notamm
ent par :
l’amélioration des procédés existants et l’intégration de nouvelles technologies dans
un objectif de réduction des coûts, d’augmentation des capacités et de préservation
de l’environnement;
la mise au point de procédés innovants pour la valorisation des coproduits et la
préservation des ressources;
le développement de procédés pour des applications non conventionnelles du
phosphate et de ses dérivés.
Pour ce faire, le Groupe O
CP encourage l’enseignem
ent et la recherche innovante sur les phosphates au niveau des université m
arocaines, et la R&
D du G
roupe OC
P adopte une stratégie d’open innovation à m
ême de lui perm
ettre d’intégrer des idées, des ressources et des technologies de l’écosystèm
e et de valoriser les résultats de la R&
D. C
ette stratégie s’appuie sur des accords de collaboration et de partenariat im
pliquant des universités nationales et internationales, des centres de recherche, des clients et des fournisseurs.
Pr. Jean-Jacques B
ON
NE
T (M
odérateur)M
erci Dr. K
ossir de nous avoir tracé un panorama très com
plet depuis l’extraction jusqu’à l’utilisation des phosphates, de l’acide phosphorique et des engrais. V
ous êtes passé un peu rapidem
ent sur la valorisation du phospho-gypse. En tout cas m
erci pour votre présentation très docum
entée.
Nous allons passer donc à la dernière conférence présentée par le D
r. El M
outoikil El
Baraka qui est le D
irecteur du développement industriel à l’O
CP. Sa conférence s’intitule
«le rôle de l’industrie des phosphates dans le développement du secteur de la chim
ie au M
aroc». Vous avez la parole.
•
------
195PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
LE
RÔ
LE
DE
L’IND
UST
RIE
DE
S PH
OSP
HA
TE
SD
AN
S LE
DÉ
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LO
PP
EM
EN
T D
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CT
EU
RD
E L
A C
HIM
IE A
U M
AR
OC
Dr. E
l Moutaoikkil E
L B
AR
AK
A
Directeur du développem
ent industriel à l’OC
P
- Rappel des élém
ents de l’histoire du groupe OC
P
1920 : Création de l’O
ffice Chérifien des Phosphates
1921 : Premières exploitations m
inières (mine souterraine de K
houribga)1921 : Prem
ier chargement de bateau de phosphate (export de C
asablanca)1932 : D
émarrage de la m
ine souterraine de Youssoufia
1965 : Dém
arrage de l’exploitation chimique à Safi
1976 : Acquisition de la m
ajorité de Phosboucraa (acquisition totale en 2003)1976 : C
réation du CE
RPH
OS
1980 : Dém
arrage de la première m
ine de Benguérir (réalisée entièrem
ent par OC
P en 6 ans)1984 : E
xtension des unités de valorisation à Jorf Lasfar (réalisée entièrem
ent par OC
P) 1998 : D
émarrage de la production d’acide purifié (E
maphos, Jorf L
asfar)
L’OC
P avait comm
e vocation de valoriser la ressource naturelle en faisant une intégration verticale de tous les m
étiers liés à l’activité phosphates. Il a ensuite évolué d’un opérateur sim
ple sur le marché international vers une position de leader pour l’avenir. L
e développem
ent de l’activité chimie s’est fait d’abord à Safi selon l’axe «E
l Gantour» et
ensuite au niveau de la plateforme «Jorf L
asfar».
••••••••••
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
196
- Aperçu historique du développem
ent de la chimie
Unités de production de Safi :M
aroc Chim
ie, 1965M
aroc Phosphore I, 1976M
aroc Phosphore II, 1981
Unités de production de Jorf-lasfar M
aroc Phosphore Jorf Lasfar, 1986
EM
APH
OS, 1998
IMA
CID
, 1999PM
P, 2008B
MP, 2008/2010
- Positionnem
ent sur le marché (données de 2007)
L’OC
P détient une position historique mais forte sur le m
arché international correspondant à 45%
du comm
erce mondial des phosphates et 12%
pour ce qui est des engrais. L’avenir de l’O
CP se projette dans une intégration plus poussée de l’activité engrais. Il dispose
d’un atout très important quant aux réserves en m
inerais tant en quantité qu’en qualité. De
plus, l’OC
P a toujours été un leader en matière de création d’em
plois, de sous-traitance et de partenariats sur le plan international.
. Production de phosphates : 28 millions de tonnes
. Transform
ation : 50%. Présence de l’O
CP sur les cinq continents : beaucoup plus en E
urope et en Asie
. Le M
aroc est le 3èm
e producteur mondial de phosphates et d’acide phosphorique
. Il est le 5èm
e pour les engrais
Certains fondam
entaux du comm
erce des phosphates
•---
•-----
197PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
Le com
merce de la roche accuse une tendance baissière. Par contre, sur les 20 dernières
années, ce sont les engrais et l’acide qui ont évolué. Ceci m
ontre qu’il n’y a plus d’avenir pour des projets isolés en raison du coût du transport et des contraintes environnem
entales de plus en plus fortes.
En 2006, la production m
ondiale a atteint 60 millions de tonnes et les perspectives de
développement sont très im
portantes à l’horizon 2020 avec une rentabilité accrue de l’activité «engrais».
- Vision pour les dix prochaines années
Sur le plan comm
ercial : R
efonte du portefeuille et développement de partenariats.
Am
élioration des ressources financières pour le programm
e d’investissement.
La stratégie industrielle s’articule autour de 3 objectifs :
Accroissem
ent de la capacité de production à tous les niveaux, notamm
ent minier,
Flexibilité pour absorber les fluctuations,A
méliorer les coûts de production au niveau de la m
ine.
•••••
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
198
L’OC
P vise à passer d’une production de 25 MT
à 48 MT
de phosphates et multiplier par 3
sa production d’engrais d’ici 2020. Pour y arriver, le programm
e prévoit un invistissement
de 140 milliards de D
H.
L’OC
P travaille sur 3 axes intégrés et indépendants les uns des autres :- A
xe Khouribga-Jorf L
asfar- A
xe Gantour au nord de M
arrakech : Youssoufia, B
enguerir et Safi- A
xe Laâyoune
199PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
L’effort de développement va s’effectuer pour 80%
au niveau du 1er axe, 15%
au niveau du 2
ème et 5%
pour le 3èm
e.
Au niveau de K
houribga, grâce à la technique de flottation et au développement de la
logistique, l’extraction est généralisée à toute la série des couches phosphatées.
Les autres aspects im
portants à développer sont la consomm
ation d’eau et d’énergie et le volet transport. L
a solution du transport par pipeline entre Khouribga et Jorf L
asfar constitue un élém
ent d’intégration qui va réduire de 40% le coût de production (de 27$/T
à 16$/T
).
Il est prévu l’ouverture de 4 nouvelles mines et le changem
ent du mode de traitem
ent pour concerner presque 100%
de la production.
Il a été retenu que le développement de la chim
ie se fera par le biais de partenariats.
D’ores et déjà, 50%
du programm
e d’investissement sont dans la phase d’exécution et
les 50% restants sont en phase de contractualisation. L
es besoins en eau s’élèvent à 100 m
illions de m3 dont on cherche à les sécuriser par le biais de dessalem
ent et de traitem
ent des eaux usées urbaines. A ce jour, les eaux usées de la ville de K
houribga sont réinjectées dans le processus industriel.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
200
Pr. Jean-Jacques B
ON
NE
T (M
odérateur)
Merci D
r. El B
araka de nous avoir montré com
ment l’O
CP a évolué depuis un acteur
minier jusqu’à un acteur intégré et de nous avoir présenté toutes les am
éliorations que vous avez apportées qui se traduisent bien entendu par des économ
ies d’échelle, j’imagine
importantes, m
ais qui vont dans le sens du développement durable. V
ous nous avez fait part par ailleurs de votre plan de développem
ent particulièrement am
bitieux : doubler la capacité de production en l’espace de quelques années est une perform
ance tout à fait rem
arquable.
Il est temps m
aintenant de passer aux discussions. Malheureusem
ent le dépassement de
temps observé au niveau des présentations pénalise le tem
ps du débat. On va cependant
prendre quelques questions, donc le débat est ouvert.
201PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
DISC
USSIO
N
Pr. Jean-P
ierre Majoral (L
aboratoire de chimie et de coordination, Toulouse, France)
J’ai une simple question au D
r. Kossir : quelle est la spécificité apportée par les phosphates
dans la production de verres spéciaux?
Pr. T
ijani BO
UN
AH
MID
I (CIT
IT)
Merci. C
es différents exposés nous ont beaucoup éclairés sur le secteur de l’industrie chim
ique au Maroc et l’industrie des phosphates en particulier. Je voudrais poser une
première question à m
onsieur Smani. Je crois qu’il s’agit d’une om
ission puisque parmi
les 3 produits importés, il n’y avait pas le soufre. L
e soufre doit y être nécessairement
puisque la consomm
ation pour la production d’acide phosphorique est très importante.
Concernant la restructuration de la R
&D
à l’OC
P, il y a certainement là une nouvelle
stratégie, doubler la production des phosphates d’ici 2020 et tripler la production d’acide phosphorique. Il y a donc un effort au niveau du process principalem
ent qui doit se faire en plus des soucis de développem
ent durable, mais aussi ce qui doit être fait à
la source pour minim
iser les émissions de rejets. Q
u’est ce qui est fait en matière de
R&
D pour le process pour accom
pagner ce développement industriel pour justem
ent atteindre les objectifs com
merciaux qui sont signalés dans la stratégie. C
’est une idée novatrice d’introduire le pipeline. L
a question d’intégration des fonctions au niveau des 3 m
étiers étant très importante pour optim
iser les synergies nécessaires, est-ce qu’il y a une intégration au niveau organisationnel?
Pr. N
oureddine EL
AO
UF
I (CE
SDE
)O
n a parlé hier et on est revenu sur ça ce matin (la chim
ie c’est la mère des sciences, l’industrie
chimique est aussi la m
ère des industries) et quand on écoute les 3 exposés sur l’industrie chim
ique au Maroc et le rôle joué par l’O
CP, je ne peux pas m
’empêcher de constater un
paradoxe. Il y a l’importance prise par l’industrie chim
ique dans l’économie m
ondiale mais
aussi dans l’économie nationale et l’insuffisance des retom
bées de l’industrie chimique nationale
et de l’OC
P sur le reste de l’économie. Il y a une faiblesse des externalités ou de ce que les
économistes appellent les effets de ruissellem
ent. Il y a un potentiel énorme; m
ais quand on regarde les retom
bées réelles en termes d’intégration et d’entraînem
ent sur les autres secteurs de l’économ
ie, on peut parler d’un temps perdu dans les décennies 80-90s. Il y a effectivem
ent aujourd’hui une stratégie nationale qui est conduite par l’O
CP et qui est intéressante. M
onsieur le M
inistre en a parlé hier et les exposés de ce matin l’ont égalem
ent montré.
Mon com
mentaire par rapport à cette stratégie c’est qu’elle dem
eure, de mon point de vue,
une stratégie sectorielle alors que l’OC
P a vocation de relancer la stratégie industrielle dans une perspective nationale. Je reste optim
iste parce que c’est une stratégie qui peut, de fil en aiguille, produire les effets attendus sur le reste des secteurs de l’économ
ie. Je ne pense pas qu’elle soit une vocation explicite dans la stratégie elle-m
ême, elle
reste quand mêm
e sectorielle. Il y a une timidité de l’O
CP à se positionner par rapport
à l’économie nationale. Je pense qu’il a cette vocation et la capacité de jouer ce rôle de
moteur, non seulem
ent par rapport à l’économie nationale m
ais aussi par rapport à la recherche scientifique. L
es chiffres présentés montrent une insuffisance d’articulation
avec le monde académ
ique. Si je prends les thèses dans le domaine de l’économ
ie, ce n’est pas l’O
CP qui a initié ces travaux, ce sont les universités elles-m
êmes (étudiants et
doctorants) qui proposent de travailler sur des aspects qui concernent l’industrie chimique
ou l’OC
P où il n’y a pas de stratégie de recherche scientifique avec des articulations plus institutionnelles avec le m
onde universitaire.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
202
Pr. Jean-Jacques B
ON
NE
T (M
odérateur)A
vant de solliciter nos conférenciers pour répondre à ces questions, je pense que notre ami
Ismail A
kalay pourrait peut-être déjà relancer le débat et intervenir sur les observations qui viennent d’être faites.
M. Ism
ail AK
AL
AY
(CIT
IT)
Je remercie m
onsieur El A
oufi pour sa question parce qu’il nous donne l’occasion de parler de l’industrie m
inière qui utilise beaucoup la chimie et qui a des im
pacts importants m
ais qui ne sont pas m
alheureusement chiffrés et présentés de m
anière convenable Il faut savoir aussi que l’industrie m
inière est sujette à des fluctuations très importantes des cours. Q
uand vous avez un phosphate à 40 U
S$ la tonne, il est sûr que les stratégies que l’on peut mettre
en place ne seront pas les mêm
es que lorsqu’on a un phosphate à 250 US$ la tonne. Il faut
aussi tenir compte du fait que ces industries-là sont sujettes à des variations très brusques
des cours et qui peuvent provoquer dans certains cas des dégâts assez importants. Je vous
signale que, en 2006, le gouvernement m
arocain a recapitalisé l’OC
P à raison de 6 milliards
DH
, et donc il ne faut pas oublier ces aspects-là qui sont très importants.
Je voudrais, si vous permettez, dire juste qu’il a été le rôle de la chim
ie dans le développem
ent de l’industrie minière m
arocaine, indépendamm
ent des phosphates, m
ais je me consacrerai à la m
ine métallique. L
à, nous allons voir les aspects positifs du développem
ent de la mine m
étallique, dans notre pays, dans le cadre du développement
durable, par sa composante sociale et sociétale.
Alors, qu’est-ce que la chim
ie a apporté à l’industrie minière? T
rois choses qui sont im
portantes :
D’abord, elle a perm
is de traiter des minerais de plus en plus pauvres voire retraiter des
résidus stockés depuis des dizaines et des dizaines d’années, et c’est le cas aujourd’hui au M
aroc puisque MA
NA
GE
M a beaucoup de sites qui traitent des résidus et des m
inerais extrêm
ement pauvres.
Deuxièm
ement, la chim
ie a permis à l’industrie m
inière, au lieu de rester dans le marché des
comm
odités, de rentrer dans des marchés niches où il y a des hautes valeurs ajoutées; tout à
l’heure, M. Sm
ani a cité l’oxyde de zinc. Je vais saisir ce cas-là pour vous expliquer tout le chem
inement de cette industrie et l’effet qu’elle a pu avoir sur différentes régions dans notre
pays. L’oxyde de zinc a été développé comm
e produit nanométrique, ça fait 10 ans que nous
le produisons au Maroc à raison de 10.000 tonnes par an. C
et oxyde de zinc est aussi poreux, aujourd’hui nous m
enons des recherches pour pouvoir l’utiliser dans des gaines d’aération dans les hôpitaux afin d’éviter les m
aladies nosocomiales parce que ce type de produit peut
piéger les bactéries, et donc vous dire jusqu’où notre recherche est allée. En am
ont, l’usine est à M
arrakech, la matière prem
ière provient d’un rayon de 700 km, elle vient d’E
rrachidia, de B
ouarfa, d’Azilal et de G
uercif. Ce sont des régions où personne n’ira investir pour créer des
emplois, pour am
ener la route, l’eau et l’électricité et les infrastructures sociales. Ce sont des
effets que malheureusem
ent, aujourd’hui, nous n’arrivons pas à chiffrer pour pouvoir mesurer
l’impact et les effets induits de l’ouverture d’une m
ine dans une zone désertique et pauvre.
Maintenant, nous avons un autre aspect, c’est que la chim
ie nous a permis de faire face
aux nuisances de la mine. G
râce à la chimie, nous avons des produits pour traiter nos
effluents, pour réhabiliter des sites abandonnés, pour remédier des sols pollués. V
oilà donc les apports de la chim
ie concernant l’industrie minière.
Enfin, je term
inerai en disant qu’on a vu que l’industrie chimique, depuis m
aintenant 6 ou 7 ans, ne crée plus d’em
plois. Nous som
mes à 25.000-26.000 em
ployés depuis 2001 jusqu’à
203PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
2009, et cela explique que nous n’avons pas encore une industrie chimique digne de ce nom
parce que la recherche est extrêm
ement pauvre et em
bryonnaire dans notre pays. Tous ceux qui font de la recherche aujourd’hui n’ont pas une préoccupation d’industrialisation des travaux de la recherche, et tant qu’on n’a pas une logique de faire de la recherche jusqu’au bout à savoir produire de la richesse, produire de la valeur ajoutée, je pense qu’on ne pourra jam
ais encourager la recherche dans notre pays. Je vous remercie.
Pr. Jean-Jacques B
ON
NE
T (M
odérateur)V
ous venez de faire, M. A
kalay, une intervention qui reflète très effectivement la réalité.
Dr. E
l Moutaoikkil E
L B
AR
AK
A (D
irecteur du développement industriel à l’O
CP)
Il est vrai que lorsqu’on a présenté le développement de l’O
CP, dans la prem
ière partie, c’était principalem
ent la vision et la stratégie OC
P. Il est vrai que l’impact de ce
développement est apparent sur les chiffres globaux, les investissem
ents et la création de l’em
ploi. Sur la dimension de la recherche, je note aussi que le program
me de
développement ouvre beaucoup d’opportunités et de possibilités. D
’ailleurs, on a essayé beaucoup de procédés qu’on a m
is en comm
un avec le Bureau d’E
tudes JAC
OB
S dans le cadre d’une joint-venture. Il y a d’autres dim
ensions très importantes où l’O
CP a besoin
d’une fédération d’efforts, d’où le recours à des partenariats.
Dr. A
bdelali KO
SSIR (D
irecteur R&
D, O
ffice Chérifien des Phosphates)
Pour rapport à la question de M. M
ajoral sur les verres phosphatés, ces verres seraient plus résistants à des très hautes tem
pératures et puis ils résisteraient aussi à certaines déform
ations à hautes températures.
Pour la question du Pr. Bounahm
idi concernant la minim
isation des émissions, nous
travaillons sur l’ensemble de la chaîne depuis lam
ine jusqu’à la chimie. L
a minim
isation des rejets au niveau des traitem
ents par lavage et flottation engendre des rejets. Ces rejets sont en
train d’être travaillés en matière de récupération pour m
inimiser tout ce qui est entreposage
et la mêm
e chose avec la réclamation des sols et des carrières (m
ise en place de la mine
verte au niveau de Khouribga, construction de la ville verte au niveau de B
enguerir).
Au niveau de la chim
ie, les principales nuisances sont dues aux gaz (oxydes de soufre) et aux rejets solides. Il y a des technologies sur lesquelles nous travaillons pour la réduction des ém
issions SO2 par absorption. N
ous travaillons également pour la récupération du
fluor et ouvrir la porte au Maroc à la fluo-chim
ie.
L’autre rejet c’est le phospho-gypse, c’est un problème qui ne se pose pas seulem
ent à l’OC
P m
ais à l’ensemble de l’industrie phosphatière à travers le m
onde. Nous, nous le jetons en
mer puisque nous avons la chance de nous trouver à côté de l’océan, l’autre alternative
c’est le stockage. Maintenant, nous travaillons dans une approche d’«open innovation»
sur l’utilisation de ce produit dans un certain nombre de dom
aines tels que l’agriculture, les m
atériaux et la fabrication d’acide sulfurique. Cela veut dire que nous som
mes ouverts
à notre écosystème: il y a un certain nom
bre de choses que nous développons à l’intérieur et d’autres qui sont développées à l’extérieur et que nous am
enons pour les appliquer à l’O
CP. Par ailleurs, il y a des choses à développer et nous som
mes en contact avec des
consultants étrangers et des universitaires marocains pour travailler sur ces thém
atiques, en tém
oigne le chiffre important des thèses et travaux réalisés sur les phosphates et leurs
dérivés. La R
&D
est sollicitée, que ce soit au Maroc ou ailleurs, et nous som
mes ouverts
à toute proposition.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
204
Dr. M
ohamed SM
AN
I (Directeur de R
&D
Maroc)
Concernant la question posée par le Pr. B
ounahmidi au sujet du soufre, ce n’est pas une
omission. C
’est une question purement adm
inistrative de la loi qui ne classe pas le soufre dans les produits chim
iques.
L’intervention du Pr. El A
oufi, doublée d’une deuxième réflexion de M
. Akalay, m
’amène
à dire quelques mots sur la stratégie. C
’est vrai que l’industrie chimique et para-chim
ique m
arocaine est à la recherche d’une stratégie et qu’aujourd’hui tout le monde est conscient
que cette industrie peut contribuer à la croissance par :le développem
ent de la consomm
ation nationale encore faible,le développem
ent de l’exportation vers des marchés qui sont totalem
ent ouverts en Afrique,
la réduction du déséquilibre très important au niveau des échanges internationaux,
la structuration de zones industrielles à mêm
e d’accueillir de nouvelles opportunités et
l’amélioration
de certains
secteurs traditionnels.
Le
secteur de
l’industrie pharm
aceutique a encore de grandes potentialités qui restent à développer.
Je pense qu’il y a un manque de stratégie globale pour l’ensem
ble de cette industrie qui perm
ettrait d’en faire une véritable locomotive du développem
ent et un véritable secteur de création d’em
plois de qualité. Les opérateurs du secteur s’étonnent d’ailleurs du fait qu’il
n’y est d’école dédiée à la formation d’ingénieurs chim
istes pour piloter les process.
Pr. Jean-Jacques B
ON
NE
T (M
odérateur)Il ne nous reste plus qu’à rem
ercier nos trois conférenciers pour la qualité de leurs présentations, la franchise et la pertinence de leurs réponses aux questions posées.
----
205
SEA
NC
E SU
R :
MO
DE
LISA
TIO
N E
T SY
NT
HE
SEE
N C
HIM
IE
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
206
Pr. A
hmed E
L H
ASSA
NI (D
irecteur des séances)M
esdames et M
essieurs,A
vant de comm
encer, je demanderais à toutes les personnes qui ont présenté des
comm
unications hier
et aujourd’hui
de bien
vouloir nous
faire parvenir
dans les
meilleurs délais leurs textes définitifs de m
anière à ce que nous puissions les publier le plus rapidem
ent possible. Je vous rappelle que nous ne disposons actuellement que des
présentations en format ‘‘pow
er point’’ que nous ne pouvons pas publier, donc je vous prie de nous envoyer dans les m
eilleurs délais votre texte. Merci beaucoup.
Nous allons consacrer cet après-m
idi à la modélisation et synthèse en chim
ie. Le prem
ier intervenant est le Pr. B
erend Smit, professeur à l’U
niversité de Californie-B
erkeley. Je lui cède la parole et lui dem
ande de respecter le temps attribué.
207Séance sur : m
odélisation et synthèse en chimie
CO
MP
UT
AT
ION
AL
MA
TE
RIA
LS D
ISCO
VE
RY
Prof. B
erend SMIT
Departm
ent of Chem
ical and Biom
olecular E
ngineeringD
epartment of C
hemistry
University of C
alifornia, Berkeley, U
SA
In a molecular sim
ulation one aims to m
imic to m
otion of molecules sufficiently
accurate such that one can compute reliable therm
odynamic and transport properties
of materials. Such sim
ulations are particularly useful if experimental data are difficult
to obtain. An im
portant example is the adsorption in nano-porous m
aterials, such as zeolites or m
etal organic framew
orks. These m
aterials have important applications
including gas separations and catalysis.
To obtain a molecular understanding of the catalytic activity of say a zeolite one w
ould like to have detailed inform
ation on the behavior of the molecules inside the pores.
In this lecture demonstrates how
molecular sim
ulations can be used to shed some
light on shape selectivity in zeolites; how the shape of the zeolite pores influences
the formation of particular m
olecules. To allow for these types of sim
ulations novel com
putational techniques have been developed. These insights allow
s us to use m
olecular simulations to screen zeolite structures for particular applications,
for example, to find a m
aterial that optimally convert long-chain hydrocarbons in
hydrodewaxing process.
In addition, the lecture will show
how com
putational techniques are used to screen novel m
aterials for carbon capture applications.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
208
Pr. A
hmed E
L H
ASSA
NI (D
irecteur des séances)M
erci Pr. Smit pour avoir respecté le tem
ps imparti. Sans tarder, je passerais la parole au
Professeur Taib Ziad, professeur à l’U
niversité de Göteborg en Suède, qui va nous parler
du rôle de la modélisation m
athématique dans le développent des m
édicaments.
209PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
MA
TH
EM
AT
ICA
L M
OD
EL
LIN
G IN
DR
UG
D
EV
EL
OP
ME
NT
Prof. T
aib ZIA
D
Departm
ent of Mathem
atical SciencesC
halmers U
niversity of Technology
Göteborg, Sw
eden, S-412 96 Göteborg
ziad@chalm
ers.se
Introduction
Virtually every aspect of the m
odern world depends on m
athematical m
odels. Clinical drug
development should be no exception. It has all the attributes that have m
ade mathem
atical m
odels so helpful in other fields. Using m
athematical m
odelling, various types of data can be integrated and transform
ed into useful knowledge that can be used for form
ulating new
questions, predicting future outcomes and inform
ing important decisions. T
his article is organised as follow
s. In the first section, we present som
e basic facts about drug discovery and developm
ent. In later sections we account for several areas w
here mathem
atical modelling is
crucial. In the last section we present the idea of M
odel Based D
rug Developm
ent (MB
DD
) w
hich is an approach to drug development w
here modelling is used to m
odel the whole
process. At the end of the article, w
e illustrate with specific case studies.
The drug discovery and developm
ent process
A drug is a substance that prevents, treats or cures a disease. It should be safe (non-toxic,
no adverse events etc) and effective. It should also be selective, metabolically stable and
have a reasonably long half-life (potent). Finding compounds w
ith all these desirable features is not an easy task!
Drug developm
ent is not limited to Pharm
aceutical Com
panies. Other im
portant actors are B
iotechnology Com
panies, Diagnostics com
panies, Contract R
esearch Organisations,
Academ
ic Research O
rganisations, Clinical T
rial Centres, R
egulatory authorities and others.
The drug developm
ent process is long and complex as can be seen in Figure 1. T
his process is usually divided into tw
o main parts, a discovery part and a developm
ent part. In the discovery part, targets are identified and refined through a num
ber of studies where the
compound is tested for efficacy and safety on anim
als. In the development part, the drug is
tested on humans through four types of successive clinical phases as can be seen in Figure 2.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
210
In phase I trials, the drug is tested on healthy volunteers and if everything goes well, it is
tested on small num
bers of patients in phase II trials. Besides efficacy and safety, phase II
trials are also used to determine the proper dosing. Phase 3 trials are confirm
atory trials that involve large num
bers of patients.
Mathem
atical modelling in drug discovery and developm
ent
Mathem
atical modeling is crucial in practically all parts of drug discovery including
safety and toxicology studies. In this article, we only m
ention the most im
portant areas. E
xamples of other areas w
here mathem
atical modeling is very useful but that
are not included here are pharmacy and m
anufacturing. The usual w
ay of classifying m
athematical m
odels in this type of application is into two types: m
echanistic models and
empirical m
odels. Mechanistic m
odels aim at explaining w
hat is observed such as the case of pharm
acokinetics and pharmacodynam
ics models (cf. how
ever the comm
ent below).
Em
pirical models are useful for describing data but can also be useful for predicting future
outcomes. E
xamples of such m
odels are statistical models such as regression m
odels.
Fig 1. The drug discovery and developm
ent process
Fig 2. The various phases of the drug discovery and developm
ent process
211PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
Mathem
atics in Drug D
iscoveryT
here are many approaches to drug discovery and target identification: H
istorical know
ledge; Study the disease process; Develop SA
R (structure activity relationships) to
natural compounds as in the cases of beta-adrenoceptors (propranolol) and H
2-receptors (cim
etidine); Design to fit know
n structurally identified biological site; By chance
(serendipidy) as in random screening (H
TS) and the w
ell known case of penicillin;
Genom
ics and other “omics” technologies. Som
e of these approaches (e.g. SAR
) make
an extensive use of mathem
atical modelling.
Mathem
atical and computational techniques are otherw
ise extensively used in drug discovery research. M
ost are hidden within softw
are packages and the end-user is barely aw
are of them. E
xamples are: D
eveloping models of 3D
structures of proteins; Modeling
pharmacokinetics / pharm
acodynamics; M
athematical m
odeling of structure activity relationships Q
SAR
(correlate structural descriptors of compounds w
ith activities) etc. A
nother mathem
atics intensive area is Chem
ometrics w
hich is defined as the application of m
athematical and statistical m
ethods to chemical m
easurements.
Pharm
akokinetics and Pharm
acodynamics
A drug can be adm
inistered in many different w
ays: orally, by i.v. infusion, by inhalation, using a plaster etc. Pharm
acokinetics is the study of the rate processes that are responsible for the tim
e course of the concentration of the drug in the blood. Pharmacokinetics is
about what happens to the drug in the body. It involves the kinetics of drug absorption,
distribution, and elimination i.e. m
etabolism and excretion (A
.D.M
.E). O
ne way to m
odel these processes is to view
the body as a system w
ith a number of com
partments through
which the drug is distributed at certain rates. T
his flow can be described using constant rates
in the cases of absorption and elimination (cf. Figure 3). Pharm
acodynamics is the science
that builds on pharmacokinetics data to m
odel the response of the body to the disease.
Fig 3. Two com
partments m
odel
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
212
An exam
pleIn the sim
plest case with one com
partment and i.v. adm
inistration we obtain the follow
ing m
odel :
where Y
ij stands for the concentration of the dug in the blood in individual i at the j th m
easurements, D
stands for dose, Cl for clearance, V
for volume, t for tim
e and e a random
error with m
ean zero and variance s. Assum
ing that each individual can have his/her ow
n parameters leads to the addition of the follow
ing assumption :
where the error (
i C,i V) are assum
ed to follow a bivariate norm
al distribution. Estim
ation of these param
eters is non-trivial but can be performed using various statistical and
numerical m
ethods (ML
, MC
MC
, FOC
E …
). It is worth noting that this area has know
n a lot of recent attention and that m
uch progress has been made in the form
of optimal
designs, using non-linear mixed effects m
odels, using stochastic differential equations, etc.
Fig 4. Using m
athematical m
odelling in the learning and confirming continuum
Model based drug developm
ent (MB
DD
)D
espite the amazing achievem
ents of the biological sciences during the last two decades
(which prom
pted some people to call our era “the genom
ic era” in a reference to the atomic
era of the last century), and despite dramatic increase in R
&D
spending, the number of
new registered drugs is declining. T
his led the Am
erican Food and Drug A
dministration to
213PA
NE
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himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
issue a “critical path initiative” aiming at m
odernizing, accelerating and facilitating the drug developm
ent process (cf. (1)). The essence of that initiative is the use of new
technologies (biom
arkers, diagnostics etc) combined w
ith mathem
atical modelling leading to a new
approach called M
odel Based D
rug Developm
ent (MB
DD
). By M
BD
D is m
eant an attempt
to use “models” to integrate data and present them
in quantitative ways to assist decision
making for drug developm
ent teams. T
his is more or less com
monplace in other industries.
There are tw
o key components to M
BD
D. T
he first one is the use of all available information
at each stage to plan and predict the outcome of the next step based on m
odelling (cf. Figures 4 and 5). T
he second component is that of clinical trial sim
ulation (cf. Figure 6).
Fig 5. Using m
athematical m
odels to integrate data from various sources
Clinical trial sim
ulationC
linical Trial Simulation (C
TS) is the use of Q
uantitative (mathem
atical) models for e.g. the
effect of the drug and other available information about the drug and the disease to sim
ulate trial outcom
es under various conditions (e.g. trial design and target populations) and thereby optim
ise the clinical trial programm
e i.e. design new better trials, find best patient populations or
prioritise between projects. C
TS has the follow
ing ingredients: (i) A m
odel i.e. a mathem
atical explanation of relationships thought to explain outcom
e over time period of interest. (ii) A
drug-disease M
odel (empiric &
mechanistic). (iii) A
disease model describing the relationship
of patient (e.g., gender, age, genotype), biomarker (e.g., biochem
ical, imaging) to disease
morbidity and m
ortality. (iv) A drug-disease m
odel describing what happens at addition of drug
(dose, concentration, combination, placebo) in patient (e.g., size, age, adherence, dropout) in
terms of effects and adverse effects to the disease m
odel. (v) Simulation- Target C
linical trial design - optim
al design – enrichment designs, adaptive designs D
osage regimen(s) selection
Go/N
o go- Sponsor and/or FDA
. (cf. Figure 6)
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
214
6. Clinical trial sim
ulationE
xample 1: P
redicting effect in humans to guide candidate drug selection
We w
ant to predict treatment effect on w
eight in humans, based on preclinical data and
existing data and estimate a therapeutic w
indow w
ith regard to effect and safety. We
assume that proportional change in effect betw
een animal and hum
an BM
T (panel 1 and
2 of Figure 7) will hold also for a new
substance (PLxxxx) targeting the sam
e receptor system
. In that case, the effect in human (panel 4 of Figure 7) can be roughly predicted
after screening substances in rat (panel 3 of Figure 7). In this manner, the hum
an Effect/
AE
models for B
MT
identified a useful therapeutic window
. Modelling can thus be used
to guide selection of peptides and thereby we can m
ake an informed decision.
7. Using m
athematical m
odelling to “translate” results from anim
al to humans
215PA
NE
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himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
Exam
ple 2: Planning of a phase III trial
The issue in this exam
ple is to develop an understanding of the exposure-response relationship for efficacy and safety in order to determ
ine standard dose and dosing regim
en for phase III. The m
ethod used was to integrate current data from
a small phase
II study together with data from
a previous phase III terminated program
me (cf. Figure
8). Exposure-response m
odels were developed to characterize both efficacy and safety.
These m
odels were used to determ
ine the therapeutic range and further the optimal
standard dose and dosing regimen. T
his led to an optimised phase III design including a
better choice of optimal standard dose and dosing regim
en. As a result, lead tim
e and cost w
ere reduced.
8. Planning a phase III trial using mathem
atical modelling based on historical data
The future
The future of m
athematical m
odelling in drug development is very bright. T
his is due to a num
ber of factors. The adoption of the M
BD
D approach cannot be perform
ed without
extensive modeling. T
he same thing goes for other rising areas in drug developm
ent such as Personalized H
ealthcare and Predictive science. The tendency to reduce anim
al use w
ill also lead to more in silico experim
ents. New
technologies (chemistry, biom
arkers, im
aging etc) can only be used optimally using m
athematical m
ethods. The availability of
huge Data w
arehouses will m
ake it worthw
hile trying to use modeling to replace som
e studies. Finally better com
puters and better statistical, mathem
atical and informatics
methodology w
ill also boost the use of modeling.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
216
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acokinet. Pharmacodyn. 33, 369–393 (2006)
Pr. A
hmed E
L H
ASSA
NI (D
irecteur des séances)M
erci Pr. Ziad pour votre présentation. Je donnerais la parole au Pr. N
ajia Kom
iha, professeur à l’U
niversité Moham
med V
-Agdal de R
abat, qui va nous parler pendant 20 m
n de la modélisation et sim
ulation pour la conception de nouvelles molécules
fonctionnelles: l’expérience marocaine.
1.2.3.4.5.6.
217PA
NE
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himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
MO
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LISA
TIO
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T SIM
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PÉ
RIE
NC
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AR
OC
AIN
E
Pr. N
ajia KO
MIH
A
Laboratoire de C
himie T
héorique et Modélisation
(LC
TM
)U
niversité Moham
ed V-A
gdalR
abat, Maroc
Résum
é :
La
simulation
et la
modélisation
sont devenues
des outils
fondamentaux
pour l’industrie et la recherche. Tous les dom
aines de la chimie, de la physique et de la
biologie sont concernés dès qu’il s’agit de comprendre la m
atière et son interaction avec son m
ilieu. Les m
éthodes utilisées dans les exemples présentés ici sont issues de
la chimie quantique. C
ette discipline a permis de rationaliser la chim
ie, au début du siècle dernier, par des m
odèles d’une grande puissance pédagogique. Les applications
sont nombreuses et variées : nous en présentons quelques unes.
Dans le dom
aine de la santé, la modélisation peut aider à la synthèse de m
olécules ayant une activité pharm
acologique telles que les molécules hétérocycliques. L
es m
écanismes réactionnels des cycloadditions dipolaires 1,3; utilisés pour la synthèse
des hétérocycles sont étudiés par la méthode de la fonctionnelle densité (D
FT). D
eux exem
ples de cyclo-additions sont présentés (addition sur une nitrone simple puis sur
une nitrone cyclique). Les structures des réactifs, produits et états de transition sont
déterminées, la régiosélectivité et stéréosélectivité exam
inées dans ces cas.
Nous
présentons aussi
l’étude de
molécules
inorganiques telles que
le tetrabutylam
monium
hexachlorostannate, cristal ionique synthétisé en laboratoire, dont on a pu déterm
iner les spectres théoriques IR et R
aman.
Dans le dom
aine de la chimie atm
osphérique et interstellaire, les processus de dissociation et de form
ation des molécules ne peuvent être com
pris sans la modélisation.
Les nouvelles m
éthodes utilisées en chimie quantique sont m
aintenant capables de décrire ces espèces de m
anière très précise (états excités, ioniques).
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
218S2 O
est d’une grande importance atm
osphérique. Elle est isovalente à la m
olécule d’O
zone dont
on connaît
l’importance
environnemental.
Sa
formation
(ou dissociation) à faible énergie est étudiée ici. L
es courbes d’énergie potentielle (P
ES
) de tous les états électroniques corrélant à la plus basse asymptote de
dissociation sont déterminées par la m
éthode hautement corrélée: M
RC
I+Q
et en tenant com
pte du couplage spin-orbite. Des coupes m
ono-dimensionnelles des
PE
S sont présentées; une anisotropie est constatée et il sem
ble que l’approche S
-SO
est la plus probable.
Enfin,
nous nous
somm
es intéressés
aux m
atériaux colorés
: une
étude de
chromophores soufrés S
3- , S4- , S
4+ est présentée et les états électroniques excités responsables de la coloration de ces m
olécules déterminés. L
es PES et les constantes
spectroscopiques des états les plus bas sont calculés. Les m
éthodes hautement
précises, SA-C
ASSC
F et CC
SD(T
), sont utilisées.
I. Introduction
La chim
ie quantique a permis, au m
ilieu du siècle dernier, de rationaliser la chimie. L
es orbitales atom
iques et moléculaires sont devenues des outils de bases indispensables
à tout étudiant ou chercheur en chimie. L
a simulation, ou m
odélisation, fondée sur des calculs quantiques, représente aussi un m
oyen indispensable et fiable dans l’étude de la structure et de la réactivité des m
olécules. Trente pour cent des publications
scientifiques paraissant actuellement sont concernées par des calculs quantiques. L
es m
écanismes sont ainsi expliqués et parfois prédits. L
a synthèse du cyclobutadiène, par exem
ple, qui a longtemps défié l’ingéniosité des chim
istes, a été élucidée par les chim
istes quanticiens qui ont proposé une synthèse par voie photochimique (R
.Hoffm
an prix N
obel 1951). Depuis, les m
éthodes se sont développées en mêm
e temps que
l’informatique et la puissance des ordinateurs. L
a discipline a pu s’intéresser à tous les dom
aines de la science.
Des exem
ples dans trois domaines différents sont présentés ici :
(1) dans le domaine de la santé, nous avons étudié des m
olécules ayant une activité biologique et pharm
acologique (les isoxazolidines); (2) dans le domaine de l’environnem
ent: la dissociation-form
ation de molécules atm
osphériques (S2 O
,O3 ) est analysée à partir des
surfaces d’énergies potentielles des états électroniques les plus bas; (3) dans le domaine de
l’énergie :le principe théorique de cellules photovoltaïques hybrides à colorant est examiné.
II. Modélisation et santé
Il s’agit de l’identification à visée thérapeutique de molécules (hétérocycles) , ayant des
propriétés anti-bactériennes, anti-inflamm
atoires ou anti-tumorales. L
a modélisation
quantique aide à la compréhension des m
écanismes de synthèse(cycloaddition).
L’étude des profils réactionnels, des états de transitions (TS) et des barrières d’activation
permet de statuer sur la régio-sélectivité, la stéréo-sélectivité ou chim
io-sélectivité des processus. L
es mécanism
es sont des cycloadditions dipolaires.
219PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
a-Réaction de cycloaddition [3+
2] :
Ces réactions m
ettent en jeu : (i) une entité à trois centres : un dipôle-1,3 présentant deux sites d’attaque en position 1 et 3, l’un électrophile et l’autre nucléophile et (ii) un systèm
e à 2 centres : le dipolarophile. E
n exemple nous proposons celui de la figure 1.
Figure 1 : Addition de la nitrone avec le trifluorom
éthylène
Les structures des réactifs et des produits sont déterm
inées avec trois méthodes quantiques
différentes. La m
éthode Hartree-Fock (R
HF) qui ne tient pas com
pte de la corrélation électronique, la m
éthode perturbationnelle (MP2) qui tient com
pte d’une partie de la corrélation électronique et la m
éthode de la fonctionnelle densité (DFT
). Cette dernière se
révèle être la méthode donnant les résultats les plus en accord avec l’expérience. Il s’avère
que les deux produits d’addition sont aussi favorables l’un que l’autre. Le détail de cette
étude est développée dans la référence [1] et dans les références incluses dans cet article.L
es structures des réactifs, produits et états de transition sont décrites figure 2, le profil réactionnel figure 3.
R
éactifs:
Etats de transition
P
roduits
Figure 2 : Structures des produits, réactifs et états de transition de la réaction : les distances sont an angstrom
, les angles en degrés, les valeurs sont données pour les 3 méthodes quantiques
utilisées.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
220
Figure 3 : Profil réactionnel calculé avec les 3 méthodes quantiques.
Un cas un peu plus com
pliqué est ensuite étudié.
b-Etude du m
écanisme de la réaction de cycloaddition dipolaire-1,3 d’une nitrone
cyclique :la pyrroline-1-oxyde [2] :
Figure 4 : Cycloaddition dipolaire –1,3 de la pyrroline 1-O
xyde avec un dipolarophile substitué
Les possibilités d’additions sont au nom
bres de huit dans ce cas. Les huits m
écanismes
de la figure 5 ont été étudiés [2]. Les profils réactionnels les plus probables sont
représentés figure 6 : le produit P1 est plus favorable que P11 thermodynam
iquement et
cinétiquement ; tout à fait en accord avec l’expérience. L’étude des états de transitions
(longueurs des liaisons en formation inégales) perm
et de dire que les processus sont concertés et asynchrones. Pour plus de détails consulter la référence [2].
221PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
Figure 5 : Les huit possibilités d’addition correspondant à la réaction de la figure 4.
Figure 6 : Profil réactionnel donnant les produits P1 et P11 ( calcul B3LY
P/631G)
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
222
c-caractérisation des produits :
Il est parfois demandé aux théoriciens de caractériser les produits de synthèse. L’exem
ple présenté est celui : du tétrabutylam
monium
hexachlorostanate : [(C4 H
9 )4 N]2 SnC
l6 pour lequel nous avons déterm
iné les spectres Infra-rouge et Ram
an théoriques.
Figure 7 : Structure du tétrabutylamm
onium hexachlorostanate
Figure 8 : Spectres théoriques (à droite)et expérimentaux (à gauche) de l’hexachlorostanate
223PA
NE
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ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
L’attribution des bandes a pu être établie ( résultats en cours de publication)[6] .Un bon
accord entre théorie et expérience a été mis en évidence, en particulier pour les bandes
dans les régions de 3000 et 1500 cm-1.
Dans le dom
aine de la santé, la modélisation quantique peut donc aider à com
prendre les m
écanismes de synthèse m
oléculaire dans le but d’orienter l’expérience , de caractériser les produits de réaction et éventuellem
ent de déterminer les corrélations structures-
activités.
III. Modélisation et environnem
ent :
Dans le dom
aine de l’environnement, nous avons choisi de nous intéresser à la chim
ie atm
osphérique, à la formation et dissociation de m
olécules isovalentes à l’ ozone.
La chim
ie atmosphérique et interstellaire sont les dom
aines de prédilection de la chim
ie quantique car les molécules sont de petites tailles et étudiées en phase gazeuse.
Les m
éthodes très précises et hautement corrélées peuvent être utilisées, les états
électroniquement excités et les surfaces d’énergie potentielles (PE
S) dans les régions de dissociation des m
olécules peuvent être examinés.
Nous présentons donc l’étude de la m
olécule S2 O
[3 et 4]. Cette m
olécule est d’une grande im
portance atmosphérique. Sa form
ation (ou dissociation) à faible énergie est étudiée ici.
Les 3 asym
ptotes de dissociation de S2 O sont très proches en énergie :
SO( 3
−) +
S( 3P) 0.00 eV
SO( 1∆
) + S( 3P)
0.79 eV
S2 ( 3−
g ) + O
( 3P)
1.02 eV
D’après les règles de W
igner-Witm
er : 9 états électroniques et 27 composantes spin-orbit
sont issus de la plus basse asymptote.
Les courbes d’énergie potentielle (PE
S) de tous les états électroniques corrélant à cette asym
ptote de dissociation sont déterminées par la m
éthode hautement corrélée :M
RC
I+Q
avec des bases d’orbitales atom
iques étendues aug-cc-pVQ
Z , d’abord sans tenir com
pte du couplage spin-orbite puis en tenant com
pte du couplage spin-orbite. Des coupes m
ono-dim
ensionnelles des PES sont présentées pour les structures linéaires et pliées :
---
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
224
Figure 9 : Courbes d’énergie potentielle en approche linéaire (caculs M
RC
I+Q
/avqz)
Figure 10 : Courbes d’énergie potentielle en approche pliée (calcul M
RC
I+Q
/avqz).
Une anisotropie des surfaces d’énergie potentielles est constatée et il sem
ble que l’approche S-SO
est la plus probable. Une com
paraison est faite avec la molécule d’ozone:
on explique pourquoi un fort rayonnement U
V favorise la form
ation de cette molécule
troposphérique et stratosphérique. Ceci est dû au fort m
élanges des états électroniques que nous m
ontrons figure 11.
225PA
NE
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himie et industrie : exem
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aroc
Figure 11: Com
positions (pourcentage de singulet (S=Sz =
0)) des deux états les plus bas de sym
étrie 1A’ et 1A
» dans le groupe Cs . C
es courbes sont issues des résultats de calculs des 27 états spin-orbite.
IV. M
odélisation quantique et énergie
Dans le dom
aine de l’énergie, nous proposons une étude des mécanism
es élémentaires
dans les cellules photovoltaïques à colorants. Les m
olécules de colorants de ces cellules, stim
ulées par la lumière, produisent des charges électriques. C
es cellules permettent
de capter une plus grande partie du spectre lumineux (rouge, vert, bleu) et ont donc
un meilleur rendem
ent en lumière diffuse et incandescente. C
e sont des cellules moins
coûteuses et de plus grande durée de vie que les cellules à silicium.
Figure
12 :Représentation
schématique
d’une cellule
hybride colorant/sem
i-conducteur :
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
226
Les com
plexes de Ruthénium
(M=
Ru, L
=C
N, S
CN
, Cl, S
O) sont souvent utilisés com
me
colorants dans ce type de cellules photovoltaïques :
L’apport de la modélisation quantique sera alors de déterm
iner les longueurs d’onde d’absorption; d’étudier le processus de transfert de charge et l’adsorption des m
olécules de colorant sur la surface de T
iO2 .
Les résultats ne seront pas présentés dans cet exposé et feront l’objet d’une future
publication.
V. C
onclusion
La chim
ie quantique permet donc d’entrer dans l’intim
ité des mécanism
es réactionnel d’une part, et l’étude d’espèces à faible durée de vie difficilem
ent accessibles par l’expérience d’autre part.
Elle perm
et de comprendre et prédire les phénom
ènes;
Tout le travail du chimiste quanticien sera de trouver les m
éthodes adaptées au problème
étudié. Pour la réactivité, la méthode de la D
FT sem
ble la mieux adaptée ; pour les études
de structure, la méthode de la fonctionnelle densité et les m
éthodes Coupled C
luster (pour des m
olécules de moins de 50 atom
es) sont indiquées mais dès que l’on fait de la
spectroscopie, il faut utiliser des méthodes m
ulti-références : (MR
CI, M
RC
C)[5].
227PA
NE
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himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
Références bibliographiques
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DFT
du
mécanism
e des
reactions de
cycloaddition dipolaire-1,3
de la
C,N
-diphénylnitrone avec
des dipolarophiles
fluorés de
type éthylénique
et acétylénique’K
.Marrakchi ,O
.K.K
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bou El M
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osmus
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[6] R.G
hailane,K.M
arakchi,étude en cours
Pr. A
hmed E
L H
ASSA
NI (D
irecteur des séances)M
erci Madam
e pour ce brillant exposé. Nous allons passer à la dernière présentation
de cette séance. Je donne la parole au Pr. Abdelali R
ahmani, professeur à l’U
niversité M
oulay Ismail de M
eknès, qui va nous parler également en 20 m
n de la modélisation des
nanostructures carbonées.
229PA
NE
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ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
MO
DE
LISA
TIO
N D
ES N
AN
OST
RU
CT
UR
ES
CA
RB
ON
EE
S
Pr. A
bdelali RA
HM
AN
I
Laboratoire P
hysique des Matériaux et
Modélisation des systèm
es (UR
AC
08), PIN
AN
OU
niversité Moulay Ism
ail- Faculté des Sciences
Meknès, M
aroc
Résum
é
Depuis plusieurs années, nous nous intéressons aux propriétés physiques des
nanostructures carbonées. Dans cette présentation, notre intérêt sera porté sur la
modélisation et la sim
ulation des propriétés structurales et vibrationnelles des nanom
atériaux à base de carbone. L’accent sera mis sur les nanotubes de carbone et
leurs dérivés en phases neutre et dopée (par insertion ou substitution).
Après un aperçu sur les techniques de choix dans la m
odélisation et simulation de ces
systèmes (m
éthodes semi-em
piriques, Dynam
ique moléculaire classique, ab initio,
méthode des m
oments spectraux, etc…
), quelques résultats pertinents seront présentés. L
es réponses spectrales (IR et R
aman) des «nanopeapods» à base de fullerènes C
60/ C
70 en phase monom
ère, dimère et polym
ère ainsi que celles des nanotubes de carbone (M
onofeuillets, Biffeuillets et M
ultifeuillets) isolés et en faisceaux seront analysées en com
paraison avec les expériences réalisées.
Les systèm
es considérés font l’objet d’une intense activité de recherche sur les plans théorique, num
érique et expérimental com
pte tenu de l’importance des applications à
base de ces nanomatériaux en nanotechnologie.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
230
Introduction
La présentation des nanostructures à base de carbone, et plus particulièrem
ent des nanotubes [1] fait aujourd’hui l’objet de nom
breux ouvrages si bien que nous nous contenterons ici de rappeler ses principales propriétés en relation avec nos études.
Depuis plusieurs années, nous nous intéressons aux propriétés physiques des nanostructures
carbonées. Dans ces travaux, notre intérêt porte sur la m
odélisation et la simulation des propriétés
structurales et vibrationnelles de ces nanostructures. L’accent est mis sur les nanotubes de
carbone et leurs dérivés en phases neutre et dopée (par insertion ou substitution).
Après un aperçu sur les techniques de choix dans la m
odélisation et simulation de ces
systèmes (m
éthodes semi-/em
piriques, Dynam
ique moléculaire classique, ab initio,
méthode des m
oments spectraux, etc…
), quelques résultats pertinents sont présentés. L
es réponses spectrales (IR et R
aman) des «nanopeapods» à base de fullerènes en
phase monom
ère, dimère et polym
ère [2,3] ainsi que celles des nanotubes de carbone (M
onofeuillets [4,6] et Biffeuillets [7]) isolés et en faisceaux (en phases neutre et dopée
[8]) sont présentées en comparaison avec les expériences réalisées.
Techniques numériques
Les outils de la m
odélisation moléculaires se classent en trois catégories : les m
éthodes classiques, les m
éthodes quantiques et les méthodes sem
i-empiriques. L
es méthodes
classiques de type dynamique m
oléculaire simulent le m
ouvement des atom
es des systèm
es moléculaires et l’évolution de leur configuration spatiale à partir des équations
de la mécanique classique. D
ans cette technique, le critère d’unicité du champ de force
n’est pas établi et les corrélations électroniques sont traitées implicitem
ent, c’est pour cette raison que cette m
éthode est très avantageuse en temps de calcul. L
es méthodes
quantiques sont basées sur les lois de la mécanique quantique. C
es méthodes sont divisées
en deux grandes catégories : la méthode H
artree-Fock et la théorie de la fonctionnelle de la densité (D
FT). L
es méthodes sem
i-empiriques m
ettent en jeu des grandeurs physiques expérim
entales (empiriques). Par conséquent, ces m
éthodes sont moins précises par
rapport aux méthodes ab initio m
ais en générale plus précises que les méthodes de type
dynamique m
oléculaire classique.
Généralem
ent, deux méthodes de calcul peuvent être utilisées pour déterm
iner les propriétés vibrationnelles des systèm
es, soit par la diagonalisation de la matrice dynam
ique du système
ou par la méthode des m
oments spectraux [9]. Q
uand le système étudié contient un grand
nombre d’atom
es, comm
e dans le cas d’un faisceau fini de nanotubes de grande taille, la m
atrice dynamique est très grande et sa diagonalisation devient im
possible ou a besoin d’un tem
ps de calcul très grand. En revanche, la m
éthode de mom
ent spectraux permet de
calculer directement les réponses linéaires (les spectres R
aman, Infrarouge et de diffusion
inélastique des neutrons par exemple) des systèm
es harmoniques de grande taille, quelque
soit le type de force atomique, la dim
ension spatiale et la structure du matériau.
Form
es allotropiques du carbone
De toutes les form
es allotropiques du carbone, la présentation du graphène est indispensable puisque com
me le m
ontre la figure 1, c’est la structure qui génère :
231PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
les fullerènes par repliement si l’on introduit des pentagones pour introduire la
courbure (théorème d’E
uler),les nanotubes par enroulem
ent,le graphite par em
pilement des feuillets.
FIG. 1: L
e graphène comm
e unité de base des fullerènes (gauche), es nanotubes de carbone (m
ilieu) et du graphite (droite).
Nanotubes de carbone
FIG.2 . L’enroulem
ent est complètem
ent décrit par la connaissance du vecteur Ch correspondant à
la circonférence du tube et dont les coordonnées dans la base du graphène sont les entiers : (n, m).
Les structures tubulaires ainsi form
ées peuvent être classées en deux groupes : les nanotubes achiraux de type (n,
) dits zig-zags ( = 0°), ou encore (n,n) dits arm
chairs ( = 30°) et les
nanotubes chiraux (n,m) (avec n≠m
et 0 <
< 30°) (Figure 2).
•••
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
232
La spectroscopie R
aman s’est révélée être un outil extrêm
ement puissant dans l’étude
des propriétés vibrationnelles des nanotubes de carbone (CN
Ts) et de leurs dérivés. Le
spectre Ram
an d’un nanotube de carbone est caractérisé par trois bandes (voir figure 3) : une bande (<
500 cm-1) dite de m
odes de respiration (Radial breathing m
ode : RB
M), une
bande des modes tangentiels (T
M) en hautes fréquences (>
1500 cm-1) et une bande dite
de défaut (D) dans la région interm
édiaire au voisinage de 1500 cm-1. O
n montre que la
fréquence du mode R
BM
est inversement proportionnelle au diam
ètre du tube : R
BM
D.
Sur la figure 3, nous donnons les spectres Ram
an polarisés des nanotubes de carbone de longueur infinis. H
aut : tube (10,10), milieu : tube (17,0) et bas : tube (14,7).
FIG. 3
La spectroscopie infrarouge des nanotubes de carbone et de ses dérivés se révèle
particulièrement délicate d’un point de vue expérim
ental et beaucoup de résultats contradictoires ont été publiés. L
e but de nos études était de prévoir par simulation
les réponses infrarouges intrinsèques des nanotubes de carbone et leurs évolutions en fonction de différents param
ètres : diamètre, chiralité, longueur, nom
bre de feuillet. Ces
prédictions ont pu être confrontées aux spectres infrarouges mesurés sur des échantillons
parfaitement caractérisés.
233PA
NE
L III - C
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ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
Faisceaux de nanotubes et biffeuillets
Nous avons m
ontré l’existence de modes spécifiques liés à la m
ise en faisceaux des nanotubes m
ono- ou bifeuillet. Grâce à la m
éthode des mom
ents spectraux, nous avions pu faire une étude systém
atique sur les nanotubes bifeuillets présentant des longueurs différentes pour les tubes internes et externes. C
es systèmes ont été identifiés
expérimentalem
ent et il était indispensable, pour interpréter les données, de faire appel à des sim
ulations. La structure stable pour les différents systèm
es étudiés a été établie m
oyennant une minim
isation d’énergie. Grâce à cette étude, différents nanosystèm
es hom
ogènes (diamètre et chiralité identiques) et inhom
ogènes (diamètres et/ou chiralité
différentes) ont été identifiés. Les spectres R
aman des N
TC
s mono- et bifeuillet isolés
de taille finies/infinies et organisés en faisceau ont été calculés. L’analyse de plusieurs résultats expérim
entaux obtenus sur des échantillons de bifeuillets, à la lumière du spectre
Ram
an nonresonant calculé dans le cadre de la théorie de polarisabilité des liaisons, a été faite. G
râce à la méthode des m
oments spectraux, des bifeuillets avec une longueur
supérieure à 500 et des faisceaux contenant plus de 100 N
TC
s ont été étudiés. Les
effets de la taille finie (longueur et le nombre de tubes) ont été observés essentiellem
ent dans les régions des m
odes de respiration des nanotubes avec des modes additionnels qui
peuvent être considérés dans l’analyse des données expérimentales.
FIG. 4. Spectres R
aman calculés pour des D
WC
NT
infinis (5, 5)@(10, 10), (7, 7)@
(12, 12)et (10, 10)@
(15, 15) dans la région BL
M (haut) et T
LM
(bas).
Peapods
Nous avons étudié les caractéristiques des spectres R
aman des peapods en considérant
une phase monom
ère des molécules C
60 à l’intérieur des CN
Ts. Nous avons dém
ontré que l’arrangem
ent linéaire ou zigzag des molécules C
60 dépendent du diamètre du nanotube.
Ci-dessous (Figure 5), la représentation schém
atique des peapods montrant certains
paramètres utilisés pour l’optim
isation géométrique des m
olécules de C60 à l’intérieur du
nanotube. La lettre C
indique la position du centre d’une molécule de C
60 .
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
234
FIG. 5
Pour les deux types de peapods obtenus linéaire et zigzag, la dépendance du spectre Ram
an avec le diam
ètre, la chiralité et le taux de remplissage des tubes par les m
olécules C60 ont
été analysés. Nous avons constaté que le com
portement du m
ode de respiration RB
M
avec le diamètre des tubes est clairem
ent modifié dans les peapods. Par conséquent, la
relation linéaire entre la fréquence du mode R
BM
et l’inverse du diamètre trouvée pour
les nanotubes sera modifiée dans le cas des peapod. Sur la figure 6, nous m
ontrons la dépendance, en fonction du diam
ètre, de la fréquence RB
LM
(pour Radial B
reathing-Like
Mode) des peapods linéaire et zigzag: la com
posante haute fréquence, RB
LM
1, (étoile) et la com
posante basse fréquence, RB
LM
2, (croix). La dépendance avec le diam
ètre du mode
RB
M pour les tubes vides est égalem
ent montrée (les cercles ouverts). L
a limite (D
C ) entre les peapods linéaire et zigzag est identifiée par la ligne tirée verticale. E
ncart: les intensités correspondantes des m
odes RB
LM
1 et RB
LM
2 en fonction du diamètre des nanotubes.
FIG. 6
235PA
NE
L III - C
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ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
Récem
ment, les expériences effectuées m
ontrent qu’effectivement, les oligom
ères C60 (des
molécules C
60 collés en covalence par la réaction de cyclo-addition [2+2]) étaient clairement
identifiées dans le mêm
e genre d’échantillons de peapods. Pour confirmer cette proposition,
nous avons étudié des peapods avec des oligomères de C
60 à l’intérieur du tube.
Nanotubes nitrure de bore
Nous nous som
mes intéressés égalem
ent à la simulation de la réponse spectroscopique
en diffusion Ram
an et infrarouge des nanotubes nitrure de bore (NT
BN
s) isolés. Pour interpréter
les résultats
expérimentaux
obtenus en
diffusion R
aman
et absorption
infrarouge, nous avons fait une étude de la dynamique vibrationnelle de ces systèm
es basée sur un m
odèle dynamique de constantes de forces pour décrire les interactions
interatomiques. D
ans le cadre de la théorie de polarisabilité de liaison, nous avons calculé les spectres R
aman et infrarouge de différents systèm
es NT
BN
s de différents diamètres,
longueurs et chiralités. Grâce à la m
éthode des mom
ents spectraux, nous avons traité des systèm
es de plus 10000 degrés de libertés dans des temps raisonnables. N
otre étude de la variation des m
odes radiaux actifs en Ram
an en fonction du diamètre révèle un
comportem
ent spécifique de ces systèmes avec une forte dépendance de la chiralité. Pour
les modes actifs en IR
, nous avons trouvé que le nombre de m
odes et leurs fréquences dépendent de la longueur et de la chiralité des N
TB
Ns.
Nanotubes en B
CN
Nous nous intéressons égalem
ent à l’étude des propriétés structurales et vibrationnelles des nanotubes de carbone dopés au bore et/ou à l’azote (B
CN
). Parallèlement aux études
expérimentales, les sim
ulations des réponses de ces phases dopées sont indispensables pour déterm
iner les géométries des sites occupés et les m
odes associés aux mouvem
ents des dopants.
FIG. 7
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
236
Dopage par intercalation
L’engouement extraordinaire pour l’étude des nano objets à base de nanotubes de carbone
réside dans leurs propriétés électroniques métalliques ou sem
i-conductrices suivant la chiralité du tube. L
a maitrise de la nanoélectronique à base de nanotubes de carbone passe par
le contrôle précis de leurs propriétés électroniques. Pour atteindre ce but, il faut s’affranchir du m
élange naturel de tubes métalliques et sem
i-conducteurs. Le tri physique des tubes
n’étant pas à ce jour maitrisé, l’intercalation est une voie particulièrem
ent prometteuse.
L’intercalation avec des métaux alcalins conduit par exem
ple à des phases supra-conductrices dans le cas du graphite (réseau carboné à deux dim
ensions) ou des fullerènes (réseau carboné de dim
ension zéro) via le transfert de charge des électrons de valences du m
étal alcalin vers les nanostructures à base de carbone. Il s’agit d’étudier expérim
entalement les propriétés électroniques corrélées aux propriétés structurales des
nanotubes de carbone intercalés avec des métaux alcalins ou des halogènes.
L’étude théorique sur l’interaction d’accepteurs et/ou donneurs dans les nanotubes de carbone est très im
portante. Il s’agit de sonder l’environnement local autour de l’espèce
intercalée en utilisant la spécificité de la spectroscopie d’absorption des rayons X (SA
X).
Les propriétés électroniques sont déterm
inées par spectroscopie Ram
an (pour évaluer le transfert de charge) et par des m
esures de transport.
Conclusion
Les systèm
es considérés font l’objet d’une intense activité de recherche sur les plans théorique, num
érique et expérimental com
pte tenu de l’importance des applications à base
de ces nanomatériaux dans les dom
aines de l’énergie, de la nanoélectronique, du dessalement
des eaux de mer ou saum
âtres via des nanomem
branes à base de nanotubes, etc…
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ani and E. Flahaut, P
hys. Rev. B
74, 195425 (2006)Infrared spectroscopy of single-w
alled carbon nanotubes, K. Sbai, A
. Rahm
ani, H. C
hadli, J.-L
. Bantignies, P. herm
et and J.-L. Sauvajol, J. P
hys. Chem
B, 110, 12388-12393 (2006)
Finite-size effect on the Ram
an-active modes of double w
alled carbon nanotubes, K.
Sbai, A. R
ahmani, H
. Chadli, and J.-L
. Sauvajol, J. Phys. : Condens. M
atter 20, 2008R
aman spectrum
of single-walled boron nitride nanotube, B
. Fakrach, A. R
ahmani,
H. C
hadli, K. Sbai, J.-L
. Sauvajol, Physica E 41, 1800-1805, 2009
Nonresonant R
aman spectrum
in infinite and finite single-wall carbon nanotubes,
A. R
ahmani, J.-L
. Sauvajol, S. Rols and C
. Benoit, P
hys. Rev. B
66, 125404, (2002)
1.2.3.4.5.6.7.8.9.
237PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
DISC
USSIO
N
Pr. A
hmed E
L H
ASSA
NI (D
irecteur des séances)E
n raison du retard pris sur le timing de la séance, nous allons ouvrir le débat pendant une
dizaine de minutes avant la pause.
Pr M
ostapha BO
USM
INA
(Chancelier)
J’aimerais poser une question au Pr. R
ahmani sur le dopage du graphèm
e et des nanotubes de carbone en rem
plaçant le carbone par l’azote. Ceci est bien connu dans la littérature,
puis quand on remplace le carbone par l’azote, le bore ou par d’autres élém
ents, il y a l’angle de balance qui change et cela introduit une certaine torsion sur la feuille. J’aim
erais savoir si dans vos calculs, vous considérez que la feuille reste plane ou bien vous avez une certaine torsion qui va changer l’ensem
ble des propriétés?
Deuxièm
e question, et j’aimerais avoir votre avis là-dessus, c’est un problèm
e auquel nous étions confrontés, au m
ême titre que toute la com
munauté scientifique, c’est de
déterminer les propriétés m
écaniques de ces nanotubes de carbone. On retrouve dans la
littérature des chiffres notamm
ent concernant le module. L
e module c’est la contrainte
divisée par la déformation, la contrainte étant une force par unité de surface, or le nanotube
de carbone n’est pas plat. Est-ce que si je veux calculer un m
odule, ce n’est pas préférable d’utiliser la notion de force, la constante de R
ider ou bien si je veux comparer avec les
choses classiques qui sont connues dans la mécanique, est-ce que je peux parler d’un
module de nanotube de carbone? M
erci.
Pr. A
bdelali RA
HM
AN
I (Université M
oulay Ismail, M
eknès)Pour ce qui concerne le graphèm
e, ce que nous avons fait que ce soit pour le bore ou pour l’azote, il y a peu de résultats expérim
entaux. Il faut travailler avec les grands systèmes
pour que ça ait un sens. On se rabat donc sur les m
éthodes classiques en tenant compte
des interactions entre les atomes dans ces conditions-là.
Pr M
ostapha BO
USM
INA
(Chancelier)
Si je prends un nanotube de carbone, je remplace un carbone par un azote, vu que l’azote
est en hybridation SP2. Nous, nous avons fait l’expérience, nous avons des résultats. Si
l’azote est intercalé dans les nanotubes de carbone, on n’a plus les structures hexagone-hexagone. N
ous avons des hexagones qui sont juxtaposés avec des heptagones et avec des pentagones. O
n obtient un nano-ressort au lieu d’un nanotube de carbone. Je voulais avoir votre opinion là-dessus.
Pr. A
bdelali RA
HM
AN
I (Université M
oulay Ismail, M
eknès)Par rapport aux nano-ressorts, là aussi, on a essayé de faire de la m
odélisation. Le problèm
e qui se pose c’est le calcul des interactions inter-faciales et cela pose un problèm
e de m
odélisation pour définir les étages.
Pr. D
riss OU
AZ
AR
(collège)M
a question s’adresse au Pr. Ziad concernant les m
odèles à compartim
ents. Est-ce
que vous pouvez détailler un peu plus ce concept, le choix des compartim
ents et leur signification par rapport aux individus et puis com
ment vous faites votre calibrage et
votre validation dans les modèles m
écanistiques?
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
238
Pr. Taib Z
IAD
(Université de G
öteborg, Suède)T
his type of modeling is a classical one. It also corresponds to a probabilistic approach
which uses M
arkov models and in a sense it is a very sim
ple approach which uses
linear rates between the different com
partments. N
ow, exactly w
hat a compartm
ent is, that depends on the application. It depends on the substance that you take and w
hat you expected to do once it enters the body. In the very sim
plest case, you just inject something
directly into the blood and then you consider that the whole blood system
is one single com
partment and you are interested in how
much of it w
ill remain after som
e time. If you
are interested in other ways of adm
inistration and other substances, you may w
ant to use several com
partments.
One exam
ple that I can tell you a little bit about that might be fam
iliar to you is what
happens in diabetes patients. In that case you have the blood system but you have also the
muscles. E
ither you inject for example glucose or som
ething else, there will be glucose
in the blood and depending on how m
uch insulin there is, that glucose will be transferred
to the muscle cells. In that case you have tw
o compartm
ents and two things that you
want to m
odel, the glucose and the insulin. So exactly how it looks, that depends really
on the application, so you can be simple but you can also be very com
plicated. This is
a very classical technique, which som
etimes can be over-sim
plistic, that depends on the situation.
Pr. A
hmed E
L H
ASSA
NI (D
irecteur des séances)N
ous allons continuer avec la comm
unication du Pr. Ali B
oukhari, qui est mem
bre de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et Techniques et professeur à l’Université Ibn Tofaïl
de Kénitra. Il va nous perler des «aspects physico-chim
iques des mortiers de cim
ents à ajout de colorants m
inéraux et valorisation des déchets de caoutchouc».
239PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
ÉT
UD
E P
HY
SICO
-CH
IMIQ
UE
DE
MO
RT
IER
SD
E C
IME
NT
S A A
JOU
TS
DE
CO
LO
RA
NT
S MIN
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AU
X E
T D
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OU
DR
ES
DE
CA
OU
TC
HO
UC
Pr. A
. BO
UK
HA
RI 1, P
r. A. D
IOU
RI 1, P
r. M. ID
RISSI 1,
Pr. H
. EZ
-ZA
KI 1, P
r. S. K. B
ER
NA
RD
2, Pr. D
. DA
MID
OT
3
1Laboratoire de C
himie du Solide A
ppliquée, Faculté des Sciences,
2Laboratoire de G
énie Civil et G
énie Mécanique, IN
SA de R
ennes,3D
épartement de G
énie Civil et E
nvironnemental, E
cole des M
ines de Douai,
Introduction
Dès l’aube du X
Xèm
e siècle, les matériaux cim
entaires (Bétons, cim
ents, ..) ont connu un essor et un développem
ent ininterrompus, dans les travaux publics com
me dans le
bâtiment. A
ujourd’hui, deuxième substance consom
mée par l’hom
me après l’eau, le béton
a fait preuve d’un potentiel mécanique et esthétique exceptionnel. C
e développement est
d’abord dû au progrès technique, stimulé par la recherche, notam
ment sur les m
oyens d’optim
iser les compositions et la m
ise en adéquation de nouveaux ajouts spécifiques dans le but d’augm
enter les performances de qualité et d’esthétique.
Les ajouts ont été introduits dans la com
position des matériaux cim
entaires il y a déjà plusieurs décennies. Incorporés à faible dose, ils m
odifient leurs caractéristiques à l’état frais et/ou à l’état durci. L
es effets recherchés touchent principalement l’ouvrabilité et la
cinétique de prise et/ou de durcissement.
Le défi relevé de nos jours est de parvenir à élever le niveau global des qualités spécifiques.
Les nouveaux m
atériaux cimentaires doivent offrir tout ensem
ble : des résistances m
écaniques exceptionnelles, un aspect de surface remarquable, une plus grande facilité
de mise en œ
uvre avec des possibilités de valorisation de sous-produits de différentes origines. L
a qualification de ces propriétés se définit à travers toute une gamm
e d’essais, d’études, de convenances et de contrôles, réalisés sur les m
atériaux frais et durcis.
Les problém
atiques abordées dans cette comm
unication se rattachent essentiellement
à des aspects relativement nouveaux et non cités dans la littérature; le prem
ier est lié à la perm
éabilité des matériaux cim
entaires sous l’influence de l’ajout de colorants en présence de T
iO2 et le second à la valorisation au sein de différentes m
atrices cimentaires
de sous-produits issus de pneus usés.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
240
L’étude de l’influence de deux colorants minéraux, l’un jaune contenant de l’hydroxyde
de fer (FeO (O
H)) et l’autre bleu à base de Tellurate de m
anganèse (MnTe
2 O5 ), est réalisée
sur des mortiers de cim
ent Portland en présence de l’oxyde de titane TiO
2 . Cet oxyde est
le pigment blanc le plus utilisé com
me colorant, il n’est pas toxique et a rem
placé la céruse, à base de Plom
b. Il est obtenu à partir du minerai de T
itane, chimiquem
ent inerte et insoluble pratiquem
ent dans tous les liquides à l’exception des acides concentrés.
Plusieurs chercheurs
ont introduit
le T
iO2
dans les
matériaux
cimentaires
comm
e photocatalyseur pour la dégradation des polluants de l’atm
osphère comm
e (NO
x , SOx ou
NH
3 ) [1,3]. L’oxyde de titane situé sur les surfaces des bétons peut piéger des molécules
volatiles sous l’effet photoélectrique de l’ensoleillement. L
a génération de paires électron-trou par l’absorption de photons d’énergie perm
et aux porteurs de charge de réagir avec les espèces chim
iques en surface du matériau, l’électron donnant lieu à une réduction et le trou à
une oxydation. Les m
écanismes de recom
binaison des paires électrons-trous photogénérées sont reconstitués par les cycles d’ensoleillem
ent. Divers auteurs [1,2] ont rapporté que des
concentrations de 4,5 à 5% en m
asse de TiO
2 pourraient être incorporées dans le clinker sous form
e normale. L
es quantités non incorporées peuvent conduire à la formation de phases
CaO
TiO
2 , 2CaO
TiO
2 et 3CaO
TiO
2 [4,6]. La présence de petites quantités (<5%
) en TiO
2 augm
ente, apparemm
ent, l’activité hydraulique du ciment [6]. L’augm
entation de l’activité peut être attribuée à la déform
ation des réseaux cristallins d’alite et de bélite résultant de la substitution de l’ion Si 4 + par T
i 4+ et la formation de solutions solides [6,7].
L’objectif de cette étude est d’évaluer expérimentalem
ent l’influence de poudres minérales
de colorants jaune et bleu et TiO
2 , sur les propriétés d’un mortier de cim
ent Portland. Le
travail consiste à comparer les tem
ps de prise, les caractéristiques de perméabilité et les
résistances mécaniques des échantillons des m
ortiers étudiés.
La deuxièm
e étude concerne la comparaison du com
portement de poudres de caoutchouc
issues de pneus usés dans des mortiers à base de cim
ent Portland ou de ciment
sulfoalumineux. Il est com
muném
ent connu que les volumes de déchets de caoutchouc
issus de vieux pneus sont en perpétuelle croissance et causent de vrais problèmes
environnementaux. A
près leur utilisation, les pneus ne perdent pas plus de 1% de leur
initial volume [8,9]. C
es déchets ne sont pas facilement biodégradables, ils sont souvent
abandonnés dans des décharges ou brûlés sous conditions contrôlées ou non et peuvent donc causer des pollutions considérables de l’air. L
a réutilisation de caoutchouc en cimenteries
comm
e combustible est aussi un m
oyen d’améliorer ce type de valorisation de déchets
[10-12]. Diverses références citent les réutilisations des pneus usagés dans les dom
aines du génie civil, com
me pour les couches de base des routes en béton ou en asphalte [13,14].
Malheureusem
ent, la plupart des recherches sur l’utilisation du caoutchouc des pneus non traité dans les m
atériaux cimentaires on m
ontré que l’adhérence entre la pâte de ciment
et les particules de caoutchouc est faible [15,16]. La plupart des études publiées sur les
agrégats de caoutchouc ont porté sur leur utilisation et leurs propriétés comm
e ajout avec les cim
ents Portland, tandis que leur utilisation en ciments sulfo-alum
ineux restent très rares [17]. L
e but de cette étude est de caractériser le comportem
ent des particules de caoutchouc ajoutées aux m
ortiers à base de ciments sulfo-alum
ineux comparés à ceux
obtenus avec du ciment Portland. L’effet sur les propriétés m
écaniques et les variations volum
iques sont d’abord déterminés. L
a diffraction des rayons X et la m
icroscopie
241PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
électronique par analyse ED
AX
, sont utilisées pour caractériser l’interface entre la pâte de cim
ent et les granulats de caoutchouc.
1. Caractérisation de m
ortiers de ciment P
ortland à ajouts de colorants et T
iO2
1.1. Préparation des échantillons
Plusieurs formulations ont été préparées pour identifier et caractériser les phases et les
propriétés des échantillons : - un m
élange de clinker et de colorant seul. - un m
élange de clinker avec 5% de colorant et 1%
de TiO
2 . - un m
élange de clinker avec 5% de colorant et 3%
de TiO
2 .
Les m
ortiers sont préparés à partir de ces mélanges, contenant séparém
ent les colorants bleu et jaune, et l’ajout de sable standard. L’hydratation est réalisée avec un rapport E
au/Solide = 0,5 et les pâtes sont conservées à l’air et caractérisées après un jour et
sept jours. L’hydratation est arrêtée avec un alcool (éthanol). Les m
oules sont réalisés selon les norm
es AFN
OR
. (cylindriques de longueur 8 cm et diam
ètre de 4 cm) A
près dém
oulage, les échantillons sont conservés dans de l’eau pendant 14 jours, puis séchés dans un four à 105°C
pendant 2 jours, pour être ensuite soumis aux tests de perm
éabilité et des résistances m
écaniques.
1.2. Résultats
1.2.1. Caractérisation par diffraction des rayons X
L’analyse des matières prem
ières utilisées est reportée dans le tableau 1. Elle m
ontre que le clinker utilisé est com
posé des quatre phases normales qui sont l’alite (3C
aO, SiO
2 ), la bélite (2C
aO, SiO
2 ), la célite (3CaO
, Al2 O
3 ) et la ferrite (4CaO
, Al2 O
3 , Fe2 O
3 ) avec une proportion m
ajeure d’alite. Les colorants sont constitués essentiellem
ent de carbonates de calcium
de variétés différentes et de faibles pourcentages de pigments. L’oxyde de T
itane analysé, m
ontre qu’il est constitué de 100% de T
iO2 de form
e anatase.
Tableau 1 : Analyse par D
iffraction des rayons X des m
atières anhydres utilisées
Matière analysée
Phase m
inérale identifiée%
de la phase/matière
Clinker
Alite C
3 S46.4
Bélite C
2 S35.8
Celite C
3 A14.3
Ferrite C4 A
F3.5
Colorant bleu
CaC
O3
98.5
MnTe
2 O5
1.5
Colorant Jaune
CaC
O3
76
MnTe
2 O5
24
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
242
1.2.2. Déterm
ination des temps de prise
L’objectif de l’essai est de déterminer l’ouvrabilité des m
élanges, par la mesure des
temps de début et de fin de la prise. L
e dispositif expérimental est l’appareil de V
icat qui m
esure, sous l’effet d’une charge, le temps d’enfoncem
ent d’une aiguille quand elle s’arrête à une distance de la surface de la pâte de l’échantillon. L
es résultats sont exprimés
en minutes dans le Tableau 2.
Tableau 2 : Résultats du test de V
icat pour les échantillons à 1% en T
iO2
Echantillon
Mélange sans ajout
Mortier bleu
Mortier jaune
Début de prise
5h40mn
5h50mn
5h10mn
Fin de prise8h30
8h508h20
Temps de prise
170 mn
180mn
190mn
Ces résultats indiquent que les m
ortiers restent dans les normes connues d’ouvrabilité qui
dépassent cinq heures. Les tem
ps de prise pour tous les échantillons sont de l’ordre de trois heures avec un prolongem
ent de 10 mn pour l’échantillon bleu et de 20 m
n pour le jaune. L
a prise pour le mortier jaune étant plus précoce. C
es variations sont très minim
es et n’influencent donc pas sur les propriétés d’ouvrabilité des m
ortiers.
1.2.3. Mesure de la perm
éabilité apparente
Le principe de la m
esure est de maintenir une différence de pression constante de gaz,
l’hélium, entre les deux extrém
ités de l’éprouvette échantillon et mesurer le flux de
gaz résultant. La déterm
ination de la perméabilité est basée sur la m
esure du débit pour obtenir un gradient de pression donnée. Par la suite, la perm
éabilité apparente aux gaz est calculée à partir du flux global des gaz à travers l’échantillon. E
lle est mesurée par
application directe de la loi de Darcy. L
es résultats pour les deux échantillons, avec les deux colorants, jaune et bleu, sont reportés dans les figures 1et 2.
Figure 1 : Perméabilité du m
ortier jaune avec 1% et 3%
de TiO
2
243PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
Figure 2 : Perméabilité du m
ortier bleu avec 1% et 3%
de TiO
2
Le résultat global peut se résum
er au fait que la perméabilité apparente est considérablem
ent réduite par les faibles pourcentages de T
iO2 , pour les deux colorants. E
lle reprend des valeurs plus grandes avec l’augm
entation du % en T
iO2 .
1.2.4. Mesure de la résistance à la com
pression
Il s’agit de définir la qualité de résistance mécanique d’un m
ortier durci dans les conditions définies au préalable. L
es échantillons sont soumis à une charge croissante jusqu’à la
rupture. La résistance à la com
pression est le rapport entre la charge de rupture et la section de l’échantillon.
La com
paraison des résultats obtenus, pour les échantillons avec et sans colorant et pour différents pourcentages de T
iO2 ajouté, est illustrée par les figues 3 et 4.
Figure 3 : Résistance à la com
pression du mortier jaune avec 1%
et 3% de T
iO2
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
244
Figure 4 : Résistance à la com
pression du mortier bleu avec 1%
et 3% de T
iO2
Nous rem
arquons, avec cette étude, des résistances mécaniques déterm
inées à court term
e, 14 jours, que les résistances sont améliorées pour les deux colorants en fonction
du pourcentage ajouté de TiO
2 . Les teneurs élevées en T
iO2 apportent les m
eilleures résistances. L
e colorant jaune donne des valeurs relativement élevées par rapport au
bleu.
2. Adhérence des particules de caoutchouc aux m
ortiers des cim
ents sulfo-alumineux
2.1. Caractérisation des m
atériaux de départ
Le sable utilisé est conform
e aux normes et présente une densité absolue de l’ordre de
2,65 g/cm3 et la taille des grains inférieure à 2 m
m. L
e caoutchouc utilisé pour cette étude provient du broyage des pneus usés avec une densité absolue de l’ordre de 1,2 g/cm
3, les granulats correspondants ont des tailles inférieures à 1,6mm
. La com
position m
inéralogique du ciment sulfo-alum
ineux (CSA
) utilisé est déterminée par diffraction
des rayons X (Tableau 3). L
a distribution en taille des particules du ciment m
ontre une granulom
étrie maxim
ale autour de 100 μm
.
Tableau 3. Com
position minéralogique du cim
ent sulfo-alumineux
C4 A
3 SC
2 SC
3 FTC
12 A7
PericlaseC
SQ
uartz
++
++
++
++
+-
++
+ : grande quantité, +
+ : m
oyenne quantité, + : faible quantité, - : traces
C4 A
3 S: Ca
4 Al6 SO
16 , C2 S=
Ca
2 SiO4 , C
3 FT=
Ca
3 Fe2 T
iO8 , C
12 A7 =
Ca
12 Al14 O
33 , Periclase= M
gO,
CS=
CaSO
4 , Quartz=
SiO2 .
Les m
ortiers de ciment P
ortland utilisés comm
e référence ont été préparés à partir de cim
ent comm
ercial CPA
CE
M I 42,5 (F
R196-1) dont la m
asse volumique de
3100 kg/m3.
245PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
2.2. Expérim
entation
Les m
ortiers sont préparés par le remplacem
ent d’une fraction de sable par une quantité sim
ilaire de granulats de caoutchouc dans les proportions 0%, 20%
, 30% com
me indiqué
dans le Tableau 4. Des éprouvettes prism
atiques de (40 mm
x 40 mm
x 160 mm
) sont préparées et gardées à l’hum
idité relative de 98% (nom
mées H
R) ou à l’air à 20°C
(hum
idité < 60%, nom
mées A
ir) pendant 28 jours. Le rapport E
au/Cim
ent est modifié pour
assurer la faisabilité pour les différentes proportions de granulats de caoutchouc, ce dernier a une grande influence sur la m
aniabilité des mélanges. L
es essais de gonflement et de
retrait sont effectués conformém
ent à la norme européenne N
FP 15-433 [18]. Les essais de
compression et de flexion ont été effectués conform
ément à la norm
e européenne EN
196-1[19]. L’analyse m
inéralogique des ciments et des m
ortiers est effectuée par diffraction des rayons X
sur un appareil Siemens D
5000 utilisant la longueur d’onde (1.54Å) du C
uivre.
Tableau 4 : Com
position des mortiers
Proportions de C
aoutchouc (%)
Cim
ent (g)Sable (g)
Eau (g)
E/C
Caoutchouc(g)
0450
1350225
0.50
20450
1080207
0.5122.3
30450
945 279.2
0.65183.4
2.3. Résultats et discussion
2.3.1. Diffraction des rayons X
La figure 5 m
ontre les spectres DR
X des m
ortiers CSA
contenant 30% de caoutchouc placé
dans différentes conditions de durcissement (A
ir et HR
). Nous observons la présence de
la calcite CaC
O3 , (d =
3.028Å), de quartz SiO
2 , (d = 4.248Å
, 3.341Å, 2.45Å
et 1,815), et la Y
eelimite C
4 A3 S (d =
3,75, 2.65 Å et 1.815Å
). Cette phase disparaît lorsque le m
ortier est placé dans des conditions d’hum
idité relative de 98%, ce qui explique sa transform
ation à l’’ettringite C
6 AS
3 H32 (d =
9.748Å) [20]. L
e mortier contenant les granulats de caoutchouc
montre une prédom
inance de la calcite CaC
O3 et du quartz [21].
Figure 5: Spectres DR
X des m
ortiers CSA
contenant 30% de caoutchouc
et placés dans l’air et l’humidité relative de 98%
.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
246
2.3.2. Tests de retrait et gonflement
Les résultats des essais de retrait et de gonflem
ent sont représentés dans les figures 6 et 7. L
es tests ont été réalisés dans des conditions différentes (de l’air et à 98% H
R).
La conservation du m
ortier de référence CSA
sans caoutchouc, à 98% d’hum
idité (HR
) indiqué, après 12 jours, un retrait d’environ 400 μ
m / m
alors que l’échantillon avec 30%
d’inclusion de caoutchouc ne dépasse pas 270μm
/ m de retrait. L
es mêm
es observations ont m
ontré, pour l’échantillon conservé à l’air, que le mortier sans caoutchouc affiché une
contraction plus prononcée par rapport aux mortiers contenant des granulats de caoutchouc,
pour lesquels les valeurs de retrait ne dépassent pas 250μm
/ m. C
ette différence pourrait être due à la souplesse de la m
atrice en présence de caoutchouc en raison de son caractère d’élasticité. L
es comparaisons des m
ortiers à base de ciment sulfo-alum
ineux affichent, d’une façon générale, des retraits m
oins importants que ceux à base de cim
ent Portland (Figure 7).
Figure 6: Variation des longueurs des m
ortiers C
SA-C
aoutchouc conservés à 98% d’hum
idité relative
Figure 7: Com
paraison des retraits entre les m
ortiers CSA
et Portland, à l’air.
2.3.3. Résistances m
écaniques
Les résistances à la com
pression et à la flexion, à 28 jours, ont été mesurées (Tableau
5). Les résultats m
ontrent une diminution de la résistance à la com
pression pour les m
ortiers contenant du caoutchouc granulé. Pour les échantillons à base de CSA
et 30%
de caoutchouc, nous observons une perte de résistance à la compression d’environ 75%
, alors que la perte de résistance en flexion est de l’ordre de 50%
. Ces résultats sont en bon
accord avec les conclusions d’études précédentes faites par Toutandji et al. [22] qui ont utilisé des copeaux de pneus en caoutchouc en tant que substituant d’agrégats m
inéraux secondaires dans les bétons de cim
ent Portland. Ils ont montré que la dim
inution de la résistance à la com
pression, n’est pas linéaire, en fonction de l’augmentation du volum
e de caoutchouc, elle dim
inue plus rapidement que la résistance à la flexion. G
oulias et al. [23] ont attribué ces observations aux effets de com
pressibilité des particules de caoutchouc générant des forces contraires locales, et aux problèm
es de mauvaise adhérence du
caoutchouc à la matrice cim
entaire.
La com
paraison des résultats, obtenus avec différents ciments Portland (Tableau 5),
aux données des références [24] et [25]), indique que la diminution de la résistance à
247PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
la flexion est tout au plus de 50%, ce qui est com
parable aux mortiers à base de cim
ent sulfo-alum
ineux. Par contre, la diminution relative de la résistance à la com
pression est plus grande pour les m
ortiers à base de CSA
.
Tableau 5 : Résultats des résistances à la com
pression et flexion, à 28 jours, pour les m
ortiers à base de CSA
comparés aux valeurs de la littérature pour les cim
ents Portland.
Volum
e du C
aoutchouc incorporé
Résistance à la flexion (M
pa)R
ésistance à la compression (M
pa)M
ortier (C
SA-C
aoutchouc)M
ortier (Portland-C
aoutchouc)M
ortier (C
SA-C
aoutchouc) M
ortier (Portland-C
aoutchouc)
Ce travail
[24][25]
Ce travail
[24][25]
06.63
3.13.38
51.5433.62
82.5
204.04
1.913.67
20.4625.43
34
303.38
1.453.42
12.0919.25
19
2.3.4. Microscopie électronique à balayage
L’examen au m
icroscope électronique à balayage a été effectué sur le mortier C
SA-
Caoutchouc (30%
) durci à 98% H
R, après 28 jours, en utilisant FE
I Quanta 200 SE
M. L
es m
icrographies représentées sur la figue 8 correspondent au mortier Portland-C
aoutchouc (30%
) [24] et au mortier C
SA-C
aoutchouc (30%) de ce travail. L
es observations montrent
globalement, la form
ation des phases hydratées des ciments.
Figure 8 : Micrographes électroniques des m
ortiers CSA
et Portlandcontenant 30%
de caoutchouc au grossissement 700 X
.
Cet exam
en montre clairem
ent, que dans le cas du mortier Portland-C
aoutchouc, les agrégats de caoutchouc avaient une m
auvaise adhérence, induite par l’apparition d’un espace prononcé alvéolaire entre la pâte de cim
ent et les granulats en caoutchouc. Par contre, pour les m
ortiers CSA
-Caoutchouc, les agrégats de présentent une m
eilleure adhérence à la pâte. C
ela pourrait expliquer pourquoi la valeur de la résistance à la flexion des m
ortiers de caoutchouc à base de CSA
est restée élevée par rapport aux mortiers de
ciment Portland.
L’analyse ED
AX
et les observations ME
B des échantillons observés au grossissem
ent 2756X
est représentée sur la figure 9. Cette analyse m
ontre une forte adhérence des phases cim
entaires hydratées, en particulier des aiguilles de l’éttringite, au granulat de caoutchouc. O
n peut attribuer ce résultat à une meilleure affinité entre les hydrates des
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
248
CSA
et les granulats de caoutchouc. Une tendance sim
ilaire a été rapportée antérieurement
pour des mortiers (m
acro-defect-free) [26].
Figure 9 : Micrographie et analyse E
DA
X du m
ortier CSA
-Caoutchouc (30%
) au grossissem
ent 2756 X.
3. Conclusion
Ce travail nous a perm
is d’aborder des études préliminaires sur des problém
atiques qui se rattachent essentiellem
ent à des aspects liés aux caractères de perméabilité et d’esthétique
des matériaux cim
entaires, sous l’influence d’ajouts spécifiques non coûteux et qui peuvent jouer un rôle im
portant dans la préservation de l’environnement. N
ous avons étudié, dans le prem
ier cas, l’ajout de colorants en présence de TiO
2 et la valorisation au sein de différentes m
atrices cimentaires de sous-produits issus de pneus usés, dans le
deuxième cas.
Nous pouvons conclure que l’ajout, dans les m
ortiers, de colorant bleu ou jaune à un taux fixe de 5%
en masse et faible pourcentage de T
iO2 (1%
en masse), n’a pas une grande
influence sur l’ouvrabilité des mortiers frais ni sur leurs tem
ps de prise. Par contre il contribue positivem
ent à la diminution de leurs perm
éabilités au gaz par rapport aux m
ortiers sans ajout. Cela peut être interprété par une dim
inution de l’inter-connectivité des pores dans la m
atrice durcie.
L’ajout de granulats de caoutchouc, issus de pneus usés, aux mortiers de deux cim
ents différents Portland et sulfoalum
ineux, montre, pour les deux cas, une réduction des
résistances à la compression et à la flexion. L
a diminution relative de ces résistances
semble être plus grande pour les échantillons obtenus avec le C
SA dont les retraits sont
moins im
portants. Les observations m
icroscopiques montrent une m
eilleure adhérence entre les granulats de caoutchouc et les phases hydratées durcies, confectionnées avec le C
SA.
249PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
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hmed E
L H
ASSA
NI (D
irecteur des séances)M
erci Pr. Boukhari, nous enchaînons avec la dernière com
munication de la journée qui
sera donnée par le Pr. Abderrahim
Maazouz qui est m
embre de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et Techniques et égalem
ent professeur à l’Université C
laude Bernard de
Lyon en France. Sa comm
unication traitera du «développement de m
atériaux polymères
biosourcés pour des applications à haute valeur ajoutée».
251PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
HO
W T
O IM
PR
OV
E P
RO
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AC
ID (P
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A. M
AA
ZO
UZ
1,3*, K. L
AM
NA
WA
R 2, B
. MA
LL
ET
1,1L
MM
/IMP, U
MR
CN
RS #5223, U
niversité de Lyon-INSA
-Lyon, 20 Avenue Albert E
instein, G
roupe de Recherche pluridisciplinaire en P
lasturgie/GR
PP
-INSA
de LYO
N-F
rance2 L
aboratoire de Mécanique des C
ontacts et des Structures-Université de L
yon, CN
RS,
INSA
-Lyon, L
aMC
oS UM
R C
NR
S#5259, Groupe de R
echerche Pluridisciplinaire en
Plasturgie, F
69621, France
3Hassan II A
cademy of Science and Technology, R
abat, Morocco
Corresponding A
uthor E-m
ail : abderrahim.m
Polymers abound in nature. W
ood, leaves, fruits, seeds and animal furs all contain
natural polymers. B
io-based polymers have been used for food, furniture and clothing
for thousands of years. The first artificial therm
oplastic polymer “celluloid” w
as invented in the 1860s. Since then, num
erous new com
pounds derived from renew
able resources have been developed. H
owever, m
any of the inventions related to bio-based polymers
made in the 1930s and 1940s rem
ained at the laboratory stage and were never used for
comm
ercial production. The m
ain reason was the discovery of crude oil and its large
scale industrial use for synthetic polymers since the 1950s. Today, public concern about
the environment, clim
ate change and limited fossil fuel resources are im
portant drivers for governm
ents, companies and scientists to find alternatives to crude oil. B
io-based polym
ers may offer im
portant contributions by reducing the dependence on fossil fuels and the related environm
ental impacts.
In the past two decades bio-based polym
ers have experienced a renaissance. Many new
polym
ers from renew
able feedstocks were developed. For exam
ple, starch, i.e. a naturally occurring polym
er, was re-discovered as plastic m
aterial. Other exam
ples are PLA
that can be produced via lactic acid from
fermentable sugar and PH
As w
hich can be produced from
vegetable oil next to other bio-based feedstocks. The developm
ents in the past five years in em
erging bio-based polymer m
aterials are spectacular from a technological point of
view. M
any old processes have been revisited, such as the chemical dehydration of ethanol
which leads to ethylene, an im
portant intermediate chem
ical which can be subsequently
converted into polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PV
C) and other m
aterials. Moreover,
recent technology breakthroughs substantially improved the properties of novel bio-based
polymers, such as heat-resistance of PL
A, enabling a m
uch wider range of applications.
For numerous types of polym
er materials, first of- its kind industrial plants w
ere recently set up and the optim
ization of these plants is ongoing. Hence, w
e are at the very beginning
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
252
of the learning curve. Some of the plant capacities are still rather sm
all when com
pared to petrochem
ical plants (e.g. the capacity of Tianan’s PH
A plant is only 2 kt), but others are
very sizable (e.g. Dow
-Crystalsev’s biobased PE
plant will have a capacity of 350 kt). W
ith grow
ing demand for bio-based polym
er materials, it is probably just a m
atter of time until
turn-key plants with large capacities w
ill be comm
ercially available for more bio-based
polymers, thereby allow
ing substantially accelerated growth.
The subject of this talk is bio-based and biodegradable polym
ers. They are defined as
man-m
ade or man-processed organic m
acromolecules derived from
biological resources and for high tech applications.
INSA
de Lyon has a strong expertise on compounding and processing of biodegradable
materials based on PL
A for biom
edical and packaging applications. Since 2008, our laboratory, IM
P UM
R C
NR
S#5223, started to work on this field w
ith a fundamental
approach. A several studies have been carried out concerning the characterization,
compounding and processing of biobased and biodegradables m
aterials.
The focus of this paper deals w
ith (i) presentation of an overview of the biobased
polymers and especially PL
A (ii) attem
pting to comprehend either how
to improve the
physico-chemical, structural and processing properties of this em
erging biodpolymer.
The illustrations and experim
ental results are presented in the appendix- Slides of the plenary session February 2011)
Introduction
The grow
ing interest in a sustainable development has not spared the plastics industry. T
his new
concern is driven by both economical and environm
ental issues. The m
ain industrial preoccupation is the production cost, w
hich is directly linked to the price of raw m
aterial. A
s synthetic polymers are based on oil, the depletion of this resource and its inherent
price fluctuation lead producers to search for alternatives. The use of raw
materials issued
from agriculture is thus a prom
ising solution to reduce the oil dependence [1, 2]. The
second impacting factor is the durability of plastics w
hich could be in accordance with
a sustainable development if the average lifetim
e of final products was m
ore than a few
days. Over-packaging, unrecycled plastics or packaging throw
n in the nature are some
factors responsible for the land and sea dispersion of plastics [ 3-6]. This pollution by
“inert” polymers w
as recently reported to have a potential impact on all w
ildlife [7, 8].
The bio-based plastics as reported in the literature include starch plastic, cellulose polym
ers and plastics, PL
A (polylactic acid), PT
T (polytrim
ethylene terephthalate), PA (polyam
ides), PH
A (polyhydroxyalkanoates), PE
(polyethylene), PVC
(polyvinylchloride), and other polyesters (e.g. PB
T [polybutylene terephthalate], PB
S [polybutylene succiniate], PET
[polyethylene terephthalate] and PE
IT [polyehthylene-coisosorbite terephthalate]), PU
R
(polyurethane) and thermosets (e.g. epoxy resins). For each of these plastics, the bio-based
production routes, material properties, technical substitution potentials, applications today
and tomorrow
, emerging producers and w
herever possible, costs, were described. W
ith such concerns, a large am
ount of studies in the fundamental as w
ell as in the industrial dom
ain has during the last decades been focused on biobased and biodegradable polymers.
These investigations have m
ainly been dedicated to short-life applications such as food
253PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
packaging [9]. Worldw
ide research programs have thus led to chem
istry coming together
with agro-science for the production of biopolym
ers. As a result, several biobased and/or
biodegradable polymers such as poly (
-caprolactone) (PCL
), poly (hydroxyalcanoate) (PH
A), poly (butylene succinate) (PB
S) and poly (lactic acid) (PLA
) have been deeply investigated, but have, so far, variable industrial viabilities.
The global capacity of em
erging bio-based plastics at 0.36 Mt (m
illion metric tonnes) by
the end of 2007. This is approxim
ately 0.3% of the w
orldwide production of all plastics
(dominated by petrochem
ical plastics). The current production capacity of bio-based
plastics is even smaller com
pared to “conventional bioproducts”: they represent only 2%
of the global production of established bio-polymers (20 M
t; comprising cellulose
polymers, alkyd resins and non-food starch w
ithout starch for fuel ethanol) and only 0.1%
of the world paper and board production. H
owever, the m
arket of emerging bio-based
plastics has been experiencing rapid growth. From
2003 to the end of 2007, the global average annual grow
th rate was 38%
. In Europe, the annual grow
th rate was as high as
48% in the sam
e period.
The total m
aximum
technical substitution potential of bio-based polymers replacing their
petrochemical counterparts is estim
ated at 270 Mt, or 90%
of the total polymers (including
fibres) that were consum
ed in 2007 worldw
ide. It will not be possible to exploit this technical
substitution potential in the short to medium
term. T
he main reasons are econom
ic barriers (especially production costs and capital availability), technical challenges in scale-up, the short-term
availability of bio-based feedstocks and the need for the plastics conversion sector to adapt to the new
plastics. Nevertheless, this exercise show
s that, from a technical point of
view, there are very large opportunities for the replacem
ent of petrochemical by bio-based
plastics. As show
n in Figure 1, the worldw
ide capacity of bio-based plastics, according to com
pany announcements, w
ill increase from 0.36 M
t in 2007 to 2.33 Mt in 2013 and to
3.45 Mt in 2020. T
his is equivalent to average annual growth rates of 37%
between 2007
and 2013 and 6% betw
een 2013 and 2020. In 2007, the most im
portant products in terms
of production volumes w
ere starch plastics (0.15 Mt) and PL
A (0.15 M
t). Based on the
company announcem
ents it is projected that the most im
portant representatives by 2020 w
ill be starch plastics (1.3 Mt), PL
A (0.8 M
t), bio-based PE (0.6 M
t) and PHA
(0.4 Mt).
Figure 1: Projection of the w
orthwide production capacity of biobased plastics until 2020
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
254
Figure 0-1 also shows three scenarios (denoted as “B
AU
”, “HIG
H” and “L
OW
”). These
scenarios are
based on
expected influencing
factors, nam
ely, technical
barriers, bulk
applications, cost and raw m
aterial supply security. The B
AU
scenario assumes a steady grow
th of the four key plastics (i.e. starch plastics, PL
A, bio-based PE
and bio-based epoxy resin) and a m
odest growth for cellulose film
s, PHA
and bio-based PUR
. The B
AU
projection results in a global production capacity of approxim
ately 3 Mt for 2020. T
he HIG
H scenario show
s a fast grow
ing bio-based plastics sector, the four key plastics are expected to grow strongly, w
hile a steady grow
th rate is foreseen for cellulose films, PH
A and bio-based PU
R. PA
11 and PTT
w
ill not enjoy substantial growth because of their lim
ited use in bulk applications. The H
IGH
scenario projects that the global production w
ill reach 4.40 Mt by 2020, approxim
ately 30%
higher than the projections based on company announcem
ents (3.45 Mt) and the com
panies’ expectations (3.44 M
t). The L
OW
scenario describes a relatively pessimistic future. T
he four key plastics w
ill grow relatively slow
ly and the growth from
the emaining plastics w
ill be insignificant. L
ittle progress will be m
ade for bio-based succinic acid, bio-based PA 6 and 66,
and bio-based PP. The L
OW
scenario projects that only 1.47 Mt capacity w
ill be installed by 2020. T
his is approximately 60%
lower than the projections. If the overall bio-based plastics
industry grows under a business-as-usual condition, the 2020 m
arket will reach 2.94 M
t (represented by “B
AU
” which stands for business-as usual). T
he “LO
W” grow
th rate implies
that half of the total capacity announced for 2013 will not be im
plemented even by 2020.
In the “HIG
H” scenario, on the other hand, the total installed capacity in 2020 w
ill increase nearly tw
ice as much as the capacity announced for 2013.
The historical use of bio-based products dem
onstrates that bio-based polymers are neither
fictional nor totally new. Instead, for m
any decades, they have been an industrial reality on a m
illion-tonne-scale. Today, the combined volum
e of these non-food and non plastics applications of starch and m
an-made cellulose fibres is 55 tim
es larger than the total of all new
bio-based polymers (approx. 20 M
t versus approx. 0.35 Mt in 2007). T
he new
bio-based polymers m
ay reach this level in 20-30 years from now
. The use of starch for
paper production only amounts to 2.6 M
t and is hence still six times larger than today’s
worldw
ide production of bio-based plastics. This dem
onstrates that the production of bio-based products at very large scale is not unprecedented.
First-in-kind production of bio-based plastics in large industrial plants should be seen as a large-scale experim
ental phase in which the strengths and w
eaknesses of the various biobased plastics and their production routes becom
e apparent. The experience gained
must then be taken into account w
hen the production reaches the steep phase of the S
-curve. It will hence take m
ore than two decades from
now until m
eaningful benefits such as C
O2 em
ission reduction will be achieved at the m
acro level. On the other hand,
the advantages of the slow substitution of petrochem
ical plastics are that technological lock-in can be m
ore easily avoided and that an optimized portfolio of processes can be
implem
ented ensuring maxim
um environm
ental benefits at lowest possible costs and
minim
um social backlash.
On the other hand, biodegradable plastics can be m
anufactured not only from bio-based
feedstock but also from petrochem
ical raw m
aterials. But bio-based plastics, defined here as
plastics that are fully or partially produced from renew
able raw m
aterials, have played a more
important role in the dom
ain of biodegradable plastics. These developm
ents have also been a stim
ulus for R&
D on application areas w
here degradability is not a necessity (e.g. automotive
255PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
applications of the biodegradable plastic polylactic acid, PLA
) and on biobased plastics w
hich are not biodegradable (e.g. bio-based polyethylene). These biobased durable plastics
have gained much im
petus in the last few years and are now
one of the driving forces for the use of bio-based feedstock in plastics m
anufacture, next to the feature of biodegradability.
To conclude, several factors clearly speak for bio-based plastics. These are the lim
ited and therefore uncertain supply w
ith fossil fuels (especially oil and gas), the related econom
ic aspects, environmental considerations (especially savings of non-renew
able energy and greenhouse gas abatem
ent), innovation offering new opportunities (technical,
employm
ent etc.) and rejuvenation in all steps from chem
ical research to the final product and w
aste managem
ent. Challenges that need to be successfully addressed in the next
years and decades are the lower m
aterial performance of som
e bio-based polymers, their
relatively high cost for production and processing and the need to minim
ize agricultural land use and forests, thereby also avoiding com
petition with food production and adverse
effects on biodiversity and other environmental im
pacts.
Now
adays, one of the most m
ature biopolymers is PL
A. In order to clarify this proposal,
the focus of next section involves with the presentation of the state of the art of this m
ost em
erging biopolymers.
The
lactic acid
polyester is
both biobased
and biodegradable
and thus
meets
the aforem
entioned requirements for a sustainable future of the plastics industry. E
arly applications for this biocom
patible and bioresorbable polymer have been w
ithin the medical
field for applications including sutures and orthopedic screws [10]. Since then, new
synthesis routes and processes have allow
ed more cost-effective productions of this agro-sourced
material [11-14]. R
egardless of the final use of PLA
, the production of lactic acid (i.e., PLA
m
onomer) is the first key param
eter for the synthesis of PLA
with controlled properties.
How
ever, the high synthesis cost coupled with the purity requirem
ents for medical
applications position this first generation of PLA
in the range of specialty polymers, thus
keeping it away from
mass production. For other high-tech application, their relative
drawbacks lim
it its applications. Few papers have been dedicated to polym
er systems.
To the best of our knowledge, few
research efforts have, with regard to fundam
ental and experim
ental aspects, been dedicated to this subject. Despite the interesting nature of this
kind of research, it is of no help when attem
pting to comprehend either how
to improve
the physico-chemical, structural or processing properties of this interesting polym
er.
1. Poly (lactic acid) : Synthesis, properties and processing-State of the art
Lactic acid, the basic block to synthesize PL
A, w
as isolated for the first time in 1780 by a
Swedish chem
ist Scheele and first comm
ercially available in 1881. Lactic acid is used in
many processed foods as a bacterial inhibitor or acidic flavoring agent for exam
ple. The
comm
on way to produce industrial lactic acid is by bacterial ferm
entation of agricultural raw
materials such as corn or potato starch, cane or beet sugar but also w
aste materials
from agricultural production. T
hen PLA
can be polymerized by different w
ays (Figure 2): polym
erization of lactic acid by polycondensation or by dimerization of lactic acid to
obtain lactide and then ring opening polymerization to obtain polylactide [15-18]. T
his m
ethod is able to produce high molecular w
eights PLA
at an industrial scale.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
256
Figure 2 : T
he two w
ays of synthesis of PLA
1.1. Modification of crystalline property of P
LA
1.1.1. Introduction
It is reported in literature that the maxim
um PL
A crystalline content is about 35%
to 45% but
crystallization kinetic of neat PLA
is very slow and thus processability of crystalline PL
A
would be difficult for process like extrusion or injection . T
his is one of the main reasons
to improve crystallinity and crystallization kinetics of PL
A. T
he other one is to improve
behaviour of PLA
under temperature because above its glass transition tem
perature (about 60°C
) only the crystalline PLA
phase can confer useful mechanical properties. T
here are three m
ajor ways to im
prove crystalline properties of PLA
: the use of nucleants to lower
the free surface energy and initiate crystallization, the use of plasticizers to increase chain polym
er mobility and so helping crystallization and playing w
ith process parameters and
moulding conditions to reach the best level of C
rystallinity [19-23].
1.1.2. Semi-crystalline P
LA
- stereocomplexed P
LA
Lactic acid exists in tw
o optical enantiomers: L
-lactic and D-lactic. R
ing opening polym
erization is today the comm
on industrial way to produce poly(lactic acid) w
ith high m
olecular weight. L
-lactide and D-lactide are dim
ers of two L
-lactic (or D-lactic)
acid. Mesolactic is a dim
er of one L-lactic and one D
-lactic (Figure 3).
D-L
actic mesolactic L
-Lactic
Figure 3 : T
he three morphologies of lactides
257PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
PLL
A: poly(L
-lactic acid) and PDL
A: poly(D
-lactic acid) are the polymers associated
with these tw
o morphologies. Ferm
entation process of corn tends to favor production of L
-lactic [15-19]. So comm
ercially available poly(lactic acid) is a mixture of L
-lactic and D
-lactic with a m
ajor contents of L enantiom
ers [28-32]. It is reported that an amorphous
comm
ercial grade of PLA
have a ratio L:D
of 80:20 to 98:2 (molar ratio) and a sem
i-crystalline com
mercial grade a L
:D ratio of 98.4:1.6 to 98:2. W
hen PLL
A and PD
LA
are blended they form
a stereocomplex that can act as a nucleation site for PL
LA
when
cooled at a temperature below
Tm
of PLL
A. A
s a conclusion the stereochemistry of PL
A
is complex because of its chiral nature. C
ontrol of the ratio of L to D
monom
er content is an im
portant molecular feature for PL
A.
1.4.1. PL
A as a com
modity plastic: A
dvantages and drawbacks
The farthest developm
ents of using PLA
in packaging industry are for food, fruits, vegetables and snacks, as w
ell as catering products for cold beverages and meals. Industrial
and comm
ercial grades of PLA
are available on the market [26-28]. Today C
argill Dow
’s N
atureworksT
M is the leader of PL
A production w
ith a capacity of production (in 2007) of 140 000 tons/year. N
atureworksT
M PL
A have a good clarity and glossy, heat-sealing
ability, oil and fat stability, better torsion strength than cellophane (+25%
), taste and flavour barrier, good ability to be printed on, enough stiffness to produce hard package and blow
m
oulding products, crease resistance, workability on conventional equipm
ents and of course it is environm
entally friendly (lower fossil raw
materials and energy consum
ption, sm
aller emissions of greenhouse gases, renew
able raw m
aterials and compostable). So this
comm
ercial PLA
according to its properties can be used in a wide range of applications.
But PL
A have w
eakness. A low
heat deflection temperature (about 50°C
) restrains PLA
to low
temperatures applications. PL
A has also insufficient gases barrier properties regard to
PET
and have a weak im
pact resistance. These three m
ajor weaknesses of PL
A have to be
improved in order to use PL
A in a w
ide range of packaging applications: microw
avable pack, bottles and film
s with barrier properties [19-22].
There are m
any ways describe in the literature to im
prove these properties of PLA
. First of them
is to improve crystallisation kinetic and crystalline properties of PL
A. T
his can be done by using, for exam
ple, nucleating agents or plasticizers [23-30]. Crystallinity is also
a way to im
prove mechanical properties of PL
A under tem
perature. Impact resistance
should be improved using plasticizers. N
anostructured PLA
and multiphasis polym
ers based on PL
A are also reported in literature for increasing PL
A’s m
echanical properties and helping biodegradability [31-32].
1.4.1.1 PL
A advantages
Environm
entally friendly: PLA
is synthesized from annually renew
able agricultural products (i.e., corn, rice, w
heat…). T
his key point highlights the use of PLA
as a means to
reduce the carbon cycle for polymer production. T
he next generation of PLA
, as presented by N
atureworks, w
ill be issued from non-food feedstock including agricultural residues
(e.g., corn stover, cereal straws, sugar cane bagasse) or food transform
ation by-products [33, 34]. T
his strategy should reduce the fossil energy consumption and green house gas
emissions since a dedicated cultivation w
ill not be necessary.
•
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
258Biocom
patibility: Biom
edical applications require nontoxic materials and in the case
of bioresorbable products, the degradation by-products also need to fulfill the same
requirement. A
s PLA
degrades in vivo into first lactic acid oligomers and lactic acid, and
then into carbon dioxide and water, there is potentially no barrier preventing its use since
these components already occur naturally in the hum
an body [35]. How
ever, since the synthesis of PL
A synthesis involves other com
ponents, although generally recognized as safe (G
RA
S) such as catalysts (e.g., tin octoate), a high level of purification is needed for such applications. In the sam
e way, PL
A dedicated to food contact applications m
ust com
ply with the regulation of the Food and D
rug Adm
inistration (FDA
) in the U.S or
with the E
uropean Com
mittee’s directive for food contact m
aterial.
Processability: PLA
is one of the most therm
ally stable biopolymers w
hen compared
to for instance PHB
or PCL
. Assum
ing that the moisture content is low
enough, typical plasticization processes such as extrusion or injection m
olding can be performed w
ith this bio-polyester.
Energy saving: T
he production of PLA
requires between 25 and 55 %
less energy as opposed to oil-based plastics [36]. Figure 4 presents a com
parison between com
mon
plastics and PLA
from N
atureworks. A
s mentioned above, the search for alternative
feedstock for lactic acid production should bring about additional energy savings.
Figure 4: Total fossil resources used in the production of com
mon plastics as m
easured in energy [36].
Despite som
e non-negligible advantages, the use of PLA
is not yet widespread in the
plastics industry. The first explanation is sim
ply its cost, which is betw
een twice and five
times the price of com
modity plastics such as polypropylene (PP) or polystyrene (PS)
[37]. Various processing and property draw
backs add to this economical lim
itation. The
main factors for this developm
ent hindrance are presented below.
1.4.1.2 PL
A draw
backs
Poor melt properties: T
hermo/m
echanical plasticization is the first step of any polymer
melt processing. For PL
A, this is a critical stage since the polym
er is sensitive to thermal
degradation [38, 39]. As a result, the processing tem
perature window
is quite narrow;
basically between 160 and 200°C
. Following this m
elting phase, specific processing
••••
259PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
techniques such as foaming, blow
molding or film
blowing, require sufficient m
elt strength for an efficient shaping. U
nfortunately, PLA
features limited m
elt strength, and shape defects, including bubble instability in film
blowing or cell collapse in
extrusion foaming are often encountered.
Poor ductility: As reported in the section on m
echanical properties, PLA
is a brittle m
aterial with a low
elongation at break (< 10%) and a high tensile m
odulus (> 3.5 GPa).
As num
erous applications require flexibility (e.g., packaging films, bags…
), PLA
would
need to be blended with plasticizers or other biopolym
ers with low
er glass transition tem
peratures (Tg). D
isregarding the increase in the final product price, this combination
can result in an alteration of the biodegradation rate, an instability of the mechanical
properties with aging and a decrease in the strength and m
odulus of the plasticized PLA
.
Poor thermal resistance: T
he thermo-m
echanical softening point for PLA
lies around its glass transition tem
perature (i.e., ~60°C). T
his non-limiting param
eter for biomedical
applications becomes a real draw
back for its use in hot environments, such as for food
packaging or electronic housings. A substantial im
provement can be obtained by em
ploying nucleating agents and optim
izing the crystallization process as described in a patent from
Naturew
orks dealing with the enhancem
ent of the crystalline ratio of thermoform
ed PLA
sheets [40]. Such an im
provement w
ould be compulsory for hot-filled food trays or cups
for hot liquid, for instance. Reinforcem
ent with natural fibers has also been studied in
order to compensate for the therm
al weakness of the m
atrix [41, 42].
1.4.2. Current P
LA
processing and their specificities
Due to PL
A’s biocom
patibility and in vivo degradation properties, its applications have historically been w
ithin the biomedical field involving products such as surgical sutures,
controlled drug delivery carriers [32] and orthopedic implant devices (i.e., bone regeneration
matrices, screw
s…). W
ith the improvem
ent of the synthesis routes [11-14], the production cost has been reduced during the last decades, w
hich has led the way to new
applications for this bio-based polyester. T
he present markets for PL
A are still m
ainly focused on the biom
edical domain but em
erging applications, which are grow
ing from day to day, include
the textile, agricultural and packaging fields [9]. PLA
is thus slowly integrating the range of
comm
odity plastics. Although there exist som
e obvious advantages of using PLA
instead of oil-based polym
ers, some im
portant drawbacks still rem
ain. This section presents specific
PLA
features and describes the actual processes in use as well as the rem
aining challenges for PL
A. PL
A is currently used in biom
edical, packaging, film and fiber dom
ains. Such a w
ide panel of applications involves a variety of transformation processes, including
injection molding, film
blowing, extrusion foam
ing or fiber spinning.
1.4.2.1 Pre-processing drying
Prior to any melt processing of PL
A, the polym
er must be dried to prevent excessive
hydrolysis which w
ould lead to a drop in molar m
ass. In their processing datasheets, N
atureworks recom
mend a m
oisture threshold of 250 ppm (i.e., 0.0025 w
t %) to insure a
good quality of the final product [43]. Desiccant dryers are used for such operations and the
drying time is determ
ined as a function of the crystalline ratio of the raw m
aterial. Since the crystalline phase is m
ore hydrophobic than the amorphous phase, the w
ater uptake mainly
occurs in the latter and the treatment period is thus proportional to its content.
••
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
260
1.4.2.2 Extrusion
Plasticization through extrusion is the first step of any melt processing, such as film
blow
ing, blow m
olding or fiber spinning. Melting of the polym
er pellets is achieved by a com
bination of thermal and m
echanical friction heating. Due to therm
al degradation issues affecting PL
A, the feed section of the extruder m
ust be kept at a relatively low
temperature of 45°C
for the feed throat and 180°C for the first zone as recom
mended by
Naturew
orks [44].
With the sam
e objective, mechanical shear plasticization is preferred to pure therm
al heating. PL
A is thus m
ainly melted during the com
pression step with an optim
al compression ratio
(i.e., flight depth ratio between the feed and the com
pression zone) between 2 and 3 [45].
The m
elt temperature at the exit of the com
pression zone is optimally included betw
een 180 and 200°C
in order to insure both an amorphous m
elt and a limited therm
al degradation. A
s a result of a low tem
perature profile in the initial part of the extruder and of a long com
pression zone, the required screw torque is high and oversized extruder m
otors are often needed [46]. Processing aids, such as low
molar m
ass polyolefins, fluorinated polymers or
wax can be used to reduce this torque issue [47, 48].
1.4.2.3 Injection molding
Most of the products m
ade from PL
A are injection m
olded, especially when it com
es to com
plex parts requiring high precision, e.g., biomedical devices. T
he injection molding
of conventional polymers is generally a process w
ith short time cycles, how
ever, due to its high heat capacity and slow
crystallization rate, longer cooling cycles must be
respected for PLA
. Such a drawback can be overcom
e by increasing the crystallization kinetics of PL
A w
ith the help of specific additives like nucleating agents or plasticizers. A
high injection rate coupled with a low
temperature profile has also been reported to
create stress-induced crystallization [49,66]. An increase in the crystalline ratio both
raises the heat dispersion potential [50] and enhances the thermo-m
echanical properties of the resultant parts [51].
1.4.2.4 Fiber spinning, biaxial film
extrusion and extrusion foaming
Melt stretching processes are useful for converting polym
ers into products with advanced
properties, e.g., fibers, bottles, shock-absorbing foams or oriented film
s. Based on the
orientation of the chains and the sensitivity to the inner polymer m
elt strength, this kind of m
elt conversion is rather limited for neat PL
A due to its low
melt strength and w
eak strain hardening behavior. Process enhancem
ents can be made by increasing the crystalline
content prior to orientation. Annealing thus results in a crystallization-induced strain
hardening allowing higher draw
ratios.
It is important to note that the stretching itself can result in stress-induced crystallization
as reported by Fambri et al. for som
e melt-spun / hot-draw
n PLL
A fibers [52]. T
heir study revealed that the com
bination of a high collection rate of melt spun fibers through
hot-drawing can raise the crystalline ratio from
practically zero in an almost am
orphous m
aterial up to 65 wt %
for an overall draw ratio of 183. T
his kind of improvem
ent strategy is m
ainly directed to high strain processes such as biaxial film extrusion [53, 54] or fiber
spinning [52].
261PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
For processes with stretching at the die, like extrusion foam
ing or film blow
ing, annealing is im
possible and alternative solutions must thus be used. T
he melt properties can be
modified through chem
ical chain extension or/and branching. Such a transformation
is usually performed during reactive extrusion w
here poly (lactic acid) is reacted with
multifunctional additives like epoxide, isocyanate or peroxide com
ponents [20, 55-58]. R
egarding foam extrusion, cells collapse has also been found to be reduced by this kind
of macrom
olecular modification [59, 60,68, 69].
1.4.3 Challenges for P
LA
One of the m
ajor issues limiting the w
ide-spread use of PLA
is its cost. Because of an
expensive monom
er (lactic acid) production and the fact that the polymerization process
is still in its early years, this bio polyester is not yet cost effective as compared to oil-
based polymers. W
hile the producers of biomedical PL
A grades (e.g., B
oeringer (DE
), Purac (N
L)…
) are able to balance this costly process with the high value of the final
products, the development of a large-scale production, in order for PL
A to be utilized as
a comm
odity plastic, is still in progress.
Apart from
the technical issues related to a cheaper production, various institutional regulations could lead to bioplastics being highlighted. T
he establishment of new
waste
managem
ent policies could promote their use for short-life and unrecycled packages. E
ven plastic transform
ers and/or customers can im
prove this status by using such polymers
for short-life products (e.g., meat packaging, catering cutlery, w
aste bags…). N
owadays,
bioplastics only have an ecological image w
ith regard to marketing, w
ithout any integration in w
aste managem
ent (i.e., no acceptance in the composting plant, no recycling netw
ork). In addition, strong com
petitors to bioplastics are the postconsumer-recycled polym
ers. A
n improved plastic w
aste regulation would identify specific applications for these tw
o types of eco-friendly polym
ers.
An enhancem
ent of PLA
properties remains a challenging dom
ain for both academic and
industrial research. The m
ain concerns involve the crystallization, the mechanical and the
gas barrier properties of PLA
. Regarding the m
echanical properties, the major challenge
would be to achieve a durable toughening w
ithout comprom
ising the tensile strength, m
odulus or biodegradability. PLA
crystallization is also well-docum
ented and a tuning of the therm
al properties is possible by varying the stereo-regularity or using nucleating/plasticizing agents.
Nevertheless, the crystallization rate and ratio still rem
ain too low for a com
petitive production of heat-resistant products on industrial lines. T
he use of stereo complexes
for crystallization is promising [61, 62] but is not yet industrially viable. Finally, the
gas barrier properties could bring a valuation of PLA
, especially in the food packaging dom
ain. As an increased crystallization does not raise this last property enough, som
e new
strategies have been put forward, e.g., a m
etal-oxide (SiOx,, A
l2O3) surface treatm
ent by atom
ic layer deposition, electron beam evaporation, m
agnetron sputtering or sol–gel coating [63, 64]. O
n the other hand, the use of nanoparticles has also been reported by Sinha R
ay et al. as an efficient gas barrier enhancer for PBS [65] and is believed to have
the same effect on PL
A.
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
262
2. Developm
ent and potential of a biobased polymer: P
LA
- Ways of
improving its properties- IN
SA de LY
ON
INSA
de Lyon has a strong expertise on compounding and processing of biodegradable
materials based on PL
A for biom
edical and packaging applications. Since 2008, our laboratory, IM
P UM
R C
NR
S#5223, started to work on this field w
ith a fundamental
approach [66-69]. A several studies have been carried out concerning the characterization,
compounding and processing of biobased and biodegradables m
aterials.
Indeed, numerous investigations have been dedicated also to a (i) new
formulation
(Cornet Project (2008-2010) and (ii) processing of bio-based therm
oplastic structure for packaging and m
edical application.
The aim
of the work to do by the IN
SA of Lyon in these projects w
as firstly to give a pertinent w
ays to improve PL
A’s properties according to chosen process and final
properties ([66] Patent INSA
2010). Secondly, the processing of mono and m
ultilayered biobased film
s based on (i) PLA
/PLA
, PLA
/Starch based blends and (ii) composites based
on PLA
filled with bioglass w
ith different thermal treatm
ent and composition for m
edical applications. T
he main objectives are to synthesize elaborate m
aterials with a high added
value for different high-technological t applications.
PLA
can be amorphous or sem
i-crystalline. When PL
A is sem
i-crystalline, maxim
um
amount of crystalline phase is about 40%
. Its glass transition temperature is about 60°C
and m
elting point is approximately 150°C
. These poor therm
al properties represent one of the m
ain weaknesses of PL
A (regards to PE
T for exam
ple that has a glass transition tem
perature at 80°C approx and crystalline m
elt at 250°C approx.). T
his weakness does
not allow PL
A to be used to m
ake microw
avable packages... The m
echanical properties of PL
A are also poor. PL
A has satisfactory elastic m
odulus and stress at yield. But it has a
very small elongation at break (som
e percent) and a very poor resistance to impact regards
to classic polymers used for packaging. T
hat put another brake on using PLA
for some
applications. Last of the m
ain weakness of PL
A are its poor barrier properties to oxygen,
gazes and water vapor regards to PE
T for exam
ple. One other w
eakness of PLA
it is very slow
crystallization kinetic that didn’t allow it to crystallize during processing. T
he lower
melt strength properties lim
it its transformation to attem
pt a stable blown extrusion and
thermoform
ing process. To the best of our knowledge, few
research efforts have, with
regard to fundamental and experim
ental aspects, been dedicated to this subject.
Despite the interesting nature of the kind of research given in the start, it is of no help
when attem
pting to comprehend either how
to enhance the physico-chemical, structural
and processing properties of this interesting polymer. In order to attain these objectives,
the attention of our work has been focused on perform
ing original experiments to purpose
a new w
ays to improve PL
A properties according to the different purposing route :
Improvem
ent of crystalline properties and crystallization kinetic was perform
ed using nucleating agents (Talc) and plasticizer poly(ethylene glycol) PE
G.
Improvem
ent of elongation at break and impact resistance of PL
A w
as done using com
mercial C
ore-Shell rubbers grades (supplied by Rohm
& H
aas). Studied grades
--
263PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
were ParaloïdT
M B
PM500 (sold for PL
A that keep its transparency) and ParaloïdT
M
EX
L2330 related in academ
ic literature.
Chain extension of PL
A w
as performed using com
mercial additive supplied by B
ASF. T
his additive is patented by N
aturworks®
LL
C and its nam
e is Joncryl®. Joncryl®
additives are m
ultifunctional polymers containing epoxy functions). T
he effect of two grades of
Joncryl® on PL
A w
ill be characterized: Joncryl® A
DR
4300S (mid epoxy functionality)
and Joncryl® A
DR
4368CS (high epoxy functionality that certified FD
A).
Nanostructuration
of PL
A
by elaboration
of nano
or m
icrocomposites
using M
ontmorillonite nanoclays. T
he addition of chitosan (derived from chitin 2nd m
ost abundant natural polym
er worldw
ide) has also been explored as the 2nd composite
way. N
anoclays, grade Nanofil®
5, was purchased from
Southern Clay Products
(Germ
any) and Chitosan of m
edium m
olecular weight w
as purchased from A
ldrich.
- Main results: (T
he relative experimental data and details are presented in the
appendix- Slides of the plenary session February 2011).
The study of four com
mercial grades of PL
A show
ed that PLA
grades may have som
e differences in their properties (therm
al, rheological, mechanical and physical). Indeed,
these differences have to be taken into account in order to choose the right grade of PLA
according to process and final chosen application :
Plasticizer (PE
G)
helps to
processability of
PLA
low
ering torque
of extruder.
Elongation at break is significantly im
proved. Crystallization kinetic is also im
proved, but not enough (study on nucleating agents m
ay enhanced this kinetic). Nevertheless
the addition of plasticizer brought to weaknesses. T
he glass transition temperature
is lowered from
60°C (neat PL
A) to 44°C
within the addition of 10%
wt. of PE
G.
Elasticity m
odulus is also too much low
ered. As a conclusion for this part, the use of
plasticizer only with PL
A except if no therm
al properties are required.
Nucleating agent (TA
LC
) helps PLA
’s nucleation initiation but the addition of TAL
C
lowers the elongation at break of PL
A. W
e were able to use the ternary nucleating
system, based on talc, E
BH
SA and PE
G to enhance the kinetic of crystallization of
PLA
in correlation with processing technology [Patent IN
SA 2010].
The addition of C
ore-Shell grade BPM
500 lowered m
elted viscosity. In the case of grade E
XL
2330, no difference were m
easured compared to neat PL
A. C
ore-Shell didn’t act as a nucleating agent. E
longation at break is improved as w
hen a plasticizer is used but w
ithout lowering T
g. Elastic m
odulus of this blend is lower than neat
PLA
but as not as when a plasticizer is used (for sam
e amount of additive). V
isual observation of film
confirms that grade B
PM500 keeps PL
A’s transparency better than
EX
L2330. Study of im
pact resistance has to be done.
Chain extension of PL
A w
ith BA
SF Joncryl® additives im
proves elasticity modulus
and stress at yield. High reactivity of blend at the m
olten state at low shear rate m
ay affect its transform
ation when processing by extrusion. A
dded at low rates (<
0.5%
wt.) it can “repair” m
olecular degradation (well know
n when processing polyesters).
It could also be used as a compatibilizer w
hen blending PLA
with other m
olecules. No
role of chain extender as nucleation initiator was m
easured.
------
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 16 - 18 mars 2011
264The last tw
o blends studied (PLA
+ N
anoclays or PLA
+ C
hitosan) brought a small
nucleating effect. Measured m
echanical properties are lowered regards to neat PL
A
(not in the case PLA
+ nanoclays for w
hich elasticity modulus is slightly im
proved). N
evertheless interesting enhancements that can be brought to PL
A (bactericide and
fungicidal for chitosan and help to biodegradation and enhancement of therm
o-m
echanical behavior) need a much m
ore precise study over these blends.
Acknow
ledgements: T
he authors express their appreciation to the CO
RN
ET
European
project “Polylactid acid for new
biobased packaging”. The authors thank E
uropean com
munity for the financing and also all of partners for their collaboration and
precious Rem
arque’s during the project.
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Pr. A
hmed E
L H
ASSA
NI (D
irecteur des séances)M
erci Pr. Maazouz, nous avions eu une journée qui est suffisam
ment longue. L’équipe
de traduction, que nous remercions vivem
ent, est certainement très fatiguée. N
ous allons perm
ettre une question par orateur si vous le permettez avant de finir.
269PA
NE
L III - C
himie et industrie : exem
ple de la france, de l’allemagne et du M
aroc
DISC
USSIO
N
Pr. M
ahfoud ZIA
D (C
SPC)
J’ai une toute petite question pour le Pr. Boukhari : est-ce que les ajouts d’oxydes que
vous introduisez dans le clinker s’incorporent dans les phases CA
-C2S ou bien ils form
ent une phase à part? M
erci.
Pr. A
li BO
UK
HA
RI (C
SPC)
C’est une excellente question. Il fallait faire de la m
icroscopie électronique, ce que nous n’avons pas pu faire. M
ais avec l’hydratation à froid, ces oxydes se retrouveront sous d’autres form
es.
Pr. M
ostapha BO
USM
INA
(Chancelier)
Je pose la question à mon collègue le P
r. Boukhari : l’ajout du caoutchouc dans le
béton est connu depuis très longtemps et ça ne m
’étonne pas que vous ayez eu des propriétés m
écaniques très faibles. Le caoutchouc est un élastom
ère, généralement
c’est du poly-isoprène qui a un coefficient de dilatation extrêm
ement différent de celui
du béton, et il n’y a pas d’interaction entre les deux, d’un côté un élastomère et de
l’autre une substance minérale. C
e qu’il faut faire c’est ce qu’a fait Pr. M
aazouz. Il a rajouté une partie élastom
ère et il faut compatibiliser tout ça. O
n peut aussi rajouter un produit qu’on utilise sur la chaussée : les asphaltènes et m
altènes qui se trouvent dans le bitum
e et qui rendent le caoutchouc beaucoup plus compatible avec le béton. C
e problèm
e-là a été résolu depuis longtemps, c’est une pratique industrielle très courante,
il y a du caoutchouc dans les ponts, on déchique les pneus et on les incorpore avec le béton. L’autre façon de faire c’est d’utiliser le soufre dans la fabrication des pneus pour réticuler le m
atériau. Merci.
Pr. A
li BO
UK
HA
RI (C
SPC)
Merci Pr. B
ousmina. E
ffectivement, ce qui est nouveau dans ce travail d’incorporation des
grains de caoutchouc c’est que sans ajout d’adjuvant l’adhésion se fait correctement, ce
qui fait la nouveauté de ce travail. On peut vraim
ent l’utiliser pour les besoins spécifiques d’un produit néfaste pour l’environnem
ent à travers une valorisation
Pr. A
hmed E
L H
ASSA
NI (D
irecteur des séances)M
erci Pr. Boukhari pour ces explications. Il nous reste à vous rem
ercier tous pour votre patience pour cette longue journée et je vous donne rendez-vous dem
ain matin.
271
RA
PP
OR
T D
’AC
TIV
ITÉ
2010 - 2011
Rapport d’activité 2010 - 2011
273
RA
PP
OR
T D
’AC
TIV
ITÉ
S 2010-2011
Pr. O
mar F
ASSI-F
EH
RI
Secrétaire Perpétuel de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et T
echniques
274A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Rapport d’activité 2010 - 2011
275
276A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Rapport d’activité 2010 - 2011
277
278A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Rapport d’activité 2010 - 2011
279
280A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Rapport d’activité 2010 - 2011
281
282A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Rapport d’activité 2010 - 2011
283
284A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Rapport d’activité 2010 - 2011
285
286A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Rapport d’activité 2010 - 2011
287
288A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Rapport d’activité 2010 - 2011
289
290A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Rapport d’activité 2010 - 2011
291
292A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Rapport d’activité 2010 - 2011
293
294A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Rapport d’activité 2010 - 2011
295
Com
pte rendu de la session plénière 2011297
CO
MP
TE
RE
ND
UD
E L
A SE
SSION
PL
EN
IER
E 2011
Mercredi 16 m
ars 2011 (matin)
Cérém
onie et séance d’ouverture
Le m
ercredi 16 mars 2011 à 09h, au siège de l’A
cadémie à R
abat, l’Académ
ie Hassan II
des Sciences et Techniques a procédé à l’ouverture de sa sixième session plénière
solennelle annuelle, en présence des académiciens et des personnalités invitées; à la
séance d’ouverture étaient notamm
ent présents plusieurs ministres (industrie, com
merce,
et nouvelles technologies, comm
unication et porte parle du gouvernement, affaires
économiques et générales, relations avec le Parlem
ent, développement territorial), le
Président du Conseil E
conomique et Social, le Secrétaire G
énéral de la mêm
e institution, les Présidents d’université, les doyens et les directeurs d’établissem
ents…
Au début de la cérém
onie, le Secrétaire perpétuel de l’Académ
ie, le Pr. Om
ar Fassi-Fehri, a pris la parole pour rappeler que la session plénière solennelle se tient juste une sem
aine après le Discours historique prononcé le m
ercredi 9 mars par Sa M
ajesté le Roi
Moham
med V
I, que Dieu l’assiste, annonçant une réform
e constitutionnelle de grande envergure, résolum
ent tournée vers l’avenir, et renforçant le Maroc, davantage encore,
dans sa volonté d’assurer le bien être de ses citoyens dans un pays de liberté, de démocratie
et d’État de droit. Il a égalem
ent rappelé le thème scientifique général retenu pour cette
session : «la chimie face aux enjeux du développem
ent durable», et a souligné le rôle de la chim
ie dans le progrès social, économique et environnem
ental. Il a aussi passé en revue les principales actions m
enées par l’Académ
ie durant l’année 2010.
Après l’allocution du Secrétaire perpétuel, le Pr. Jean-Jacques B
onnet, Mem
bre associé de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et Techniques, Professeur Ém
érite de l’Université
Paul Sabatier de Toulouse, a présenté le programm
e de la session plénière.
Quatre exposés introductifs furent présentés à la cérém
onie d’ouverture, dans le cadre du thèm
e de la session par :
Mr. A
hmed R
éda Cham
i, Ministre de l’Industrie, du C
omm
erce et des Nouvelles
Technologies, sur l’industrie chimique au M
aroc et sur la stratégie sectorielle en m
atière de chimie,
Pr. Marc Fontecave, M
embre de l’A
cadémie des Sciences, Professeur au C
ollège de France, qui a donné une conférence intitulée «du soleil et de l’eau à l’hydrogène : nouveaux photocatalyseurs pour les électrolyseurs et les piles à com
bustible»,
Pr. Mostapha B
ousmina, C
hancelier de l’Académ
ie Hassan II des Sciences et
Techniques, sur «récents développements de la chim
ie et défis futurs»,
Pr. Mahfoud Z
iyad, Mem
bre correspondant de l’Académ
ie Hassan II des Sciences
et Techniques, Professeur à l’Université M
ohamm
ed V - A
gdal, Rabat, qui a fait
une présentation intitulée «rôle de la catalyse dans la valorisation des produits pour l’énergie».
----
298A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
A l’issue de la cérém
onie d’ouverture, l’Académ
ie a procédé à l’élection de Mr. A
hmed
El H
assani comm
e directeur des séances, en remplacem
ent de Mr. D
riss Aboutajeddine
dont le mandat est venu à expiration.
Mercredi 16 m
ars 2011 (après midi)
Prem
ier Panel scientifique sur :
«Chim
ie verte et développement durable»
Le m
ercredi après midi, l’A
cadémie a poursuivi ses travaux dans le cadre d’un panel, dont
le thème «chim
ie verte et développement durable», a été anim
é et modéré par le Pr. T
ijani B
ounahmidi, m
embre correspondant de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et Techniques, au cours duquel trois exposés furent présentés : l’un sur «A
pport de la chimie et du génie
des procédés au développement durable», présenté par le Pr. J. Pierre D
al Pont, Président de la Société de G
énie des Procédés (France), le second sur «L’industrie chimique des
engrais, du textile et du cuivre au Maroc : E
njeux environnementaux », présenté par le
Pr. Om
ar Assobhei, m
embre correspondant de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et Techniques, Professeur à l’U
niversité Chouaib D
oukkali, El Jadida (M
aroc) et le troisième
sur «Dégradation des polluants organiques via des supports phosphatés» présenté par le
Pr. Said Sebti, Professeur à l’U
niversité Hassan II, M
ohamm
edia (Maroc).
Deuxièm
e Panel scientifique sur :
«Chim
ie et santé»
Après la pause café, l’A
cadémie a poursuivi ses travaux par un second panel, sur
le thème «chim
ie et santé», qui fut animé et m
odéré par le Pr.Taieb Chkili, m
embre
résident de l’Académ
ie Hassan II des Sciences et Techniques. A
u cours de ce panel, trois com
munications furent présentées :
«Les dendrimères phosphorés et leurs applications: illustration de l’apport de la chim
ie en biom
édecine et science des matériaux» par le Pr. Jean Pierre M
ajoral, Directeur de
recherche au Laboratoire de C
himie de C
oordination (LC
C), Toulouse (France),
«La chim
ie hétérocyclique et ses applications médicales», par le Pr. E
l Mokhtar
Essassi, m
embre résident de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et Techniques,
«Nouvelle approche thérapeutique dans le traitem
ent de la maladie d’A
lzheimer»
par le Dr. B
ernard Meunier, Président D
irecteur Général de PA
LU
ME
D, m
embre
de l’Académ
ie des Sciences (France).
Jeudi 17 mars 2011 (m
atin)T
roisième P
anel scientifique sur :«C
himie et industrie : exem
ples de la France, de l’A
llemagne et du M
aroc»
La m
atinée du jeudi 17 mars 2011 fut consacrée au panel sur le thèm
e «Chim
ie et industrie : exem
ples de la France, de l’Allem
agne et du Maroc», anim
é et modéré par le Pr. Jean-Jacques
Bonnet, m
embre associé, et au cours duquel six exposés furent présentés respectivem
ent par :
Dr. H
ervé Bernard, A
dministrateur G
énéral Adjoint du C
EA
(France) : «Chim
ie F
rançaise : Faits et défis»,
••••
Com
pte rendu de la session plénière 2011299
Pr. Gérard Férey, M
embre de l’A
cadémie des Sciences, Professeur ém
érite de l’U
niversité de Versailles-Saint-Q
uentin-en-Yvelines (France) : «M
atériaux poreux et environnem
ent»,
Michael D
röscher, Président de la Société Allem
ande de Chim
ie, Directeur du
Com
ité de l’IUPA
C chargé de C
himie et Industrie : «G
erman chem
istry : Facts and
Challenges»,
Dr. M
ohamed Sm
ani, Directeur de R
&D
Maroc (M
aroc) : «État de la chim
ie au M
aroc : Recherche académ
ique et monde industriel»,
Dr. A
bdelaali Kosseir, D
irecteur R&
D, O
CP (O
ffice Chérifien des Phosphates,
Maroc) : «L
e rôle de la R&
D dans le développem
ent futur de l’industrie des phosphates»,
Dr. E
l Moutaoikkil E
l Baraka, O
CP (O
ffice Chérifien des Phosphates, M
aroc) : «Le rôle de l’industrie des phosphates dans le développem
ent du secteur de la chimie au M
aroc».
Une discussion a suivi ces exposés, anim
ée principalement par le m
odérateur Jean-Jacques B
onnet et M. Ism
ail Akalay, m
embre correspondant de l’A
cadémie H
assan II des Sciences et Techniques, qui était chargé d’apporter un point de vue critique aux thèses présentées par les panélistes.Jeudi 17 m
ars 2011 (après-midi)
Séance sur «Modélisation et synthèse en chim
ie»
La deuxièm
e séance du jeudi 17 mars 2011 (après m
idi) a été consacrée au thème
«Modélisation et synthèse en chim
ie». Six comm
unications furent présentées :
“C
omputational C
hemistry”
par Pr. Berend Sm
it, professeur à l’Université de
Californie, B
erkeley (USA
),
«Le rôle de la m
odélisation mathém
atique dans le développement de m
édicaments»
par Pr. Taib Ziad, professeur à l’U
niversité Göteborg (Suède),
«Modélisation
et sim
ulations pour
la conception
de nouvelles
molécules
fonctionnelles» par Pr. Najia K
omiha, professeur à l’U
niversité Moham
ed V-A
gdal, R
abat (Maroc),
«Modélisation des nanostructures carbonées» par Pr. A
bdelali Rahm
ani, professeur à l’U
niversité Moulay Ism
ail, Meknès (M
aroc),
«Caractérisation de m
ortiers de ciments P
ortland colorés par des oxydes minéraux»
par Pr. Ali B
oukhari, mem
bre correspondant de l’Académ
ie Hassan II des Sciences
et Techniques, Professeur à l’Université Ibn Tofail, K
enitra (Maroc),
«Développem
ent de matériaux polym
ères biosourcés pour des applications à haute valeur ajoutée» par Pr. A
bderrahim M
aazouz, mem
bre résident de l’Académ
ie H
assan II des Sciences et Techniques, Professeur à l’Université C
laude Bernard,
Lyon (France).
•••••••••••
300A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Vendredi 18 m
ars 2011 (matin)
Rapport d’activités au cours de l’année 2010
Le vendredi 18 m
ars (matin), le Secrétaire Perpétuel de l’A
cadémie a présenté le rapport
d’activité de l’Académ
ie durant l’année 2010.
Rappelant au début de son rapport les m
issions de l’Académ
ie que lui confère le Dahir
de sa création, le Secrétaire perpétuel a passé en revue les différentes actions menées au
cours de l’année 2010 par l’Académ
ie Hassan II :
en m
atière de
promotion
et développem
ent de
la recherche
scientifique et
technologique par :
le suivi des projets de recherche financés dans le cadre de l’appel d’offre 2007-2008 qui ont donné lieu jusqu’à présent à 46 publications dans des revues internationales, 29 doctorats setenus ainsi que 88 M
asters,
l’évaluation des projets de l’appel d’offres 2010 : les résultats seront annoncés incessam
ment,
le soutien aux manifestations scientifiques : 25 m
anifestations soutenues et création au sein de la com
mission des travaux d’un com
ité chargé d’étudier les demandes de
soutien aux manifestations,
la subvention accordée au laboratoire des procédés de séparation de la Faculté des Sciences de K
enitra pour l’acquisition d’un pilote industriel d’ultrafiltration et de m
icrofiltration,
l’attribution d’une bourse d’excellence à un doctorant travaillant sur le projet AT
LA
S dans le cadre du projet L
HC
(Large H
adronic Collider) au C
ER
N à G
enève,
l’attribution des allocations d’excellence à huit lauréats du concours général en sciences et techniques, organisé pour les m
eilleurs bacheliers du baccalauréat 2010 dans les filières scientifiques et techniques, dans le cadre de la convention de partenariat signée entre l’A
cadémie et le M
inistère de l’Éducation N
ationale (18 m
ai 2010).
en matière de politique de développem
ent de le recherche scientifique et technologique par :
l’organisation de la session ordinaire sur le thème «ingénierie m
arocaine : enjeux et stratégie de développem
ent», avec la participation du ministère de l’industrie, du
comm
erce et des nouvelles technologies et du ministère de l’éducation nationale,
de l’enseignem
ent supérieur,
de la
formation
des cadres
et de
la recherche
scientifique,
la participation de l’Académ
ie aux travaux d’instances nationales (CN
AC
ES, C
A
du CN
RST, C
omité de pilotage d’IN
NO
V’A
CT
…).
en matière de prom
otion de la diffusion de la culture scientifique par :
l’organisation des journées «les jeunes et la science au service du développement»,
édition 2010 sur le thème «B
iodiversité»,
•
ÿÿÿÿÿÿ
•
ÿÿ
•
ÿ
Com
pte rendu de la session plénière 2011301
l’organisation d’une session ordinaire consacrée au thème «l’enseignem
ent des sciences» et com
mém
oration du 4èm
e anniversaire del’installation de l’Académ
ie par Sa M
ajesté le Roi M
ohamm
ed VI que D
ieu Le garde,
la diffusion des publications de l’Académ
ie (Actes de la session plénière 2010,
Bulletin n° 6 de l’A
cadémie, L
ettres numéros 10, 11 et 12 de l’A
cadémie et le
Journal scientifique de l’Académ
ie n°1 «Frontiers in Science and Engineering».
sur le plan international, développement de la présence de l’A
cadémie et renforcem
ent des liens de coopération bilatérale et m
ultilatérale (participation aux assemblées générales
de l’IAP à L
ondres, de la TW
AS en Inde à H
yderabad, aux réunions du NA
SAC
au K
enya, Afrique du Sud et au Sénégal.
Après cette présentation, les académ
iciens purent entamer une large discussion qui a
permis de dégager un certain nom
bre de recomm
andations :
renforcer la présence et le rayonnement de l’A
cadémie dans le paysage scientifique
national et international,
reprendre le document de l’A
cadémie intitulé «pour une relance de la recherche
scientifique et technique au service du développement du M
aroc», pour mettre en œ
uvre les recom
mandations contenues dans ce docum
ent et actualiser les données concernant les indicateurs scientifiques et technologiques nationaux,
alléger le programm
e de la session plénière, réduire le temps des exposés, privilégier
l’interdisciplinarité et faire intervenir le maxim
um de collèges,
organiser des stands, des posters et des tables rondes au cours de la session plénière, et encourager les jeunes chercheurs à présenter leurs travaux au cours de la session plénière,
faire impliquer les chercheurs dans les activités de l’A
cadémie par le biais des collèges
scientifiques en organisant des rencontres scientifiques thématiques,
organiser une session ordinaire dédiée spécialement à la question des ressources
humaines scientifiques et techniques (au M
aroc),
établir une liste d’experts à qui l’Académ
ie peut fare appel pour évaluer les projets de recherche soum
is à l’Académ
ie, et s’interdire de les faire évaluer par des académiciens
impliqués dans ces projets,
réfléchir sur les questions de l’éthique et de la sécurité en science dans notre pays et susciter un débat responsable sur ces questions.
Vendredi 18 m
ars 2011 (après-midi)
Réunion des C
ollèges ScientifiquesR
enouvellement des instances de l’A
cadémie
Le vendredi après m
idi, l’Académ
ie a poursuivi ses travaux à huit clos. Au début de la
séance, suite à un bref débat sur la question du respect de certaines modalités prévues
dans la loi de création de l’Académ
ie, particulièrement la durée de certains m
andats, un consensus s’est dégagé préconisant d’appliquer avec souplesse de telles m
odalités.
Suite à la réunion des collèges scientifiques, chaque directeur de collège a présenté le bilan des activités de l’année 2010 et les grandes lignes du plan d’action 2011.
ÿÿ
•••••••••
302A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Les D
irecteurs et co-directeurs des collèges jusqu’à la prochaine session plénière solennelle sont :
• Collège des Sciences et techniques du vivant
- Directeur
: Albert Sasson
- Co-directeur
: Rajae E
l Aouad
• Collège des Sciences et Techniques de l’environnem
ent, de la terre et de la mer
- Directeur
: Ahm
ed El H
assani
- Co-directeur
: Moham
med Jellali
• Collège des Sciences physiques et chim
iques
- Directeur
: El M
okhtar Essassi
- Co-directeur
: Hassan Saidi
• Collège des Sciences de la m
odélisation et de l’information
- Directeur
: Youssef Ouknine
- Co-directeur
: Abdelm
alek Azizi
• Collège Ingénierie, T
ransfert et Innovation technologiques
- Directeur
: Mahfoud Z
yad
- Co-directeur
: Ali B
oukhari
• Collège des E
tudes stratégiques et Développem
ent économique
- Directeur
: Noureddine E
l Aoufi
- Co-directeur
: Moham
med B
erriane
Les académ
iciens ont reconduit les anciens mem
bres du Conseil de l’A
cadémie et les
mem
bres de la Com
mission des T
ravaux dans leur mandat.
Mem
bres du Conseil de l’A
cadémie :
Om
ar Fassi-Fehri, Secrétaire perpétuelM
ostapha Bousm
ina, Chancelier
Ahm
ed El H
assani, Directeur des séances
Youssef O
uknineA
lbert Sasson
Mem
bres de la Com
mission des T
ravaux :O
mar Fassi-Fehri, Secrétaire perpétuel
Mostapha B
ousmina, C
hancelierA
hmed E
l Hassani, D
irecteur des séancesM
ohamm
ed Ait K
adiR
achid Benm
okhtar Benabdellah
Taib Chkili
El M
okhtar Essassi
Malik G
hellabD
riss Ouazar
Philippe Tanguy
Com
pte rendu de la session plénière 2011303
Séance de clôture
Monsieur le Secrétaire perpétuel a repris la parole pour dégager les principales conclusions
que l’on peut tirer de la session, en insistant sur sa richesse scientifique et la qualité des interventions et débats; il a égalem
ent rappelé quelques chantiers essentiels qui attendent l’A
cadémie durant l’année 2011 :
assurer la régularité de la parution (deux fois par an) du journal scientifique de l’A
cadémie «frontiers in science and engineering»;
renforcer les relations de partenariat bilatéral et multilatéral et finaliser un certain
nombre de conventions;
sur le plan international, concrétiser l’adhésion à l’ICSU
(The International
Council for Science);
assurer une suite au document réalisé en 2009 sur l’état de la science au M
aroc, intitulé «P
our une relance de la recherche scientifique et technique au service du développem
ent», en faisant un état des lieux dans chaque discipline et en continuant la réflexion sur les questions qui se posent à tout le systèm
e (ressources humaines,
statut de l’enseignant-chercheur et du chercheur, gestion financière, enseignement
des sciences, centres d’excellence, …. );
préparer les journées les «jeunes et la science» (édition 2011) sur le thème de la
chimie;
programm
er au moins un sém
inaire scientifique par mois en liaison avec les plans
d’action des différents collèges;
créer un comité chargé de faire des propositions concernant l’organisation de
la bibliothèque de l’Académ
ie et en particulier en ce qui concerne les nouvelles acquisitions et le fonds docum
entaire;
faire avancer le projet de création d’une cité des sciences, en reprenant contact avec les différents partenaires de l’A
cadémie et en com
mençant par developper le
concept de musée des sciences au niveau des académ
ies régionales;
développer, dans le cadre de la collaboration entre l’Académ
ie et le Ministère de
l’Éducation N
ationale, le programm
e concernant l’enseignement des sciences;
solder l’appel d’offres 2007-2008 et démarrer le 2
ème appel d’offres 2011.
La clôture des travaux est intervenue à l’issue de cette séance au cours de laquelle
l’ensemble des académ
iciens ont adopté un message de loyauté, de déférence et de
gratitude adressé à Sa M
ajesté le Roi M
ohamm
ed VI -que D
ieu L’assiste et Le protège-
pour Sa H
aute Sollicitude à l’égard de l’ensem
ble de la comm
unauté scientifique m
arocaine.
••••••••••
Note de synthèse &
conclusions305
“La chim
ie face aux enjeuxdu développem
ent durable”
Note de synthèse &
conclusionssur les travaux de la session plénière solennelle 2011
Panel I : «C
himie verte et développem
ent durable»
Ce panel, m
odéré par Pr. Tijani B
ounahmidi, m
embre correspondant de l’A
cadémie
Hassan II des Sciences et Techniques et professeur à l’E
cole Moham
madia d’Ingénieurs,
Université M
ohamm
ed V-A
gdal, Rabat, a com
porté trois présentations, de 30 mn chacune,
suivies d’un débat d’une trentaine de minutes, qui sont :
«Apport de la chim
ie et du génie des procédés au développement durable» par
M. Jean P
ierre Dal P
ont, Président de la Société Française du Génie des Procédés,
France.
«Enjeux environnem
entaux de l’Agrochim
ie au Maroc» par P
r. Om
ar Assobhei,
mem
bre correspondant de l’Académ
ie Hassan II des Sciences et Techniques,
professeur à l’Université C
houaib Doukkali, E
l Jadida, Maroc.
«Moroccan phosphate: a clean catalyst for sustainable developm
entî par Pr. Said
Sebti , professeur à l’Université H
assan II, Moham
media, C
asablanca, Maroc.
Apport de la C
himie et du G
énie des Procédés au développem
ent durable (D
r. Dal P
ont)
Dr. D
al Pont a comm
encé sa conférence en présentant les principaux problèmes actuels de
l’humanité relevés lors des travaux de la cérém
onie d’ouverture de l’année internationale de la chim
ie, organisée par l’UN
ESC
O à Paris les 27 et 28 janvier 2011 : l’eau, l’énergie,
la pression sur l’environnement due à l’accroissem
ent de la démographie, les perturbations
dont le
réchauffement
climatique,
les m
égalopoles et
l’épuisement
des ressources
fossiles. L’acuité de ces problèmes peut être illustrée par le rythm
e de la consomm
ation m
ondiale qui équivaut à 1,7 fois la production de la planète terre. Ce constat exige la
remise en question des pratiques actuelles et appelle à l’élaboration d’un nouveau m
ode de développem
ent, celui du développement durable.
1.1. Naissance d’une prise de conscience internationale
Dr. D
al Pont a ensuite rappelé la définition du développement durable en se basant sur
le triangle équilatéral, utilisé dans la littérature Anglo-Saxonne, dont les trois som
mets
constituent chacun
l’une des
trois cibles
principales du
développement
durable : People (société), Profit (économ
ie) et Planet (environnement) (3P). L
es pratiques du développem
ent durable (DD
) devraient permettre de trouver un com
promis pour satisfaire
au mieux possible les exigences des 3P sim
ultanément : un développem
ent socialement
souhaitable, économiquem
ent viable et écologiquement acceptable. A
utrement dit, le
point de fonctionnement du D
D ne doit pas se situer à l’un des som
mets du triangle m
ais à l’intérieur de celui-ci com
me représenté par la figure ci-dessous.
---
1.
306A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Figure 1 : Principes du Développem
ent Durable
Le développem
ent du concept du DD
est une conséquence d’une prise de conscience internationale illustrée notam
ment par les travaux de R
achel Carson (1907-1964) dont
«The Sea around us» (1951) et «Silent Spring» (1962).
Cette prise de conscience s’est accentuée avec le tem
ps et a contribué au développement
des méthodologies et des principes susceptibles de m
ettre en œuvre le concept du D
D.
C’est ainsi que les principes de «G
reen Chem
istry» et «Green E
ngineering» ont vu le jour à l’initiative de l’A
merican C
hemical Society et de l’A
merican Institute of C
hemical
Engineers en 1993 et 2004, respectivem
ent. Des principes analogues se sont développés à
travers la planète qui est un monde fini où il n’existe plus de barrières à la com
munication,
aux échanges et à la pollution. De m
ême, une nouvelle vision de l’entreprise est née. E
lle vise à répondre aux besoins de ses «Stakeholders» qui ne se lim
itent plus à la maxim
isation du profit.
1.2. Chim
ie - Génie des procédés et développem
ent durable : les acquisA
près avoir souligné l’importance de la chim
ie pour toutes les activités humaines,
scientifiques et industrielles, il a regretté l’amalgam
e fait par l’opinion publique entre la chim
ie, en tant que science, et ses produits et usines auxquels une image négative est
associée en tant que source de pollution de l’environnement et de risques pour la sécurité
et l’hygiène. Il n’en reste pas moins que «la chim
ie est la mère de toutes les sciences» et
que «l’industrie chimique est la m
ère de toutes les industries».
Grâce au G
énie des Procédés qui constitue une extension des méthodes du G
énie Chim
ique à toutes les industries de transform
ation de la matière et de l’énergie, le processus
d’industrialisation des produits chimiques est de plus en plus m
aîtrisé à tel point que les industries des procédés sont devenues parm
i les industries les plus sûres avec moins d’1
accident pour un million d’heures de fonctionnem
ent, alors que ce taux de fréquence était de 25 il y a une dizaine d’années environ.
Le processus d’industrialisation com
porte plusieurs étapes schématisées sur la figure
suivante :
Figure 2 : Processus d’industrialisation
Note de synthèse &
conclusions307
La m
aîtrise de ce processus est acquise grâce à un ensemble d’outils et m
éthodes développées et/ou m
ises en œuvre par le G
énie des Procédés durant les cinquante dernières années :
Le M
anagement de Projet, institutionnalisé aux E
tats-Unis dans les années 1960,
Le PE
RT
(Program E
valuation and Review
Technique), utilisé dès 1957, L
e PMI (Project M
anagement Institute), fondé en 1969,
Les m
éthodes d’assurance sécurité mises en place à partir des années 1970
(la méthode H
AZ
OP
a été développée en 1965 par ICI),
Les techniques d’am
élioration continue, L
es systèmes de m
anagement de qualité,
Les systèm
es de managem
ent de sécurité,l’ergonom
ie,les m
éthodes d’économie d’énergie,
Les m
éthodes de protection de l’environnement.
1.3. Préparer dem
ainA
près cette description des méthodes et outils du G
énie des Procédés déjà mis en œ
uvre pour les besoins du D
D et les perform
ances atteintes dans ce domaine, D
r. Dal Pont a
présenté ce que la Chim
ie et le Génie des Procédés sont en train de m
ettre en place pour relever les défis en la m
atière, décrits plus haut.
Ainsi, il a souligné l’im
portance de bien mettre en application les outils de m
anagement qui
sont devenus classiques pour les différentes phases du processus d’industrialisation dont la Systém
ique, l’Analyse de la V
aleur notamm
ent l’Analyse Fonctionnelle et l’A
nalyse Pareto.
Les outils et m
éthodes plus spécifiques au Génie des Procédés doivent être aussi m
is en œ
uvre : le Managem
ent de projet, la modélisation et la sim
ulation, la notion de barrière en sécurité, l’intégration des concepts de la FM
DS (fiabilité, m
aintenabilité, disponibilité, sécurité) et l’évaluation des projets de recherche en am
ont.
En vue d’un processus d’industrialisation respectueux des principes du D
D, des outils et
méthodes appropriées doivent être appliquées aux différentes phases de ce processus et
ce, depuis la phase de recherche pour la synthèse d’un nouveau produit, jusqu’à la fin du cycle de vie de celui-ci.
Les techniques de l’analyse de la valeur, de l’analyse fonctionnelle et d’évaluation de
projets de recherche couplées aux principes de chimie verte (G
reen Chem
istry) seront m
ises en œuvre pour élaborer, lors de la phase-recherche, un produit à valeur d’usage
susceptible de permettre un développem
ent industriel durable.
Ces m
êmes m
éthodes, combinées aux principes de l’ingénierie verte (G
reen Engineering),
aux autres techniques de Managem
ent et de Génie des procédés précitées peuvent
être employées dans le développem
ent du procédé. Ces m
éthodes ainsi que d’autres dont l’analyse du cycle de vie seront appliquées aux autres phases du processus d’industrialisation susm
entionné.
Pour la préparation de demain, D
r. Dal Pont a m
entionné l’action SusChem
initiée en 2004 par la C
omm
ission Européenne pour m
ettre la chimie au service du D
D. L
a déclinaison de cette action au niveau de la France est m
enée par SusChem
-France qui s’est fixée pour objectif de “ placer la chim
ie au cœur de l’innovation en tant que fournisseur de
----------
308A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
solutions face aux enjeux sociétaux et environnementaux ”(Paul-Joël D
erian, Chairm
an de SusC
hem). H
uit grands axes ont été privilégiés :
Matières prem
ières renouvelables-biosourcées (carbone renouvelable)C
himie et recyclage,
Matériaux avancés,
Chim
ie et énergie (stockage, nouveaux matériaux),
Procédés Eco-efficients (m
éthode d’ingénierie, référentiels),A
nalyse, évaluation des impacts (Toxicologie - E
cotoxicologie),E
co conception (AC
V),
Innovation.
La préparation de dem
ain passe aussi par une nouvelle ingénierie de l’usine de demain ou
du futur. Pour ce faire, il faudra tenir compte de la typologie des outils industriels et des
projets : Industries de procédé, Industries manufacturières, continu, discontinu, m
ono-produit, m
ulti-produits, taille, secteurs d’activité (Bio, Industrie m
inière ), Projets de quelques kilo euros au m
illiard d’euros. Com
me il faudra aussi que l’outil de production
soit conçu en respectant les principes de l’ingénierie verte et être au service de la société tout en étant m
odulable, recyclable, flexible, voir transportable,… Il y a donc lieu de
mettre en place une écologie industrielle qui réconcilie l’hom
me, la nature et les outils
de production.
La préparation de dem
ain nécessite aussi de reconsidérer le concept de l’entreprise tel qu’il est encore actuellem
ent appliqué dans la majorité des cas : celui basé sur les m
odèles inspirés de ceux issus de la révolution industrielle et développés par Frederick Taylor, H
enri Fayol, Henry Ford, T
homas A
. Edison et Toyota, entre autres. L’entreprise de dem
ain devra intégrer le concept du D
D dans sa stratégie, être socialem
ent responsable, fournir des solutions plutôt que des produits et ce, en développant de nouvelles relations avec ses clients, et être adepte du progrès continu en appliquant des m
éthodes appropriées.
Enfin, préparer dem
ain doit aussi se traduire en une adaptation de la société aux besoins en changem
ents, définis plus haut, et qui font des systèmes de production des systèm
es com
plexes constitués d’éléments fortem
ent interconnectés où le bon managem
ent des savoirs et technologies joue un rôle clé dans leur gestion efficiente à travers le développem
ent de nouvelles techniques et de nouveaux m
étiers qui intègrent la connaissance de l’homm
e et de la nature. C
e qui rend indispensable l’intégration des Sciences Hum
aines et Sociales et des Sciences de la Terre aux cursus de form
ation d’ingénieurs.
Dr. D
al Pont a fini son exposé en citant Thom
as Alva E
dison : “chemistry is our future”
et le futur aujourd’hui c’est déjà demain.
2. Enjeux environnem
entaux de l’agrochimie au M
aroc (Pr. A
ssobhei)
L’exposé du Pr. Assobhei traite de la durabilité de l’agriculture, en général, et de la
durabilité des produits chimiques utilisés dans ce secteur d’activité, en particulier.
Globalem
ent, cet exposé présente les principaux axes suivants : l’importance et la
durabilité de l’industrie chimique, la durabilité de l’agriculture, la durabilité des pesticides
et des engrais inorganiques utilisés dans l’agriculture et enfin quelques exemples m
ontrant l’apport des B
iotechnologies à l’amélioration de la durabilité de l’agriculture.
--------
Note de synthèse &
conclusions309
2.1. Durabilité de l’industrie chim
iquePr. A
ssobhei a comm
encé son exposé par une définition de la durabilité industrielle : une industrie est durable si elle est économ
iquement viable, com
patible avec l’environnement
et socialement responsable. L
a durabilité industrielle exige des produits plus durables et m
oins toxiques, facilement recyclables et biodégradables, dérivés autant que possible
de ressources renouvelables ne générant pas ou peu de gaz à effet de serre et utilisant des procédés de production soutenables.
Par procédé de production soutenable, Pr. Asobhei entend un procédé plus profitable parce
qu’i permet d’éviter le gaspillage des ressources et de l’énergie, ayant un im
pact minim
al sur l’environnem
ent (GE
S et polluants), permettant une utilisation plus efficace et plus
importante des ressources renouvelables et dim
inuant la dépendance des ressources non renouvelables.
Une fois posées ces définitions, Pr. A
ssobhei a mis en exergue le rôle im
portant joué par la chim
ie dans la civilisation humaine actuelle. Il a présenté des statistiques datant du début
de ce siècle pour illustrer cette importance en term
e de nombre de produits chim
iques com
mercialisés et de la taille du m
arché de l’industrie chimique qui représentait deux fois la
taille du marché des télécom
et qui se classait, en tant qu’industrie manufacturière, seconde
après l’industrie automobile. C
ependant, l’industrie chimique présente des risques non m
oins im
portants illustrés par Pr. Assobhei à l’aide de statistiques datant de 2002 (exposition à
certaines substances toxiques : 340 000 décès par an; empoisonnem
ent aux pesticides : trois m
illions d’intoxications aigües graves par an et 220 000 décès par an).
Ces risques qui affectent surtout les pauvres et les enfants, sont dus au caractère non
durable de
l’industrie chim
ique : utilisation
excessive des
ressources énergétiques
non renouvelables dans des procédés de fabrication préjudiciables à l’environnement,
pouvant présenter un danger, générateurs de produits toxiques et de déchets difficilement
recyclables et dégradables après leur cycle de vie. Cet handicap de m
anque de durabilité m
et l’industrie chimique au banc d’accusation, la poussant à fournir des efforts constants
en faveur de solutions vertes. Pr. Assobhei souligne l’im
portance du potentiel des biotechnologies pour l’élaboration de telles solutions.
2.2. Durabilité de l’agriculture
Pr. Assobhei a présenté ensuite les enjeux de l’agriculture dont l’un des défis essentiels
est de nourrir une population à démographie galopante estim
ée à 8 milliards à l’horizon
2030. La révolution verte (1944-1970) développée dans ce sens a donné lieu à une
agriculture productiviste intensive caractérisée par un accroissement spectaculaire de la
productivité et ce, grâce à la mise au point, l’intensification et l’utilisation de variétés de
céréales à hauts potentiels de rendements (blé, riz...), à l’utilisation d’engrais m
inéraux et de produits phytosanitaires, à la m
écanisation et à l’irrigation.
Les m
odes de production agricole adoptés pour la révolution verte ont eu des conséquences écologiques néfastes : salinisation, désertification et érosion des sols, pollution im
portante de l’environnem
ent, contribution à la diminution de la biodiversité, utilisation excessive
de l’énergie fossile et de l’eau, impact sur la santé et la qualité nutritionnelle des alim
ents. C
es modes de production non durables devraient être rem
placés par des modes donnant
lieu à une agriculture raisonnée et de qualité permettant d’am
éliorer et de soutenir des hauts rendem
ents agricoles, d’améliorer les sem
ences de la révolution verte, à forte dépendance des engrais et pesticides, et de préserver l’environnem
ent, les ressources naturelles et la qualité des produits.
310A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
2.3. Durabilité des produits agrochim
iquesPr. A
ssobhei a traité de la durabilité des pesticides et des engrais. Après avoir dressé des
statistiques sur l’usage et l’importance com
merciale de ces deux fam
illes de produits, il a présenté les principaux produits de chacune de ces deux fam
illes ainsi que leurs caractéristiques et leurs im
pacts écologiques. Ci-après les élém
ents saillants pour les pesticides et les engrais, successivem
ent.
2.3.1. Les pesticides
La valeur com
merciale des pesticides consom
més annuellem
ent est de 1,6 milliard de
dollars (données 2002). La F
rance qui en est le premier exportateur m
ondial en est le deuxièm
e consomm
ateur avec 100.000 tonnes par an. Le M
aroc en importe 9000
tonnes par an dont 50% environ sont utilisées pour les cultures m
araîchères et agrumes,
le reste est employé pour les autres usages agricoles (protection des autres cultures, de
la forêt et lutte contre les moineaux, les rongeurs et le criquet pèlerin), la santé publique
(désinfection, désinsectisation et dératisation) et la santé animale (hygiène des locaux
et protection des animaux contre certains insectes). C
es différentes statistiques sont relatives à l’année 2002.
Au M
aroc, des études d’impact des insecticides sur l’environnem
ent, quoique rares, perm
ettent de mettre en évidence un im
pact important sur l’environnem
ent : ils constituent la deuxièm
e cause d’intoxication au Maroc, soit 2179 cas d’intoxications
entre 1995 et 1999, ce qui représente 8% du total des cas recensés, avec un taux de
mortalité élevé (2,8%
du total des mortalités par intoxication)
0,5 à 1% des produits phytosanitaires rejoignent les cours d’eau au niveau du G
harb.
En France, des études m
ontrent que :20%
de la population française consomm
e une eau de boisson dont la teneur en pesticides dépasse les norm
es ; 91%
des points contrôlés dans les eaux de rivière sont contaminés et ce pourcentage est
de 55% pour les eaux souterraines;
54 % des échantillons de fruits et légum
es sont pollués par les pesticides (la moyenne
européenne étant de 36 %);
25 à 75% des pesticides épandus s’évaporent et se retrouvent dans l’air et l’eau et font le
tour de la planète;Tout adulte européen a accum
ulé entre 300 et 500 produits chimiques industriels.
2.3.2.Les engrais
Pour augmenter la production végétale d’environ 30 à 80%
, plusieurs millions de tonnes
d’engrais sont utilisés annuellement dans le m
onde fournissant des nutriments aux
plantes ou modifiant la fertilité du sol ou, encore, corrigeant les facteurs lim
itant les rendem
ents.
Globalem
ent, il existe deux grandes familles d’engrais : les engrais organiques, com
posés de m
atière organique végétale ou animale, et les engrais inorganiques, com
posés de produits chim
iques synthétiques et/ou de minéraux. Ils fournissent, dans des proportions
variables : les 3 macronutrim
ents primaires (N
, P et K), les 3 m
acronutriments secondaires
(Ca, S et M
g) et les micronutrim
ents (B, C
l, Mn, fer, Z
n, Cu, M
o et Se).
Le tableau suivant indique le degré d’utilisation des engrais inorganiques dans les pays
développés et en développement, en 1961 et 2000 (FA
O, 2003).
Note de synthèse &
conclusions311
Kg / hectare de terre arable en 1961
Kg / hectare de terre arable en 2000
Monde (M
oyenne) 23,5
100,9
Pays développés 40,4
80,5
Pays en VD
6,2
118,7
Les engrais apportant les trois nutrim
ents principaux (N, P, K
) constituent une bonne part de la consom
mation m
ondiale en engrais. Le tableau suivant indique la place du M
aroc par rapport à la consom
mation de ces engrais utilisés pour la production du blé (Ifa et al., 2002).
Engrais (kg/ha)
NP
2 O5
K2 O
Total
France80
8070
230
Pays-Bas
1909
10209
Chine
12018
2140
USA
7040
40150
Maroc
1210
224
La production de ces engrais est consom
matrice de ressources énergétiques fossiles
(fabrication de l’amm
oniac à partir de l’azote atmosphérique et d’hydrocarbures) et
de ressources minérales (phosphate, potasse…
) de durabilité limitée. Par ailleurs, leur
impact sur l’environnem
ent se traduit par la pollution des ressources en eau superficielles et souterraines par les nitrates, provoquant des m
aladies telle que la méthém
oglobinémie
ou le syndrome du bébé bleu, m
enant à l’hypoxie (provoque coma et m
ort si non traité) et l’eutrophisation des lacs et des zones côtières provoquant une prolifération d’algues et de végétation aquatiques source d’odeur et de m
auvais goût de ces eaux et empêchant
toute forme de vie dans ces m
ilieux à cause de la consomm
ation excessive de l’oxygène par les algues. L
a réhabilitation naturelle de ces zones peut prendre des décennies par dégradation naturelle des polluants accum
ulés.
2.4. Exem
ples d’apports des biotechnologies à la durabilité de l’agricultureE
nfin, Pr. Assobhei a plaidé pour l’utilisation des biotechnologies pour am
éliorer la durabilité de l’agriculture en proposant deux procédés œ
uvrant dans ce sens, développés par son équipe à l’U
niversité Chouaïb D
oukkali d’El jadida.
Le prem
ier, dénomm
é procédé RA
LB
I, est un procédé de bio dénitrification anaérobie des eaux dom
estiques ou des eaux usées, à lit bactérien imm
ergé à flux ascendant. La source
de carbone nécessaire peut provenir, dans le cas de la dénitrification des eaux usées, de la m
atière organique contenue dans ces eaux, et d’une source de carbone externe dans le cas de la potabilisation des eaux dom
estiques. Le procédé R
AL
BI utilise des roseaux com
me
source de carbone. Ce projet financé par l’A
cadémie H
assan II des Sciences et Techniques a perm
is de développer une installation à l’échelle - laboratoire optimisée pour une capacité
de 18 à 65 litres. Une installation pilote de 25 m
3 est en projet pour ce procédé.
Le deuxièm
e procédé est le procédé MO
RO
CO
MP de com
postage aérobie accéléré en bioréacteur de 4m
3. Les com
posts sont préparés à partir de boues et de matière végétale.
Les aptitudes fertilisantes des com
posts produits à l’aide du procédé optimisé ont été
évaluées positivement sur plusieurs plantes.
312A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
3. Développem
ent de catalyseurs et d’adsorbants de polluants à base de phosphates naturels (P
r. Sebti)
Pr. Sebti a fait part de l’expérience de son équipe à l’Université H
assan II-Moham
media,
en matière de développem
ent de catalyseurs et d’adsorbants à base de phosphates naturels m
arocains. L’exposé a décrit les motivations ayant été à l’origine des travaux de cette
équipe, les difficultés rencontrés, les résultats obtenus ainsi que l’appel à qui de droit pour contribuer à la valorisation com
merciale de ces résultats.
3.1. Phosphates naturels en tant que catalyseur
Pr. Sebti a expliqué que Le choix de la thém
atique de valorisation des phosphates dans le dom
aine de la catalyse est dû à un recoupement entre les dom
aines de compétence de
son équipe (la catalyse) et la volonté de celle-ci à contribuer à la valorisation de l’une des principales richesses nationales dans des applications de la chim
ie verte. En effet,
l’encouragement à l’em
ploi de la catalyse dans les processus d’élaboration des produits chim
iques constitue le 9èm
e principe de la chimie verte telle que défini par l’A
merican
Chem
ical Society, de mêm
e que la constitution chimique des phosphates naturels peut bien
s’y prêter vu leur structure proche de l’apatite et leur teneur en éléments chim
iques (Silice, A
lumine, A
rgile, oxygène, …) utilisés couram
ment dans la synthèse de catalyseurs.
Pr. Sebti a souligné le scepticisme avec lequel la com
munauté scientifique a accueilli les
travaux relatifs à cette thématique, à tel point que seule son équipe travaillait sur ce sujet au
niveau mondial, avec un soutien de quelques laboratoires étrangers en A
ngleterre et en Espagne
pour la caractérisation des produits. La prem
ière thèse produite par l’équipe sur le sujet date de 1994 et à la date d’aujourd’hui plus d’une centaine de publications internationales sont à l’actif de cette équipe sur le phosphate naturel en tant que catalyseur portant le label N
P.
Le tableau suivant com
pare l’activité de plusieurs catalyseurs dont le catalyseur NP pour
une réaction type. Les catalyseurs N
P montrent des capacités d’activation nettem
ent supérieures à celles des autres catalyseurs figurant dans ce tableau.
Catalyseur
Rendem
ent (%)
(Temps (m
in))
NP
98 (30)
FAP
72 (30)
KF
/NP
82 (3)
KF
/FAP
71 (10)
Na/N
P 96 (1)
Na/FA
P94 (7)
KF
/Al2 O
386 (150)
AlP
O4 /A
l2 O3
80 (15)
Résine
92 (300)
Zéolite
78 (720)
MgO
94 (5)
Al2 O
394 (5)
Note de synthèse &
conclusions313
Cette excellente activité de ces catalyseurs n’est pas due aux élém
ents chimiques à
caractère catalytique, présents dans les phosphates naturels, uniquement, com
me cela
était mentionné par une critique form
ulée à l’encontre des travaux de l’équipe du Pr. Sebti lors d’un congrès international m
ais à la structure apatitique des phosphates naturels dont les capacités catalytiques ont été prouvées par l’équipe à l’aide de travaux réalisés pour tester la véracité de cette critique.
Pr. Sebti a décliné les principales caractéristiques des catalyseurs NP : stabilité therm
ique qui peut aller au delà de 1100°C
, faible toxicité, recyclable, génère moins de déchets
ou de sous produits, sans solvants ou avec solvants verts. Ces caractéristiques font de
ces catalyseurs des agents de développement de la chim
ie verte et de développement
durable.
L’une des propriétés des catalyseurs NP qui n’est pas encore bien clarifiée est la valeur
faible de leur surface spécifique qui est actuellement évaluée à environ 1m
2/g. Des travaux
seront lancés pour clarifier ce point à l’aide des techniques d’analyse de surface.
Les travaux réalisés jusqu’à aujourd’hui ont visé des réactions dans différents dom
aines : biologique, pharm
acologique, antimicrobien, antiviral, dégradation de polluants (T
iO2/
NP), entre autres. Pr. Sebti déplore la non-com
mercialisation de ce catalyseur qui nécessite
d’autres compétences que celles de son équipe. Il a lancé un appel à cette occasion aux
industriels et à toute compétence dans le dom
aine de l’innovation afin d’œuvrer à la
comm
ercialisation de ces catalyseurs.
L’équipe du Pr. Sebti œuvre à l’élargissem
ent de l’application des catalyseurs NP à
différents types de réactions pour lesquelles il n’est pas encore performant et ce, par
dopage ou par modification de la structure, d’une part, et en utilisant celle-ci com
me
catalyseur ou comm
e support catalytique, d’autre part.
3.2. Phosphate naturel en tant qu’adsorbant
L’équipe du Pr. Sebti a aussi évalué les capacités des phosphates naturels en tant qu’adsorbants pour l’épuration des eaux usées industrielles et des eaux dom
estiques. T
rois types de matériaux ont été utilisés pour ce faire : N
P, NP m
odifié et les stériles de m
inerai de phosphates. Les im
puretés visées par l’épuration à l’aide de ces adsorbants sont les m
étaux lourds, les colorants et les pesticides.
Le tableau suivant m
ontre la grande capacité d’adsorption de plomb par le phosphate
marocain com
paré à d’autres adsorbants.
Matériau
q (mg g
-1)
Phosphate m
arocain86,06
Biom
asse morte
25,22
Biom
asse vivante35,69
Phosphate argileux de Floride37,2
Zéolite
70,58
314A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
4. Débat
Quatre m
embres de l’auditoire sont intervenus pour form
uler des comm
entaires et questions se rapportant aux trois exposés effectués : M
onsieur Moham
ed Benjelloun, D
irecteur d’une société d’ingénierie à C
asablanca ; Pr. Ahm
ed Bouhaouss, professeur à la Faculté
des Sciences de Rabat, Pr. A
li Boukhari, D
oyen de la Faculté des Sciences de Kénitra
et mem
bre correspondant de l’Académ
ie Hassan II des Sciences et Techniques ; et Pr.
Mahfoud Z
iyad, professeur à la Faculté des Sciences de Rabat et m
embre correspondant
de l’Académ
ie Hassan II des Sciences et Techniques. C
es comm
entaires et questions ainsi que les réponses des conférenciers sont déclinés, ci-après, par exposé.
4.1. Exposé du D
r. Dal P
ontU
ne seule intervention (M. B
enjelloun) concerne cet exposé. Elle porte sur la question de
savoir si la combinaison de l’optim
isation et la gestion de la maintenance des procédés
peut jouer un rôle important pour le développem
ent durable. C
omm
e réponse à cette question Dr. D
al Pont a précisé l’essor important des techniques
de point de pincement (Pinch Technology) pour l’optim
isation de la consomm
ation de l’énergie et de l’eau dans les procédés. L
es techniques d’analyse exergétique sont aussi de plus en plus utilisées pour l’optim
isation énergétique des procédés. Ces différentes
techniques ont une incidence positive très importante sur le développem
ent durable.
En ce qui concerne l’incidence de la gestion de la m
aintenance des procédés, Dr. D
al Pont a précisé l’im
portance de l’application des concepts FMD
S (fiabilité, maintenabilité,
disponibilité et sécurité) pour une gestion durable des installations industrielles.
4.2. Exposé du P
r. Assobhei
Deux interventions (Pr. B
ouhaouss et Pr. Boukhari) sont relatives à cet exposé. L
es com
mentaires et questions correspondants se rapportent aux aspects suivants :
la vétusté des statistiques utilisées (2002 et avant).
l’information
partielle concernant
la contam
ination des
nappes phréatiques
marocaines par les pesticides, le caractère nocif des résidus de ces substances qui
s’y accumulent et l’im
pact de l’entreposage des pesticides sur la pollution des nappes phréatiques par lixiviation et la pollution atm
osphérique par volatilisation de ces substances dangereuses.
la capacité actuelle de l’agriculture biologique à répondre aux défis de l’alimentation
de l’humanité.
Pr. Assobhei a apporté les élém
ents de réponse suivants :
les études publiées sur l’impact des pesticides au M
aroc sont rares et lorsqu’elles existent, elles sont généralem
ent menées par les adm
inistrations compétentes et font
l’objet de rapports qui ne sont pas toujours faciles d’accès. L’exposé n’a pas traité de l’im
pact des résidus des pesticides et ce, par manque de données d’ordre général
dans la littérature sauf pour les substances individuelles qui sont trop nombreuses
pour être examinées. E
n ce qui concerne l’entreposage, une réglementation relative
au transport des substances dangereuses a été mise en place en E
urope, Ce qui n’est
pas encore le cas au Maroc.
l’agriculture biologique se développe de plus en plus dans les pays développés, m
ais sa contribution à l’alimentation hum
aine reste très limitée à l’heure actuelle.
-----
Note de synthèse &
conclusions315
3.4. Exposé du P
r. SebtiL
es quatre intervenants ont formulé des com
mentaires et questions relatifs à l’exposé du
Pr. Sebti et ce, concernant les aspects suivants :
l’opportunité et la faisabilité d’utiliser en chimie verte des phosphates naturels qui
comportent beaucoup d’élém
ents chimiques sous form
e d’impuretés com
me des
métaux lourds et des substances radioactives. Q
uel prétraitement a été utilisé pour
ce faire?
le mode de préparation et le m
écanisme catalytique des catalyseurs N
P permettant
de justifier l’activité importante de ces catalyseurs avec une si faible surface
spécifique.
l’intérêt d’utiliser NP com
me support de T
iO2 si la surface spécifique de N
P est si faible.
la problématique de valorisation des résultats de la recherche et son lien avec le
manque de sociétés d’ingénierie industrielle au M
aroc et de profils d’ingénieurs répondant aux besoins de cette dernière.
Ces com
mentaires et questions ainsi que les réponses du Pr. Sebti perm
ettent de dégager les renseignem
ents suivants :
les phosphates naturels subissent un prétraitement com
portant un lavage à l’eau pour élim
iner les fines particules d’argile, et une calcination pour éliminer les
carbonates. Les m
étaux lourds et les éléments radioactifs ne sont pas élim
inés par ce prétraitem
ent et ils restent incrustés dans la structure du matériau. U
n lavage supplém
entaire à l’eau ne permet de déceler que quelques traces de phosphates dans
le résidu.
les travaux menés par l’équipe de recherche du Pr. Sebti sur le développem
ent de nouveaux catalyseurs à base de phosphates naturels ont débuté sous form
e em
pirique dont les résultats positifs ont encouragé l’équipe de persévérer dans le développem
ent de ces travaux. Des explications sont apportées au fur et à m
esure aux différents questionnem
ents théoriques concernant ces travaux, comm
e celui relatif à la valeur faible de la surface spécifique des catalyseurs N
P qui n’est pas encore élucidé.
le rôle du phosphate en tant que support dans le catalyseur TiO
2/NP est double.
D’une part, il perm
et de régénérer les petites quantités de TiO
2 qui ne seraient pas récupérables sans ce support et, d’autre part, de créer une synergie avec le T
iO2
en améliorant nettem
ent l’activité du catalyseur pour la réaction photochimique de
dégradation des polluants.
la comm
ercialisation des catalyseurs et des adsorbants développés à base des phosphates naturels dans le cadre des travaux de l’équipe du Pr. Sebti nécessite des com
pétences complém
entaires relevant du domaine de la valorisation des
résultats de recherche. Pr. Sebti considère que ce rôle devrait être joué par les industriels dont l’O
CP qui est, en principe, le prem
ier concerné. En réalité cette
activité de valorisation nécessite une infrastructure de R&
D et d’innovation dont le
métier de l’ingénierie industrielle qui est le parent pauvre des sociétés d’ingénierie
nationales.
--------
316A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
5. Synthèse des travaux du Panel «chim
ie verte et développement durable»
Les travaux de ce Panel consacré à la «chim
ie verte et développement durable» ont
permis de m
ettre en évidence, à travers les trois exposés et le débat qui en a résulté, les problém
atiques du développement durable et le rôle que doivent jouer la chim
ie, base de toutes les sciences, et l’industrie chim
ique, base de toutes les industries, pour répondre aux défis liés à ces problém
atiques.
La com
munauté scientifique internationale relevant des dom
aines de la chimie et du G
énie des Procédés a pris conscience, depuis plus d’une vingtaine d’années des responsabilités im
portantes dont elle doit s’acquitter pour apporter des solutions viables permettant de
minim
iser les nuisances des activités relevant de ces domaines. D
es solutions de traitement
des rejets industriels ont été conçues durant les quarante dernières années grâce à l’apport im
portant de la chimie et du G
énie des Procédés. Ces solutions en aval, m
ême si elles
permettent d’assurer un certain degré de dépollution, restent onéreuses et n’em
pêchent pas la dégradation inutile les ressources naturelles et les facteurs de production tout en causant des nuisances qui m
ettent en danger les biens et les populations.
Les concepts de chim
ie verte «Green C
hemistry» et d’ingénierie verte «G
reen Engineering»
développés durant les vingt dernières années visent un tout autre objectif à savoir, celui de concevoir les produits et procédés générant le m
oins de nuisances possible durant tout leur cycle de vie, consom
mant le m
oins de ressources durables possibles, recyclables et biodégradables à la fin de leur cycle de vie.
La m
ise ne œuvre de ces concepts peut être assurée grâce à l’application d’un arsenal de
méthodes et d’outils développés par la chim
ie et le Génie des Procédés, couvrant toutes
les phases d’un projet depuis les activités de recherche jusqu’aux activités d’élimination
des produits et procédés concernés, en passant par les études de faisabilité, la conception et l’ingénierie du procédé, la m
ise en place de l’installation industrielle et la gestion optim
ale de celle-ci, la comm
ercialisation des produits et/ou services et la répartition des richesses obtenues.
Au
Maroc,
la m
ise en
œuvre
des concepts
de «G
reen C
hemistry»
et de
«Green
Engineering» pour répondre aux défis du développem
ent durable nécessitent deux dém
arches complém
entaires.
La prem
ière démarche consiste à bien doter le M
aroc des ressources humaines capables de
veiller à la réalisation d’investissements industriels respectant les principes de la chim
ie verte et de l’ingénierie verte au niveau des choix des produits et procédés, de l’ingénierie de l’installation industrielle et de la gestion optim
ale de celle-ci. C’est là le rôle du G
énie des Procédés dont le cursus national doit être révisé pour intégrer les enseignem
ents de «G
reen Engineering» et de «C
hemical Product E
ngineering» qui font actuellement défaut
à cette discipline.
Dans le cadre de cette prem
ière démarche il y a lieu, et c’est m
ême une nécessité
incontournable, de veiller à l’encouragement du développem
ent des sociétés d’ingénierie industrielle répondant aux besoins des secteurs des industries de transform
ation de la m
atière et de l’énergie. C’est là un recoupem
ent avec une recomm
andation de la journée d’étude sur l’ingénierie organisée le 24 novem
bre 2010 par l’Académ
ie Hassan II des
Sciences et Techniques. Ces sociétés d’ingénierie joueront un rôle essentiel pour la m
ise en place des concepts de l’ingénierie verte dans les secteurs des industries de transform
ation de la m
atière et de l’énergie.
Note de synthèse &
conclusions317
La
deuxième
démarche
complém
entaire de
la prem
ière, aurait
comm
e objectif
d’accompagner les activités de recherche dans les dom
aines de la chimie et du G
énie des Procédés pour œ
uvrer au développement de nouveaux produits et procédés verts.
Pour ce faire, tous les processus de recherche et d’innovation requis pour ce faire doivent être analysés en vue de dégager les lacunes dont ils souffrent actuellem
ent : la gestion des activités de recherche académ
ique, les infrastructures de R&
D et d’innovation
disponibles au niveau local et au niveau national ainsi que leur mode de gestion, les
politiques sectorielles et nationale de l’encouragement de l’innovation et enfin le potentiel
du marché national en m
atière d’innovation et les perspectives d’évolution de celui-ci.
En fait cette analyse de l’existant a déjà fait l’objet de travaux de plusieurs com
missions
au niveau national dont les conclusions sont connues de tous les concernés. C’est la m
ise en œ
uvre efficace des recomm
andations qui en ressortent qui tarde à voir le jour. Ayant
participé à l’élaboration de ces recomm
andations et au test de certaines d’entre-elles, je pense que ce qui m
anque à l’amorçage réussi des activités d’innovation au M
aroc c’est l’effet-dém
onstration.
En effet, il s’agit de m
ettre en place des procédures permettant de faire des résultats de
la recherche des succès comm
erciaux. Vu le contexte socioéconom
ique national et les m
odes de gouvernance pratiqués au Maroc, ces procédures ne peuvent pas être copiées des
expériences internationales mais elles doivent être élaborées sur place, à travers le m
ontage d’expériences pilotes dont le but principal est une analyse approfondie des m
écanismes m
is en jeu dans lesdits processus, tout en faisant le nécessaire pour apporter des m
odifications à ces m
écanismes de m
anière à faire de l’expérience pilote un succès comm
ercial.
Avant de choisir les expériences pilotes pouvant conduire aux succès com
merciaux à
travers des procédures de R&
D et d’innovation optim
isées, il serait utile d’examiner un
certain nombre de travaux de recherche dont les résultats sont orientés-m
arché et qui n’ont pas encore été concrétisés en applications com
merciales réussies. C
es travaux vont perm
ettre d’examiner les processus de R
&D
utilisés en vue de leur apporter des am
éliorations par rapport à l’objectif de l’innovation visé. Cet exam
en préliminaire ne
doit pas prétendre à une valorisation réussie des résultats de recherche concernés, car le succès de la valorisation dépend essentiellem
ent de la qualité de ces résultats et de la faisabilité de leur valorisation qui doit se baser sur un besoin identifié m
oyennant une étude de m
arché.
Com
mentaires du m
odérateur : dans les exposés des Professeurs Sebti et Assobhei, il
y a matière à choisir l’un de ces travaux de recherche qui peuvent faire l’objet d’un
tel examen. L
e projet de développement de catalyseur N
P élaboré par l’équipe du Pr. Sebti constitue un exem
ple intéressant pour comm
encer ce processus. C’est là une
tâche originale avec laquelle l’Académ
ie Hassan II des Sciences et Techniques pourrait
contribuer efficacement au développem
ent de l’innovation technologique au Maroc.
Panel II : «C
himie et santé»
Présentant la thématique, le Pr. Taïeb C
hkili, présidant le panel « chimie et santé »
rappelle que la chimie est souvent considérée com
me la source de nom
breux ennuis et de m
aladies, à la faveur d’épisodes divers : le douloureux épisode de la Thalidom
ite, la tragique question de l’am
iante, et plus récemm
ent, le problème du M
édiator, sans parler d’accidents de l’industrie chim
ique tels que les accidents de Sovéso et d’AZ
T, et sans rappeler le tout récent dram
e nucléaire de Fukuschima.
318A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Ainsi perçue, la chim
ie mobilise les m
édias et alarme les opinions. E
lle suscite les inquiétudes les plus diverses quant à ses retom
bées sur la santé.
Or, s’il est vrai que la chim
ie a favorisé le développement de dépendance à l’égard
de certaines substances, notamm
ent les produits stupéfiants, les excitants, les enivrants, les hallucinogènes, elle est au coeur de la plupart des grandes innovations du m
onde m
oderne et joue un rôle essentiel dans notre qualité de vie et notre santé.
Chim
ie et santé constituent, en effet, un véritable couple au service de notre bien-être. Les
synergies créées entre la chimie et les sciences biologiques et biom
édicales contribuent à une m
eilleure compréhension du fonctionnem
ent normal et pathologique du vivant à l’échelle
moléculaire, et aident à saisir les interactions subtiles entre les com
posantes auxquelles se rattachent progressivem
ent toutes les fonctions de la vie. «La chim
ie est à la biologie ce que le solfège est à la m
usique» dit Pierre Potier, le père la Navelbine et du Taxotère.
Mais la chim
ie est encore plus que cela. C’est elle qui a contribué, non seulem
ent à comprendre
le vivant, mais aussi à concevoir des stratégies de prévention (traitem
ent de l’eau, stérilisation d’instrum
ents et de locaux, vaccination, etc.). C’est un fait aujourd’hui, que si nous som
mes
en meilleure santé et que nous vivons douze ans de plus qu’il ya cinquante ans, c’est en partie
dû aux innovations de l’industrie chimique et des sciences biom
édicales.
La chim
ie a permis en effet le développem
ent de moyens de plus en plus sophistiqués pour
diagnostiquer précocement
les affections, qu’elles soient microbiennes, dégénératives,
métaboliques ou cancéreuses, ou encore génétiques ou environnem
entales, grâce à l’imagerie,
aux tests et marqueurs biologiques, au génie génétique. G
râce à la chimie, nous som
mes
également en m
esure d’élaborer des stratégies de thérapeutiques spécifiques, de plus en plus efficaces et de m
oins en moins nocives, de proposer certaines prescriptions prédictives.
Aujourd’hui, la chim
ie s’attaque à de nouveaux défis : maladies neuro-génétiques, cancers,
dégénérescences. Elle fournit à l’industrie pharm
aceutique et à la médecine des principes
actifs purs, fabriqués à partir de molécules naturelles ou synthétiques, capables d’inhiber
ou de renforcer certaines activités biologiques. Elle ouvre égalem
ent des perspectives nouvelles grâce aux nanotechnologies, aux nanom
édicaments, aux biotechnologies et à
la thérapie génique.
L’apport de l’industrie chimique et des innovations auxquelles elle donne lieu est
également à l’origine de prothèses de plus en plus com
plexes, d’implants sophistiqués,
d’organes de remplacem
ent, fabriqués à partir de nouveaux matériaux.
Pour illustrer ces apports de la chimie à la santé, la parole est donnée successivem
ent à :
M. le Pr. Jean Pierre M
ajoral, Directeur de recherche au L
aboratoire Chim
ie de C
oordination (LC
C), Toulouse en France,
M. L
e Pr. El M
okhtar Essassi, M
embre R
ésident de l’Académ
ie Hassan II des
Sciences et Techniques, professeur à l’université Moham
med V
Rabat-A
gdal, au M
aroc,
M. le D
r. Bernard M
eunier, Président Directeur G
énéral de PAL
UM
ED
, Mem
bre de l’A
cadémie des Sciences, en France.
•••
Note de synthèse &
conclusions319
La com
munication du Pr M
ajoral a été consacrée aux dendrimères phosphorés et à leurs
applications, avec comm
e illustration, l’apport de la chimie en biom
édecine et sciences des m
atériaux.
M. M
ajoral a rappelé d’abord la définition des dendrimères qui sont des polym
ères iso-m
oléculaires multifonctionnelles dont la taille, la topologie, la flexibilité, la m
asse m
oléculaire peuvent être contrôlés de manière rigoureuse lors de leur form
ation.
Constitués d’arborescences divergentes à partir d’un coeur central, ces dendrim
ères sont généralem
ent préparés via la répétition d’une séquence de réactions qui va donner à chaque séquence de réactions une génération, donnant ainsi quatre générations I, II, III, et IV
.
Le grand nom
bre de fonctions situées à la surface de ces molécules leur confèrent des
propriétés particulières de réactivité, de stabilité, de solubilité et de viscosité.
Grâce aux caractéristiques de ces m
olécules, les dendrimères sont utilisés pour la catalyse
donnant lieu à des effets dendritiques et permettant d’obtenir des nanom
atériaux, des nanotubes, des couches m
inces, etc. et d’obtenir un grand nombre d’applications dans
le domaine biom
édical, telles que la préparation de puces AD
N, le transfert de m
atériel génétique dans les cellules, l’utilisation de propriétés anti-V
IH, anti-inflam
matoire, ou
encore en imagerie m
édicale.
Parmi ces applications, M
. Majoral présente d’abord celle relative à la production et la
multiplication de cellules N
.K. dont l’action dans la lutte anticancéreuse est bien connue,
et dont l’efficacité sur les tumeurs produites chez la souris a été concluante.
La deuxièm
e application présentée par M. M
ajoral est relative à l’utilisation de ces dendrim
ères dans la lutte contre la polyarthrite rhumatoïde et l’obtention d’une résorption
de l’inflamm
ation au bout de cinq jours de traitement, résultats confortés par ceux obtenus
chez les sujets témoins.
Le troisièm
e exemple d’applications est relatif à l’utilisation de ces dendrim
ères en im
agerie médicale. L’auteur s’est intéressé à des com
posés absorbant des photons (les chrom
ophores) pouvant être utilisés dans l’approche infra-rouge par une excitation biphotonique beaucoup m
oins toxique, le caractère non linéaire de l’absorption donnant lieu à une excitation focalisée sur le focal du laser.
Grâce à de m
ultiples manipulations, on peut obtenir des im
ages de très bonnes qualités sans toxicité, m
ême à des doses bien supérieures à celles utilisées actuellem
ent.
Dans le dom
aine des nanomatériaux, M
. Majoral a présenté quelques exem
ples extrêmem
ent instructifs et très prom
etteurs. Parmi ces applications, citons la construction de nanotubes
constitués uniquement de dendrim
ères et pouvant augmenter très significativem
ent la fluorescence, ou encore, l’obtention de puces A
DN
dont les avantages sont extrêmem
ent im
portants avec une amélioration de la sensibilité par rapport aux puces existantes, et
permettant la préparation de K
it de détection de certaines maladies infectieuses,(agents
pathogènes des viandes, legionella) ou cancéreuses, notamm
ent les récidives du cancer du sein, le tout dans des délais très courts, de l’ordre de cinq heures.
320A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Enfin, M
. Majoral a présenté une application très originale, m
ême si, dans l’im
médiat,
son utilisation n’est pas bien définie, à savoir, l’utilisation des dendrimères dans l’écriture
dans l’eau, grâce à la greffe à l’intérieur des dendrimères de groupem
ents fluorescents.
Le Pr. E
l Mokhtar E
ssassi, a présenté une comm
unication sur la chimie hétérocyclique et
ses applications médicales.
Partant de la constatation que la chimie joue aujourd’hui un rôle central dans la découverte
des médicam
ents, composants organiques capables d’inter-réagir avec les protéines,
l’auteur s’est intéressé à cette inter-réaction qui a donné lieu à la bio-informatique
structurale pour comprendre ces inter-réactions.
Ces progrès sont dus au fait qu’il a été possible de décoder les génom
es humains.
Grâce l’utilisation de la diffraction des R
X et aux m
éthodes physiques telles que la RM
N
et la spectrométrie de m
asse, il est possible d’identifier des protéines candidates, en partant de gêne. O
n arrive ainsi à une chimiothèque sur laquelle on va pouvoir faire un
criblage réel ou virtuel.
Les auteurs ont ainsi constitué une chim
iothèque constituée de molécules obtenues par
réarrangement des hétérocycles (indazol, benzim
idazol, benzodiazépines, triazol etc).C
es composés sont purifiés, caractérisés par m
éthode spectrale, et classés avec, pour chaque com
posé, une fiche spécifique. 2500 à 3000 molécules ont ainsi été préparées.
Suit l’étude des propriétés pharmaco-chim
iques grâce à un travail collaboratif où interviennent d’autres laboratoires et de services biom
édicaux. Puis suit l’étude in vivo, sur des anim
aux de laboratoires, des propriétés toxiques et pharmacologiques, des effets
indésirables, de l’activité anti microbienne.
La chim
iothèque ainsi constituée, a permis de faire un travail qui a contribué à isoler 200
molécules intéressantes. L’objectif des auteurs est de participer à la constitution d’une
chimiothèque nationale à travers un réseau de groupes de recherche dans le dom
aine.
Le Pr. B
ernard Meunier a par la suite traité de nouvelles approches dans le traitem
ent de la m
aladie d’Alzheim
er insistant sur le fait que les résultats présentés sont ainsi portés pour la prem
ière fois à un public scientifique.
Après avoir rappelé les concepts du vieillissem
ent, de l’espérance de, de la longivité m
aximale, M
Meunier donne les élém
ents épidémiologiques, sém
iologiques et les théories physiopathologiques de la m
aladie et ses caractéristiques évolutives.
Malgré les progrès réalisés, le diagnostic reste souvent tardif, en l’absence de testes
biologiques fiables, et les avancées thérapeutiques sont toujours lentes.
C’est dire l’im
portance de la recherche fondamentale pour parvenir à un diagnostic
précoce et un traitement efficace.
Dans cette perspective, M
. Meunier rappelle que sur le plan anatom
opathologique, la
Note de synthèse &
conclusions321
maladie d’A
lzheimer se caractérise par la constitution de plaques am
yloïdes à l’extérieur des neurones et des neurofibrilles à l’intérieur qui sont à l’origine d’un stress oxydant aboutissant à la m
ort du neurone. Ces plaques am
yloïdes proviennent de deux peptides d’am
yloïde existant normalem
ent en équilibre et toute dérégulation du processus aboutit à une hyper-réticulation des am
yloïdes avec piégeage d’ions métalliques (C
u, Fe) dont le stockage, le transfert et l’élim
ination sont perturbés. La m
aladie d’Alzheim
er se caractérise par une quantité anorm
alement élevée de C
u (environ 400 micro-m
olaires au lieu des 70 qui se trouvent dans un cerveau norm
al).
Après avoir essayé dans un prem
ier temps l’hydroxyquinoline, autrefois utilisée dans
le traitement de la diarrhée et abandonnée en raison de sa toxicité, les auteurs se sont
intéressés à une série de molécules dont l’utilisation en 2000 a abouti à une réduction de
plaques mais sans récupération de la m
émoire, chez les souris transgéniques.
Les auteurs ont alors essayé une pisquinoline ayant un seul liguant du C
u et dont les résultats sont très probants.
Une autre m
olécule, la pisaminoquinoléine, capable de solubiliser les plaques am
yloïdes a été essayée et a abouti à une réduction du stress oxydant. D
’autres molécules telles que
la PA 16-35 et la PA
16-37, spécifiques du Cu et ne touchant pas au Z
n (ce qui est très im
portant), ont ouvert de nouvelles perspectives thérapeutiques.
La PA
16-36 utilisée chez la souris non transgénique et non conventionnelle a donné une récupération de 100%
de la mém
oire épisodique des souris traitées par injection de petite quantité de la m
olécule dans l’hypocampe.
Ces com
munications ont été suivies par un débat extrêm
ement riche portant à la fois sur
l’originalité des travaux présentés et sur les perspectives très encourageantes des résultats prélim
inaires.
Une rem
arque importante a été form
ulée sur le fait que la plupart des avancées obtenues dans le dom
aine de la santé, l’ont été grâce à la combinaison des travaux en chim
ie et des recherche en biom
édecine et en biologie, et qu’il fallait en tenir compte dans le libellé de
la thématique et dans la structuration du panel.
Il est rappelé à ce propos que les recherches dans le domaine des m
écanismes de la
physiothérapie, des moyens de diagnostic, de découvertes de nouveaux m
édicaments,
exigent nécessairem
ent une
collaboration étroite
de chim
istes, de
biologistes, de
pharmacologistes et de cliniciens.
De nom
breuses questions ont porté essentiellement sur les dendrim
ères, leurs propriétés et leurs applications en m
édecine et en imagerie, ainsi que sur la m
éthodologie de constitution de chim
iothèques permettant d’optim
iser les recherches et de sélectionner les m
olécules candidats. La com
munication relative aux essais dans le traitem
ent de la m
aladie d’Alzheim
er a également soulevé des questions concernant l’utilisation de souris
transgéniques et non transgéniques, ainsi que les hypothèses et les critères de choix des m
olécules utilisées.
322A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
Panel III : «C
himie et industrie»
Trois conférences ont été prononcées de 9h00 à 10h30, à l’issue desquelles des discussions
se sont engagées.
Le prem
ière conférence «La chim
ie au cœur des énergies d’avenir» a été prononcée par
M. H
ervé BE
RN
AR
D, A
dministrateur G
énéral Adjoint du C
EA
, en remplacem
ent de M
. Bernard B
IGO
T, Adm
inistrateur général du CE
A, em
pêché par des raisons liées à l’accident nucléaire m
ajeur de Fukushima au Japon.
La seconde conférence «D
e l’intéressant à l’utile : l’apport des solides poreux à la société» a été présentée par M
. Gérard FE
RE
Y, professeur E
mérite à l’U
niversité de Versailles
(médaille d’or du C
NR
S 2010).
La troisièm
e conférence «Germ
an Chem
istry : Facts and Challenges» a été dite par M
. M
ichael DR
ÖSC
HE
R, Président de la Société A
llemande de C
himie.
Ces
trois conférences
ont fait
l’objet d’échanges
intenses entre
conférenciers et
académiciens.
En ce qui concerne la prem
ière conférence, les questions/réponses ont porté sur :
la production d’électricité par le nucléaire : cette production est de 80% des besoins
d’électricité de la France;
la sureté de cette source d’énergie en relation avec l’accident au Japon : les 6 centrales de Fukushim
a ont subi un séisme d’am
plitude 8,9 suivi d’un tsunami avec des vagues
de 17 m et plus alors qu’était prévu l’assaut de vagues de 10 m
de hauteur, les moteurs
diesel de secours pour la production d’électricité n’ont pu ainsi démarrer;
l’extraction d’uranium à partir de phosphates : cette extraction n’est pas actuellem
ent industriellem
ent utilisable;
la fusion nucléaire : Le prototype IT
ER
à Cadarache ne produira pas d’électricité,
mais de la chaleur, il aura une puissance therm
ique de 500 MW
. Il est basé sur les technologies déjà utilisées dans les tokam
aks (un tokamak est une cham
bre de confinem
ent magnétique destinée à contrôler un plasm
a pour étudier la possibilité de la production d’énergie par fusion nucléaire) qui ne produisent pas non plus d’électricité. M
ais ITE
R doit tester les technologies nécessaires à la fabrication
du réacteur expérimental D
EM
O (d’une puissance prévisionnelle de 1 500 M
W
électrique), dont l’objectif sera de démontrer la faisabilité industrielle de la production
d’électricité par la fusion nucléaire. JET
(Joint European Torus) à A
bingdon, près d’O
xford au Royaum
e-Uni est celui qui a le record de durée de production de plasm
a (6 m
inutes), réalisant la fusion nucléaire entre le deutérium et le tritium
qui semblent
les plus appropriés pour les futurs réacteurs nucléaires; «Tore Supra», implantée à
Cadarache détient le record de puissance (16 M
W therm
ique pendant 6 secondes avec production d’un plasm
a chauffé à plus de 5 millions de degrés C
elsius).
matériaux devant perm
ettre un stockage sécurisé des déchets radioactifs.
i)ii)iii)
iv)
v)
Note de synthèse &
conclusions323
M. B
ER
NA
RD
a dressé un tableau exhaustif des domaines où la chim
ie peut intervenir dans
les problém
atiques scientifiques
liées aux
énergies d’avenir :
importance
du traitem
ent des minerais, de la chim
ie analytique performante, de la chim
ie des procédés et des m
atériaux, intervention des problèmes de corrosion, de la radiolyse avec des
cinétiques ultra-rapides…
La seconde conférence a suscité un riche débat sur les m
atériaux poreux; des échanges ont porté sur :
l’encapsulation de médicam
ents avec relargage lent dans les organismes vivants ainsi
que le problème de la toxicité lorsque les com
posés poreux sont utilisés pour ce relargage. L
a réponse à ces questionnements, c’est qu’il s’agit d’un sous dom
aine trop récent, m
ais qu’aucune toxicité chimique a été détectée jusque-là;
la possibilité d’inclure dans les canaux des particules qui interagiraient mieux avec
l’hydrogène moléculaire perm
ettant d’envisager le stockage d’hydrogène à partir de com
posés poreux. Le but jusqu’à ce jour n’était pas ce type de stockage, c’est
évidemm
ent une piste d’investigations à venir;
la stabilité des composés poreux et plus particulièrem
ent sur celle des composés
hybrides. Concernant l’aspect stabilité, les com
posés, dont il est fait mention dans
l’exposé de M. FE
RE
Y, sont stables jusqu’à des tem
pératures de 350°C ; pour ce
qui est de la stabilité en milieu hum
ide, (l’un des critères les plus importants pour
les industriels), les produits sont stables, pendant au moins six m
ois dans l’eau bouillante;
la possibilité
de travailler
sur des
architectures bidim
ensionnelles et
non tridim
ensionnelles pour le stockage non dans des canaux mais au m
ilieu de feuillets. L
a réponse a été que d’une part l’objectif des travaux concernait la conception et la synthèse de com
posés 3D ainsi que l’étude de leurs propriétés, m
ais que d’autre part la suggestion pourrait donner suite à des travaux intéressants.
La troisièm
e conférence a également conduit à de nom
breuses questions réponses. Les
principaux sujets de débat ont porté sur :
les raisons
de l’excellent
classement
de l’A
llemagne
à l’échelle
industrielle m
ondiale en chimie : M
. DR
ÖSC
HE
R a fait part de la bonne structuration des
entreprises allemandes dans ce secteur d’activité économ
ique avec seulement 7%
de grandes entreprises et un réseau im
portant de petites et moyennes entreprises de
moins de 500 salariés;
le recrutement des industries allem
andes : docteurs versus ingénieurs. Le recrutem
ent de cadres dans les entreprises chim
iques allemandes se fait préférentiellem
ent parm
i les docteurs ce qui donne un caractère innovant aux entreprises de ce secteur d’activités économ
iques;
la mondialisation et l’im
plantation, à l’étranger, en particulier en Chine, d’usines
chimiques
d’origine allem
ande. M
. D
RÖ
SCH
ER
précise
que lorsqu’une
telle construction s’opère, des centres de recherche associés sont m
is en place;
i)ii)iii)
iv)
i)ii)iii)
324A
ctes de la session plenière solennelle, Rabat, 16 - 18 m
ars 2011
la coopération recherche universitaire/industrie : cet aspect correspond à un point fort de la chim
ie allemande puisque cette coopération est bien établie et ce, depuis
de longues années.
Avant l’heure du déjeuner et à partir de 11h ont été présentées trois autres conférences qui
ont eu trait à la chimie au M
aroc.
La quatrièm
e de la matinée «E
tat de la chimie au M
aroc : Recherche académ
ique et monde
industriel» a été prononcée par le Dr. M
ohamed SM
AN
I, directeur de l’Association R
&D
M
aroc.L
a cinquième s’intitulait «L
e rôle de la R&
D au M
aroc dans le développement futur de
l’industrie des phosphates» elle fut donnée par le Dr. A
bdelaali KO
SSIR, directeur R
&D
de l’O
ffice Chérifien des Phosphates.
La sixièm
e et dernière intervention de cette session fut prononcée par le Dr. E
l Moutaoikkil
EL
BA
RA
KA
de l’Office C
hérifien des Phosphates, elle avait pour titre «Le rôle de
l’industrie des phosphates dans le développement du secteur de la chim
ie au Maroc».
M. Ism
ail AK
AL
AY
a été désigné comm
e étant le discutant principal pour tout le panel III.
Ces trois dernières conférences ont traité de l’exem
ple du Maroc dans le cadre fixé par
cette session «Chim
ie et Industrie». Elles ont donné lieu à une riche discussions entre
conférenciers, académiciens et scientifiques présents à cette session.
On a noté l’insuffisance des retom
bées, par entrainement dans les autres secteurs
économiques, alors que le potentiel est im
portant. Ce fut l’occasion d’évoquer l’industrie
minière dans sa globalité qui s’accom
pagne de fluctuations importantes des prix de vente
(40 US$ à 250 U
S$ la tonne de phosphate!), de l’apport de la chimie qui a perm
is de traiter des m
inerais de plus en plus pauvres en produits recherchés, de pénétrer dans des «niches» de produits à haute valeur ajoutée (à titre d’exem
ple : oxyde de zinc nanom
étrique poreux utilisé dans les gaines des hôpitaux pour piéger les bactéries). Les
effets induits accompagnant l’ouverture d’une m
ine ont aussi été discutés.
Il a été signalé également le fait que l’industrie chim
ique au Maroc crée trop peu d’em
plois essentiellem
ent parce que la recherche est trop embryonnaire et que les retom
bées sur la science chim
ique n’est pas à la hauteur de ce qui pourrait être espéré.
Les problèm
es des rejets en mer lors du traitem
ent des phosphates et du phosphogypse (gypse non naturel, issu du traitem
ent industriel des phosphates pour la fabrication de l’acide phosphorique et des engrais phosphatés) ont été évoqués. D
es travaux sont en cours pour résorber au m
ieux ces deux aspects, en particulier sur la valorisation du phosphogypse, m
ême si des faiblesses en m
atière d’innovation ont été reconnues.
iv)
325L
iste des participants
LIST
E D
ES PA
RT
ICIPA
NT
Sà la session de m
ars 2011
Mem
bres de l'Académ
ie
Prénom
et NO
M
PR
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TIO
N
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LL
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Driss A
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Professeur M
embre résident
SMI
ST
IC
Faculté des Sciences, Rabat
Daoud A
IT-KA
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Professeur M
embre résident
SMI
Productique-génie industriel
Université L
aval, Canada
Moham
ed AIT-K
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I Professeur
Mem
bre résident ST
ET
M
Président du Conseil G
énéral
du Développem
ent Agricole
Om
ar ASSO
BH
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Professeur M
embre correspondant
STE
TM
Sciences de la m
er
Faculté des Sciences
El Jadida
Ismail A
KA
LA
Y
Directeur G
énéral M
embre correspondant
ITIT
de l’H
ydrométallurgie
M
AN
AG
EM
(ON
A)
Abdelm
alek AZ
IZI
Professeur M
embre correspondant
SMI
M
athématiques
Faculté des Sciences, Oujda
Moham
med B
EL
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HE
Professeur
Mem
bre correspondant SPC
Physique
E
NS, R
abat
Rachid B
EN
MO
KH
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Président de l’Observatoire
Mem
bre résident E
SDE
BE
NA
BD
EL
LA
H
National du D
éveloppement
H
umain, R
abat
Collèges (abréviations):
- SPC : Sciences Physique et C
himiques
- STV
: Sciences et Techniques du Vivant
- SMI : Sciences de la M
odélisation et de l'Information
- ESD
E : E
tudes Stratégique et Développem
ent Econom
ique- IT
IT : Ingénierie, T
ransfert et Innovation Technologique- ST
ET
M : Sciences et Techniques de l'E
nvironnement, de la Terre et de la M
er
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 17 - 19 février 2010326
LIST
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NT
S (suite)
Prénom
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M
PR
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N
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Abdelilah B
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F Professeur
Mem
bre résident SPC
Physique
Faculté des Sciences, Rabat
Moham
ed BE
RR
IAN
E
Doyen,
Mem
bre correspondant E
SDE
Faculté des L
ettres
Jean-Jacques B
ON
NE
T
Professeur M
embre associé
SPC
Université Paul Sabatier
Directeur du L
aboratoire de
C
himie de C
oordination
Badia B
OU
AB
Professeur
Mem
bre correspondant ST
ET
M
Paléontologie
Faculté des Sciences - Rabat
Y
ahia BO
UG
HA
LE
B
Professeur de Physique M
embre correspondant
SPC
Doyen, Faculté des Sciences
E
l Jadida
A
li BO
UK
HA
RI
Professeur de Chim
ie M
embre correspondant
ITIT
D
oyen, Faculté des Sciences
K
énitra
T
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UN
AH
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I V
ice-Président M
embre correspondant
ITIT
U
niversité Moham
ed V
A
gdal - Rabat
M
ostapha BO
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Professeur
Chancelier
SPC
D
épartement-génie chim
ique M
embre résident
C
haire du Canada sur la
physique des polym
ères
et les nanotechnologies
Moham
med
Professeur – Physique M
embre correspondant
SPCC
HE
RK
AO
UI
Université du M
etz - France
Rajaa C
HE
RK
AO
UI
Professeur de Physique M
embre correspondant
SPCE
L M
OU
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I Faculté des sciences- R
abat
Taïeb CH
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I Professeur de N
eurologie M
embre résident
STV
Président de l’U
niversité
Moham
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327L
iste des participants
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Prénom
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M
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RT
Professeur de G
éologie M
embre associé
STE
TM
(France) U
niversité Pierre
et Marie C
urie (Paris)
Secrétaire Perpétuel de
l’Académ
ie des Sciences
(France)
Noureddine E
L A
OU
FI Professeur d'économ
ie M
embre résident
EST
E
Faculté de Droit - R
abat
A
hmed E
L H
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Directeur
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bre résident ST
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M
l’Institut Scientifique
U
niversité Moham
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I Professeur - M
athématiques
Mem
bre résident SM
I
Laboratoire de T
héories
des Systèmes
U
niversité Perpignan - France M
okhtar ESSA
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himie
Mem
bre résident SPC
Faculté des Sciences - Rabat
Om
ar FASSI-FE
HR
I Professeur de M
écanique M
embre résident
SPC
Faculté des Sciences - Rabat
Secrétaire Perpétuel
de l’A
cadémie H
assan II
des Sciences et Techniques
Gerald G
. FUL
LE
R
Fellow of the A
cademy
Mem
bre associé SPC
(USA
) of E
ngineering
Departm
ent Chem
ical
Engineering
(Stanford U
niversity)
Francisco GA
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IA-
Director G
eneral de Gestión
Mem
bre associé ST
VG
AR
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Forestal y Suelos
(M
exique) Secretario de M
edio Am
biente
Nadia G
HA
ZZ
AL
I Professeur
Mem
bre correspondant SM
I
Titulaire de la C
haire de
recherche CR
SNG
-Industrielle
Alliance sur les fem
mes en
sciences et génie
D
épart. Maths et de Statistique
U
niversité Laval (Q
uébec)
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 17 - 19 février 2010328
LIST
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M
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Claude G
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EL
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Institut Necker Faculté de
Mem
bre associé ST
V(France)
Médecine-U
niversité
René D
escarte - Frabce
Abderrahim
MA
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OU
Z
Professeur – INSA
M
embre résident
ITIT
D
épart. de Génie M
écanique
Conception Lyon – France
Carlos M
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- Professeur d’im
munologie
Mem
bre associé ST
VA
LO
NSO
Président- C
onseil Supérieur(E
spagne) de la R
echerche Scientifique
(CSIC
– Madrid)
Sellama N
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IFI Professeur de G
énétique M
embre correspondant
STV
et im
munologie Faculté de
M
édecine - Casablanca
D
riss OU
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Professeur
Mem
bre résident ST
ET
M
Hydrom
écanique (EM
I)
Université M
ohamed V
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abat
Y
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Professeur
Mem
bre résident SM
I
Faculté des Sciences
Université C
adi Ayyad
M
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El H
assan SAID
I Professeur - Physique
Mem
bre résident SPC
Faculté des Sciences, R
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lbert SASSO
N
Professeur M
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STV
Sciences biologiques
C
onsultant auprès UN
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bdelaziz SEFIA
NI
Professeur M
embre correspondant
STV
Faculté de M
édecine - Rabat
D
irecteur Départem
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Génétique m
édicale (INH
)
Rabat
Khalid SE
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AT
Professeur – E
conomie
Mem
bre correspondant E
SDE
U
niversité Libre de B
ruxelles
Belgique
329L
iste des participants
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Prénom
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M
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Professeur
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bre correspondant SPC
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anotechnologies - AU
I
(School of Science and
Engineering)
O
saka University
Philippe A. TA
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Professeur -D
épartement
Mem
bre associé IT
IT(C
anada) of C
hemical E
nginnering
Ecole Polytechnique de
M
ontréal
André Z
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UI
Professeur M
embre associé
SPC(France)
Microm
écanique des
Matériaux
E
cole Polytechnique
Mem
bre de l’Académ
ie des
Sciences
Mahfoud Z
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D
Professeur de Chim
ie M
embre correspondant
ITIT
V
ice Doyen Faculté des
Sciences - R
abat
Actes de la session plenière solennelle, R
abat, 17 - 19 février 2010330
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ayant présenté une comm
unication
Prénom
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Affiliation
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, France
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Ministre de l’Industrie, du C
omm
erce et des Nouvelles Technologies
Jean-Pierre DA
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Président de la Société du G
énie des Procédés, France
Michael D
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Président de la société A
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D
irecteur du Com
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C chargé de la C
himie et de l’Industrie
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ffice Chérifien des Phosphates, M
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Mem
bre de l’Académ
ie des Sciences, Professeur Ém
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de V
ersailles-Saint-Quentn-en-Y
velines (uvsq), France
Marc FO
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EC
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E
Mem
bre de l’Académ
ie des Sciences, Professeur au Collège de France
Najia K
OM
IHA
Professeur à l’U
niversité Moham
ed V-A
gdal, Rabat, M
aroc
Abdelaali K
OSSIR
D
irecteur R&
D, O
ffice Chérifien des Phosphates, M
aroc
Abdelali R
AH
MA
NI
Professeur à l’Université M
oulay Ismail, M
eknès, Maroc
Jean-Pierre MA
JOR
AL
D
irecteur de recherche au Laboratoire de C
himie de C
oordination (LC
C),
Toulouse, France
Bernard M
EU
NIE
R
Président Directeur G
énéral de PAL
UM
ED
, Mem
bre de l’Académ
ie
des Sciences, France
Said SEB
TI
Professeur à l’Université H
assan II-Moham
media, C
asablanca, Maroc
Moham
ed SMA
NI
Directeur de l’A
ssociation R&
D M
aroc, Maroc
Berend SM
IT
Professeur à l’Université de C
alifornie, Berkley, U
SA
Taib ZIA
D
Professeur à l’Université G
öterborg, Suède
2011L
es mem
bres de l’Académ
ie lors de la Session Plénière Solennelle 2011
