Benzène, tétrachlorocarbone et autres solvants industriels remplacés par de l’eau

Les industries, en particulier l’industrie chimique utilisent de nombreux solvants dans leur production. Nombre de ces composés sont toxiques pour l’homme et l’environnement. Sources de composés organiques volatils, destructeurs de la couche d’ozone, certains solvants persistent dans le milieu dans lequel ils sont relâchés. Ils sont donc un véritable fléau pour la planète et leur utilisation est aujourd’hui soumise à des restrictions importantes.

Pour tenter de réduire l’impact de ces composés et de rendre la chimie en général plus propre, une nouvelle forme de pensée s’est développée dans le cadre de la « Chimie Verte ». 12 grands principes ont été définis et constituent le fil directeur d’une chimie toujours performante mais plus respectueuse de l’environnement. Parmi ces fondamentaux, le problème des solvants est souligné, dans le 5e principe qui parle de : « Limiter les auxiliaires de synthèse (solvant, agents de séparation) et n’utiliser que des produits non toxiques ». Les chimistes ont donc dû chercher de nouveaux produits, répondant aux nouvelles exigences tout en conservant un certain nombre des propriétés des solvants précédemment utilisés.

Pourquoi utiliser des solvants ?

Le but de solvants est de convertir les substances sous une forme appropriée à un usage particulier. Ils sont la plupart du temps indispensables au bon déroulement d’une réaction. Ils permettent de mettre en contact les différents réactifs (produits de départ que l’on souhaite transformer), de stabiliser des espèces chimiques peu stables, d’homogénéiser le milieu… Ainsi, même si des techniques de réactions sans solvants se développent, ils restent très présents dans l’industrie.

Quels solvants alternatifs ?

Les recherches actuelles portent sur l’utilisation de solvants moins impactants. Parmi eux on trouve…l’eau !

Composé vert par excellence, l’eau est présente en grandes quantités sur la planète et est économiquement très avantageuse. Cette molécule possède des propriétés physico-chimiques intéressantes qui lui permettent d’être utilisé comme solvant dans de nombreuses réactions. Ainsi l’eau est une molécule polaire (effet dû à la géométrie coudée de la molécule qui permet une orientation de la molécule dans un sens particulier) et protique (c’est-à-dire qui possède des atomes d’Hydrogène facilement captables par d’autres molécules). Ces deux propriétés associées à des interactions électrostatiques appelées forces de Van der Waals et liaisons H permettent à l’eau de se lier facilement aux autres composés présents dans le milieu. Cela permet une bonne solvatation du composé, c’est-à-dire que l’entité que l’on veut faire réagir se retrouve accrochée à des molécules d’eau et est répartie dans tout le milieu, donc disponible pour réagir. La température d’ébullition relativement élevée de l’eau (100°C) permet de l’utiliser pour un grand nombre de réactions et dans de nombreuses conditions opératoires (pression, température du milieu…). Le solvant eau est donc une bonne alternative à l’utilisation de d’autres produits plus toxiques.

D’un point de vue économique, l’eau a un coût faible et peut être facilement recyclée et traitée après utilisation. L’adaptation des conditions opératoires demande cependant un certain travail de recherche. En effet, changer de solvant peut jouer sur le rendement de la réaction, la vitesse de la réaction, les conditions opératoires (température de réaction à laquelle le solvant n’est plus à l’état liquide) et même sur la structure du produit final obtenu. De plus, tous les composés ne sont pas solubles dans l’eau voire même certains composés tels que les organomagnésiens sont détruit par l’ajout d’eau dans le milieu réactionnel…

Il est donc nécessaire de développer de nouveau solvants. Ainsi, le CO2 supercritique (intermédiaire entre gaz et liquide), est utilisé aujourd’hui comme substitut aux solvants tels que le tétrachlorométhane CCl4, composé très toxique utilisé dans le procédé de décaféination. Ce solvant cumule de nombreux avantages : il est non-toxique, non-inflammable, renouvelable et bon marché. Les liquides ioniques commencent également à faire leur apparition dans l’industrie. Ces derniers possèdent des caractéristiques très intéressantes et sont pour la plupart non toxiques. Cependant ils restent assez chers pour le moment tout comme les biosolvants qui sont encore très peu développés mais qui sont porteurs de nombreux espoirs.

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