CINÉTIQUE CHIMIQUE

Applications techniques

Mais tout en contribuant aux progrès mêmes de la chimie en tant que science, la cinétique chimique est aussi une science appliquée ; en traduisant la transformation chimique en termes quantitatifs, elle rend possible l'action de l'ingénieur sur celle-ci. Un premier groupe d'application concerne la mise au point des procédés industriels de transformation chimique. Le problème dans ce cas est de fabriquer un certain produit chimique au coût minimal. Si nous considérons le cas du Nylon, il faudra disposer d'acide adipique, CO₂H(CH₂)₄CO₂H, au moindre prix, or celui-ci peut être obtenu à partir de benzène, C₆H₆, hydrogéné en cyclohexane, C₆H₁₂, lui-même oxydé par l'air en cyclohexanol, celui-ci étant oxydé par l'air ou par l'acide nitrique en acide adipique. Chacune de ces étapes réactionnelles doit être industriellement optimalisée, c'est-à-dire qu'il faut en faire l'étude cinétique complète, en déduire un schéma de procédé pour une réalisation industrielle, schéma qui définira les fractionnements nécessaires pour purifier les réactifs, les réacteurs nécessaires pour assurer la transformation, les fractionnements nécessaires pour purifier les produits ainsi que les connexions entre ces équipements. On établira ensuite le plan de circulation des fluides, c'est-à-dire qu'en tout point on établira la concentration et le débit pour tous les produits chimiques présents. À partir de ces données, on établira un schéma d'instrumentation et de tuyauteries où sont déterminés les matériaux, les dimensions et les épaisseurs des réacteurs, des colonnes de fractionnement et des tuyauteries... Même une réaction aussi simple que l'hydrogénation du benzène en cyclohexane (C₆H₆ + 3H₂ → C₆H₁₂) nécessite une installation chimique d'apparence complexe comme le montre la photo ci-contre ; la cinétique chimique, la physico-chimie, le génie chimique sont les sciences principales qui permettent, malgré cette complexité, de rendre disponibles les produits chimiques de synthèse à des prix de plus en plus faibles.

Une deuxième classe d'application concerne la stabilisation des matériaux ; la dégradation d'un matériau est souvent chimique, due en particulier à l'oxydation par l'air, à l'action de l'eau ou à l'action des rayons ultraviolets provoquant des réactions photo-induites dans le matériau. Il est important de déterminer quantitativement quels ingrédients, incorporés au matériau sous une forme et à une concentration précises, rendront ces réactions les plus lentes possibles. Ainsi le polyéthylène peut être employé dans des objets innombrables, parce qu'on a su le stabiliser par des antioxygènes, en général des phénols substitués engagés à raison de 0,1 à 0,3 p. 100, et par des agents antiultraviolets engagés à des concentrations de 0,05 à 0,1 p. 100 et qui souvent sont des dérivés du benzothiazol ou de la benzophénone.

Une troisième classe d'application se rattache à l'ensemble des sciences de la vie. Les mécanismes des cellules vivantes apparaissent nettement, depuis que toutes les espèces chimiques présentes ont pu être chimiquement caractérisées, c'est-à-dire surtout depuis 1940, comme obéissant aux lois de la chimie : « Cells obey the laws of chemistry » (J. D. Watson, Molecular Biology of the Gene). À une mise en évidence qualitative et globale des mécanismes chimiques correspondant à telle ou telle fonction succède de plus en plus une compréhension fine et quantitative. L'attribution du prix Nobel 1967 de médecine à G. Wald pour ses travaux sur les fondements moléculaires de la vue, en particulier sur les mécanismes chimiques au niveau de la rétine, est significative de l'importance attachée à ces travaux. La connaissance quantitative des phénomènes biochimiques s'accompagne en effet d'une possibilité d'action accrue dans les domaines relatifs au contrôle de la reproduction et de la croissance des espèces végétales ou animales, ou au domaine de la médecine. Les agents chimiques, aliments, médicaments, engrais, pesticides, pourront en effet être utilisés de façon de plus en plus précise, et en quantité et en temps, pour leur conférer l'efficacité maximale dans leur interaction avec les phénomènes biochimiques qu'ils ont pour but de contrôler. Là encore, c'est en traduisant la réalité chimique en termes logiques et sous forme de lois quantitatives que la cinétique chimique augmente l'efficacité des techniciens.

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