Quelques idées et suggestions dégagées du concours :
«Abfallfreier Chemieunterricht»
Un enseignement de la chimie qui s’efforce d’éviter les déchets
*par Peter MENZEL Université de Hohenheim - Stuttgart - Allemagne
1. L’IDÉE DU CONCOURS**
La réglementation sur la manipulation de substances dangereuses a réduit considérablement le nombre des produits chimiques pouvant être utilisés dans l’enseignement.
L’opinion publique est de plus en plus réservée vis-à-vis de tout ce qui a un rapport avec la chimie.
Si, à ces deux aspects peu encourageants s’ajoutent encore des difficultés liées à l’élimination des déchets, le professeur de chimie, soucieux de ne pas trop se compliquer l’existence, pourrait être tenté de dispenser un enseignement purement théorique.
Pourtant, ce n’est qu’en profitant de l’enseignement de la chimie pour faire participer activement les élèves à la protection de l’environ- nement, que nous arriverons à former des citoyens responsables.
Notre objectif ne doit donc pas consister à manipuler moins, mais à réaliser des manipulations compatibles avec le respect de l’environnement.
L’enseignement doit nous montrer, à l’échelle réduite, ce qui doit être fait, à grande échelle, pour protéger notre cadre de vie.
* Ce texte est celui de la conférence donnée à Luxembourg le 11 octobre 1994 dans le cadre des rencontres entre enseignants lorrains, luxembourgeois et sarrois décrits p. 1189.
** Ce concours a déjà fait l’objet de plusieurs présentations dans le B.U.P.
Voir B.U.P. n° 744 (mai 1992), p. 811 ; B.U.P n° 761 (février 1994), p. 391 ; B.U.P. n° 764 (mai 1994), p. 903.
Le concours «Abfallfreier Chemieunterricht» (enseignement de la chimie sans déchets) a été organisé pour contribuer à éviter le développement d’un enseignement trop théorique de la chimie et aussi pour relever le rôle important que doit jouer l’enseignement de la chimie dans la compréhension et la solution des problèmes liés à la protection de l’environnement.
Le but du concours est de réaliser une collection d’expériences de chimie contribuant toutes au recyclage, à la suppression ou à la réduction des déchets engendrés par l’enseignement de la chimie.
Ce recueil d’expériences a été édité en collaboration avec l’Institut Dr. Flad (un établissement d’enseignement privé formant des chimis- tes), la GDCh (Gesellschaft Deutscher Chemiker, l’équivalent de la SFC) ainsi qu’un certain nombre de sponsors.
Le Ministre de l’Environnement de Baden-Württemberg, Harald B. Schäfer a assumé le patronage de l’opération, la coordination était assurée par l’Institut Dr. Flad alors que la GDCh, la BASF, Bayer, l’Institut Dr. Flad, FCI (Fonds der Chemischen Industrie), Aug.
Hedinger, Hoechst, les éditions Ernst Klett, Merck et Riedel de Haen assuraient le soutien financier du concours. Le jury était composé de huit spécialistes appartenant à l’enseignement secondaire et à l’ensei- gnement supérieur ainsi qu’au Ministère de l’Environnement et au Ministère des Affaires Culturelles. Les travaux étaient évalués par rapport à la réalisation des trois possibilités de résolution des problèmes engendrés par les déchets : ÉVITER, RÉDUIRE et RÉUTILISER les déchets.
Les stratégies suivantes peuvent être envisagées :
• ÉVITER les déchets :
– expériences ne produisant pas de déchets, – expériences réalisées en tubes scellés, – utilisation de produits de substitution, – recyclage / circuit fermé.
• RÉDUIRE les déchets :
– expériences à échelle réduite (sur plaque en porcelaine), – utilisation de verrerie de faible capacité,
– projection d’expériences sur rétroprojecteur, – utilisation de solutions très diluées.
• RÉUTILISER les déchets :
– réutilisation des produits d’une réaction en tant que réactif pour une autre réaction,
– réalisation d’une suite de manipulations successives, – utilisation thermique.
2. LE CONCOURS DE L’ANNÉE 1992
Soixante-dix contributions avaient été reçues en 1992. Les partici- pants avaient élaboré des propositions intéressantes en faisant preuve de beaucoup d’esprit d’innovation. Voici quelques exemples choisis dans les différentes catégories de propositions :
• Recyclage :
– polymérisation / dépolymérisation de méthacrylate de méthyle et de styrène,
– cycles de manipulations concernant la chimie de cuivre, du nickel et de l’iode,
– récupération de métaux lourds (plomb, zinc), – récupération d’acides, de solvants.
– utilisation du liquide de refroidissement en circuit.
• Substitution :
– remplacement de l’iode par l’acide benzoïque dans des expériences illustrant les états d’agrégation.
• Réduction des déchets :
– mesure du taux de CO2 dans l’air ambiant en renonçant aux tubes à détection,
– mise en évidence du glucose réalisée sur un porte-objet, – observation, au microscope, de l’arbre de Saturne.
• Réutilisation des déchets :
– réutilisation de restes d’oxyde de magnésium dans le cadre d’activi- tés sportives,
– utilisation du produit de la neutralisation de l’acide ascorbique comme produit vitaminé.
• Dépôt :
– dépôt de résidus dans un sarcophage en béton.
En tout quatre premiers prix, cinq seconds prix et un prix spécial furent distribués. La remise des prix eut lieu en octobre 1992 au Ministère de l’Environnement à Stuttgart. Les premiers prix revenaient à :
– Dr. Dieter GRÄF (Ravensburg) : Moyens de réduction des déchets dans l’enseignement de la chimie,
– Prof. Victor OBENDRAUF (Feldbach, Oesterreich) : Mesure du taux de CO2 dans l’air ambiant sans tubes à détection,
– Wolfgang PROSKE, Karin KUHNT et Johannes RÖDER (Wittenberg) : Réflexions et expériences concernant un enseignement de la chimie sans déchets,
– Prof. Dr. Volker WISKAMP et Klaus TRAGESER : Combinaison d’expé- riences isolées de la chimie du cuivre dans le but d’aboutir à un cycle fermé ne produisant pas de déchets contenant l’élément cuivre à l’état liquide ou solide.
3. EXPÉRIENCES ÉLABORÉES PAR L’ÉQUIPE DU Dr. MENZEL
a - Électrolyse d’une solution d’iodure de zinc sur rétroprojecteur et recyclage de la solution
La projection de cette expérience sur rétroprojecteur permet de bien montrer ce qui se passe tout en utilisant de très faibles quantités de réactif. Après l’expérience, la solution est aspirée à l’aide d’une seringue et réintroduite dans le récipient de stockage qui renferme du zinc en grains pour retransformer l’iode formé. De cette façon, l’expérience peut être répétée un grand nombre de fois sans production de déchets. En plus, le temps de préparation de l’expérience est très limité.
Figure 1 : Projection de l’électrolyse d’une solution diodure de zinc.
b - Préparation de dioxygène sans production de déchets par décomposition catalytique du peroxyde d’hydrogène
Le dioxygène peut être préparé sans problème dans l’appareil à gaz représenté sur la figure. On envoie une solution à 10 % de peroxyde d’hydrogène sur du platine en forme de perles jouant le rôle de catalyseur. Quand la solution est consommée, c’est-à-dire quand il ne reste plus que de l’eau, celle-ci est évacuée et une nouvelle quantité de peroxyde est introduite.
Figure 2 : Préparation de dioxygène sans production de déchets.
c - Utilisation du lactate d’éthyle comme solvant à la place de xylène lors de la préparation de soufre monoclinique
Des solvants aromatiques ne peuvent plus guère être utilisés dans l’enseignement de la chimie. Le lactate d’éthyle convient très bien comme solvant lors de la démonstration de la cristallisation de soufre monoclinique à partir d’une solution chaude. La formation de soufre s’observe particulièrement bien quand l’expérience est réalisée dans une boîte de Pétri sur le rétroprojecteur.
Figure 3 : Projection de la formation de soufre monoclinique dans l’acétate d’éthyle avec loupe.
4. EXPÉRIENCES RÉALISÉES AVEC UN BOUCHON À ADSORPTION
La réglementation sur les substances dangereuses impose l’usage d’une hotte pour la réalisation d’un grand nombre d’expériences de cours et de travaux pratiques. En général, le nombre des hottes disponibles est insuffisant ce qui entraîne la suppression d’un certain nombre d’expériences de cours et de travaux pratiques. Souvent aussi, la disposition de la hotte dans la salle de classe ne permet pas à tous les élèves de bien suivre les expériences réalisées par le professeur.
Figure 4 : Bouchon à adsorption.
Figure 5
Plusieurs expériences fondamentales ne peuvent plus être réalisées sans précautions particulières. Ainsi, la nouvelle réglementation ne permet plus aux élèves d’effectuer des expériences de décomposition de bois, de sucre ou de matières plastiques par chauffage à sec dans un tube à essais ouvert.
Les manipulations suivantes exigent également des précautions particulières : expériences au cours desquelles du dioxyde de soufre ou des oxydes d’azote sont libérées, préparation d’un ester à odeur agréable à partir de substances malodorantes.
Ces expériences peuvent cependant encore être réalisées si on utilise un bouchon d’adsorption tel qu’il vient d’être mis au point. Il s’agit d’un bouchon en polyéthylène muni d’un couvercle formant un clapet percé de trous. Ce bouchon peut contenir trois grammes de charbon actif qui peut adsorber 20-30 % de son propre poids c’est-à-dire 0,6 à 0,9 g de déchets. Comme les quantités de réactifs utilisées en classe sont généralement faibles, le bouchon peut être utilisé pour plusieurs expériences successives. On procède au remplacement du charbon actif quand le poids du bouchon a augmenté de 0,6 g ou quand des odeurs désagréables commencent à apparaître. On récupère le charbon actif après utilisation et on le régénère de temps en temps par chauffage sous une hotte. La régénération se fait en chauffant le charbon actif dans un
ballon dans lequel on introduit de l’air à l’aide d’un aérateur pour aquarium. On peut aussi aspirer l’air vicié à l’aide d’une trompe à eau.
Le bouchon à adsorption convient pour les tubes à essais courants (diamètre de 16 à 20 mm). Il existe aussi des joints en silicone pour d’autres types de verrerie.
Perspectives
A côté de la publication des contributions au concours, il est prévu d’offrir des cours de recyclage en collaboration avec l’Institut Dr. Flad.
Le concours continuera à être organisé tous les deux ans. La date limite pour l’introduction des contributions pour le concours de l’année 1994 est fixée au 31 mars 1994.
REMERCIEMENTS
Que tous les sponsors et les participants au concours soient ici sincèrement remerciés.
Peter MENZEL est professeur à l’Université de Hohenheim (160) - B.P. 700562 - D. 70593 Stuttgart.
