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COLLECTION ARMAND COLIN (Section de Chimie) Savons. Détergents. par. Jacques BERGERON. Ingénieur chimiste E. P. C. I. Ancien élève de l'i. T. E. R. G.

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Texte intégral

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Savons

et

Détergents

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N° 292.

COLLECTION ARMAND COLIN (Section de Chimie)

Savons Détergents

et

par

Jacques BERGERON

Ingénieur chimiste E. P. C. I.

Ancien élève de l'I. T. E. R. G.

24 Figures

LIBRAIRIE ARMAND COLIN 103, Boulevard Saint-Michel. PARIS

, , , tVffl» (fronts facrïët \

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Tous droits de reproduction, de traduction et d'adaptation réservés pour tous pays.

Copyright 1954 by Max Leclerc et Cie.

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PRÉFACE

Si le mot de savon que nous açons hérité du latin est dans le vocabulaire courant des Français depuis des siècles, celui de détergent, bien qu'ancien, n'a certainement jamais été aussi employé que ces dernières années et le nombre de produits couverts par ce vocable a tellement augmenté qu'il a fallu s'ingénier à lui trouçer des synonymes.]

J'ai tort de dire des synonymes, une langue claire n'en a pas et si le français est clair, ce qui ne fait de doute pour personnelle langage scientifique se doit de l'être encore plus.

Il a donc fallu définir et créer des mots au milieu desquels il est encore difficile pour le profane de se débattre. Qui de nos lecteurs ne s'est trouvé aux prises avec les déter- gents, détersifs, agents tensio-actifs et le dernier qui nous vient d'Amérique et n'est peut-être pas le plus mauvais surfactant. Nous ne parlons pas des termes d'agents mouil- lants, agents émulsionnants, qui parlent par eux-mêmes.

Trop heureux sommes-nous lorsque l'auteur n'englobe pas tous les détergents sous le titre vague et quelquefois inexact de produits sulfonés.

Ce n'est pas une discussion linguistique, malgré tout l'intérêt qu'elle peut avoir, que nous désirons engager ici, mais cette floraison de termes est la preuve du développement de ces produits dans les années qui viennent de s'écouler et le signe aussi, par leur imprécision, que cette partie de la chimie organique relativement neuve est encore en pleine évolution.

Les savons, en dehors de leurs emplois ménagers ou pour l'hygiène, sont depuis longtemps utilisés dans des industries

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diverses : textile, métallurgie, mais l'apparition des pro- duits de synthèse avec leurs propriétés améliorées a eu pour résultat qu'il n'y a pas une industrie qui puisse se passer d'eux.

Nous osons espérer que ce petit volume, en présentant à ses lecteurs le savon, puis les détergents et en essayant dans la mesure de nos connaissances actuelles de faire ressortir ce qu'ils ont en commun, les aidera à comprendre leur action, à voir leur intérêt et peut-être à leur trouver de nou- velles applications.

Nous avons, dans un but de clarification, simplifié au maximum, au risque même de dénaturer les théories qui essayent d'expliquer l'action de ces détergents. Que le lecteur pourtant ne s'y trompe pas, ces molécules à la fois solubles et insolubles dans l'eau sont douées de propriétés dont les applications sont fort intéressantes, mais dont l'explication profonde est encore bien mal connue.

Trop peu de savants se sont jusqu'à ce jour penchés sur ces problèmes. Nous en connaissons pourtant qui, ne dédaignant pas l'étude de cet humble produit qu'est le savon, en ont par analogie tiré des conclusions qui sont applicables aux protéines et qui, par là, aideront peut-être à comprendre les phénomènes de la çie.

L'avenir dans ce domaine nous apportera probablement beaucoup de découvertes et notre but aujourd'hui est seule- ment d'essayer de faire le point.

Nous voudrions enfin remercier M. Appell et Mlle Uri à qui nous lie une longue amitié de travail en commun et dont les noms sont connus de tous les techniciens français du savon.

Ils nous ont prodigué leurs conseils et nous leur sommes même redevables d'une certaine partie rédactionnelle. Qu'ils trouvent ici le témoignage de notre reconnaissance.

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SAVONS ET DÉTERGENTS

AVANT-PROPOS

L'industrie du savon remonte à l'antiquité et nous n'avons pas l'intention d'en faire ici un historique détaillé. Elle s'est installée en France soit près des lieux de production ou d'importation de corps gras : région marseillaise, nantaise, etc..., soit près des lieux de grosse consommation : Paris.

Le perfectionnement de la fabrication a suivi celui de l'industrie chimique et il a été fortement influencé par la mise au point de la fabrication de la soude caustique par les procédés Leblanc, puis Solvay. La technique par- ticulière de la savonnerie a permis d'obtenir des savons de plus en plus concentrés. Les savons marbrés ont eu leur époque de succès, suivis par les savons liquidés sur gras. L'intervention des savants dans l'étude de la théorie de la saponification et des équilibres a permis la mise au point récente de procédés continus.

Parallèlement, les tonnages fabriqués ont augmenté en fonction du développement de l'hygiène pour les savons de toilette et de ménage, et en fonction du déve- loppement de l'industrie pour les savons variés. Si nous considérons les détergents autres que le savon, la situation est très différente. Seules les saponines étaient utilisées depuis longtemps. L'industrie proprement dite des déter- gents est relativement récente. Elle a eu pour origine une double cause : d'une part, le besoin d'obtenir pour

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l'industrie un produit ne présentant pas les défauts du savon, d'autre part, la pénurie de corps gras dans certains pays à partir de la première guerre mondiale.

Cette industrie a bénéficié du développement intense de la chimie au cours des cinquante dernières années.

Il semble que l'on se trouve actuellement dans une période d'évolution. S'il n'est pas douteux que le savon a déjà été et sera de plus en plus remplacé pour certains usages spéciaux tant industriels : teintures, que d'hy- giène : shampooings, il y a des domaines où il est pour l'instant impossible de se prononcer. L'examen des chiffres de production comparés de savons et de déter- gents aux États-Unis donne à ce sujet des indications intéressantes. Le tableau ci-dessous des ventes comparées de savons et produits savonneux et de détergents peut résumer la situation :

SAVONS ET PRODUITS

SAVONNEUX DÉTERGENTS

En 1935 " " " " " 1 000 000 tonnes 22 000 tonnes

- 1947 1 700 000 — 225 000 —

- 1948 ... 1 500 000 — 350 000 — - 1949 ... 1 1100 000 — 450 000 — - 1950 ... 1 400 000 — 550 000 — - 1951 ... 1 150 000 — 725 000 —

L'apparition des détergents synthétiques s'est faite progressivement de 1933-1934 jusqu'en 1947, et il est à noter que pendant toute cette période l'augmentation de la production de détergents synthétiques n'a pas nui à la production de savons, mais que ces deux industries se sont développées parallèlement dans des proportions extraordinaires. Actuellement, les détergents prennent l'avantage et les ventes de savons baissent dans des proportions importantes. Que sera l'avenir? Il est diffi- cile de le savoir : une lutte est engagée, dans laquelle normalement ne devraient survivre que les produits les

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plus intéressants, soit par leurs propriétés spéciales et irremplaçables, soit par leur faible coût. Le savon garde un avantage certain à ce dernier point de vue, il a d'excel- lentes propriétés détergentes et d'antiredéposition dans le cas du lavage du coton. Ce sont ses deux meilleurs atouts et il est possible que, malgré l'engouement actuel en faveur des détergents, le savon reste le plus important des produits détersifs, surtout si on peut lui ajouter des produits qui corrigeraient ses faiblesses. C'est en tout cas par le savon que nous commencerons cette étude, pour continuer par les détergents, nous réservant dans une troisième partie de grouper les propriétés physico- chimiques qui semblent communes au savon et aux détergents.

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PREMIÈRE PARTIE LES SA VONS

CHAPITRE PREMIER

MATIÈRES PREMIÈRES

Nous examinerons sommairement, d'abord, les matières premières responsables de la partie lipophile de la molé- cule du savon : les huiles, les graisses, bref, les corps qui apportent les acides gras ; puis ceux qui introduiront la partie solubilisante : les alcalis. Pour abréger, nous ne parlerons pas des produits de charge ou d'augmentation.

I. — LES CORPS GRAS

Les acides gras se trouvent dans la nature à l'état de combinaisons variées, mais le plus souvent sous la forme de « triesters de la glycérine » ou triglycérides.

Au point de vue chimique, un triglycéride correspond à la formule :

dans laquelle R, R', R" sont des chaînes carbonées.

On reconnaît dans la formule ci-dessus la constitution caractéristique d'un acide gras : R — COOH, et le squelette de la glycérine : CHzOH-CHOH-CHzOH.

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Dans les corps gras qui nous occupent, les acides gras ont presque toujours un nombre pair d'atomes de car- bone, nombre qui varie, pour les corps gras courants, entre 8 et 22 (un seul acide à nombre impair de carbone se rencontre dans la nature : l'acide undécylénique, qui contient 11 atomes de carbone ; il est d'ailleurs peu répandu).

Ces acides gras peuvent être saturés ou présenter une ou plusieurs doubles liaisons. Ils peuvent même porter en outre la fonction alcool, comme l'acide ricinoléique.

Nous donnons ci-dessous le nom des acides les plus courants :

a) Acides saturés.

C„ : acide caprylique.

C,, : — caprique.

C12 : — laurique.

Cu : — myristique.

: — palmitique.

Ci9 : — stéarique.

C,o : — arachidique.

C:2 : — béhénique.

b) Acides insaturés.

Acide oléique, Cu. 1 double liaison.

— linoléique, C18, 2 doubles liaisons.

— linolénique, Cls. 3 doubles liaisons.

c) Acides alcools.

Acide ricinoléique Cls, portant : 1 double liaison ; 1 fonc- tion alcool.

Nous indiquerons ci-dessous, pour les huiles les plus courantes, quelques constantes et leur composition en acides gras.

Nous n'examinerons pas, pour ces huiles, la manière dont les acides gras constituants sont groupés à l'inté- rieur de la molécule de triester, car, si les études nom- breuses faites sur ce sujet ont un gros intérêt théorique, elles n'ont pas d'application directe en savonnerie.

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En dehors des triglycérides, les huiles et graisses contiennent :

1° Des acides gras libres, provenant de l'hydrolyse par fermentation des triglycérides.

2° Des phosphatides, parmi lesquelles les lécithines jouent un rôle de plus en plus important dans l'indus- trie.

Ces corps dont la molécule contient une chaîne grasse, le squelette de la glycérine, une fonction amine et du phosphore, ne présentent pas d'intérêt pour la savonnerie, car ils sont décomposés par la saponification, en donnant du savon, de la glycérine et quelques autres produits.

3° Un grand nombre de produits qui n'existent géné- ralement qu'en très petite quantité, et qu'on groupe sous le nom d'insaponifiables ; ce sont essentiellement : a) Des carbures (citons pour mémoire le squalène, car- bure de formule C30H5o, contenu dans certaines huiles de squale). Le plus important, parce que le plus gênant pour le savonnier, est celui qui constitue l'insaponifiable du beurre de karité ; sa constitution se rapproche beaucoup de celle du latex de caoutchouc ; il présente la particula- rité d'être soluble dans l'huile, mais insoluble dans le savon, où il apparaît sous forme de grumeaux élastiques noirâtres.

Citons des carbures colorés comme les carotènes, et certains colorants voisins qui sont responsables de la couleur de l'huile de palme;

b) Des alcools et tout particulièrement des stérols. Notons en passant que tous les corps gras animaux contiennent du «cholestérols, tandis que les corps gras végétaux sont caractérisés par un corps voisin le « phytostérol » ;

c) Des çitamines.

On retrouve dans les huiles végétales et animales toutes les vitamines liposolubles en quantité variable suivant les huiles ;

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d) Des matières colorantes.

Nous avons déjà parlé des carbures, mais il y en a d'autres parmi lesquels la plus importante est la chloro- phylle, présente dans de nombreuses huiles végétales.

L'huile d'olive lui doit sa couleur verte.

Avant de donner des indications et des constantes particulières à chaque huile, nous voudrions rappeler trois définitions :

— l'indice de saponification : c'est le nombre de milli- grammes de potasse nécessaires pour saponifier un gramme d'huile. Il donne une indication sur le poids moléculaire moyen des acides gras qui constituent l'huile. Dans le cas où l'on a affaire à des acides gras et non à des triglycé- rides, l'indice de saponification porte alors le nom d'indice de « neutralisation » ; dans ce cas précis, il est inversement proportionnel au poids moléculaire moyen des acides gras ;

— le titre ou point de solidification conditionné des acides gras est le point de solidification d'un mélange d'acides gras mesuré dans des conditions expérimentales bien définies ;

— l'indice d'iode : c'est la quantité d'iode exprimée en % qu'une graisse ou un acide gras est susceptible d'absorber. Il donne une indication sur la teneur de la graisse examinée en acides gras non saturés. On peut définir de la même manière l'indice d'iode des acides gras. En savonnerie, c'est généralement cette dernière constante qu'on mesure ; c'est toujours elle que nous indiquerons par la suite.

Pour faciliter la lecture, et pour permettre des compa- raisons, nous avons groupé en tableaux : les constantes des huiles les plus employées, leur composition en acides gras (voir p. 20).

Mais, auparavant, nous donnerons pour chacune d'entre elles quelques indications.

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1° Huiles et graisses végétales.

A. Huiles de palmiers. — a) L'huile de palme (Palm oil1) est extraite de la pulpe du fruit du palmier à huile.

Ce palmier est cultivé surtout dans l'ouest de l'Afrique tropicale, à Java, Sumatra et en Malaisie.

L'huile de palme se présente sous forme d'une graisse facilement fusible (30° environ) d'un beau rouge brique qui tend vers le brun quand l'huile s'est acidifiée par suite de fermentation. Cette couleur rouge est due au carotène, et a tendance à disparaître par exposition à la lumière.

Cette huile était jusqu'ici surtout employée dans la fabrication des savons durs, mais, depuis l'amélioration des procédés de pression et la stérilisation que l'on fait subir aux régimes de fruits avant traitement, on obtient une huile ne présentant qu'une faible acidité, et qui est facilement utilisable en alimentation.

b) L'huile de palmiste (Palm kernel oil) est extraite de l'amande du fruit du palmier à huile, après que l'on a récolté l'huile de palme et brisé le noyau. C'est une graisse blanche qui fond entre 25° et 30°, de constitution totalement différente de l'huile de palme. Cette huile est, comme l'huile de coprah, un des constituants essentiels des savons durs à qui elle confère des propriétés mous- santes, à cause de sa teneur en acides laurique et myris- tique, mais elle est aussi très utilisée en alimentation.

c) L'huile de coprah (Coconut oil), dont la composition se rapproche beaucoup de celle de l'huile de palmiste, est extraite des amandes de noix de coco séchées, ou coprah.

Le cocotier qui produit la noix de coco pousse dans les régions tropicales, au voisinage de la mer. Cette huile a sensiblement les mêmes usages que l'huile de palmiste

1. Nous avons indiqué entre parenthèses les noms anglais des huiles, ce qui peut aider le lecteur dans des recherches ultérieures.

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(savons durs et alimentation), mais elle est en général plus appréciée que cette dernière.

B. Huile de karité (Shea butter). — L'huile ou beurre de karité est extraite de la pulpe du fruit de l'arbre à beurre du Soudan. Cette huile, qui est plus consistante que du suif, est souvent utilisée en savonnerie, mais présente l'inconvénient de contenir une grande quantité d'insa- ponifiable (4 à 7 % suivant la provenance). Cet insapo- nifiable, soluble dans l'huile, mais non dans le savon, provoque, comme nous l'avons déjà dit, des taches bru- nâtres. On ne connaît pas, jusqu'à ce jour, de moyen ' facile pour éliminer cet insaponifiable qui est pratique- ment complètement relargué avec le savon au cours de la fabrication.

C. Huiles de légumineuses. — a) L'huile d'arachide (Peanut oil) est extraite des graines de l'arachide ou cacahuète. Ces graines sont groupées par deux dans la gousse ; elles sont soumises à la pression, après avoir été décortiquées et dépelliculées ; on obtient une huile ino- dore, peu colorée et d'une légère saveur.

Comme nous l'indiquons dans le tableau IV, p. 22, cette huile est caractérisée par un faible pourcentage d'acides saturés à haut poids moléculaire : acides arachi- dique (C80) et béhénique (C22). Cette huile, d'un emploi courant dans l'alimentation, est assez utilisée dans la fabrication du savon de ménage.

b) L'huile de Soya (Soya bean oil) est extraite des graines de soya, lesquelles se présentent à peu près comme des haricots. L'huile de soya est très utilisée en alimenta- tion, sa teneur assez élevée en lécithine en fait une matière de choix pour l'obtention de ce produit. Elle est utilisée en peinture, en raison de ses propriétés sicca- tives, mais néanmoins sert aussi en savonnerie.

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D. L'huile de coton (Cotton seed oil). — Cette huile peu courante en France est cependant l'une de celles dont on fabrique, dans le monde, les plus gros tonnages. Extraite de la graine de coton, après qu'on a débarrassé celle-ci des fibres, elle a une couleur foncée, due à la présence de matières colorantes phénoliques : les gossypols.

Cette huile qui, après raffinage, est souvent utilisée dans l'alimentation, est d'un emploi courant en savon- nerie.

E. L'huile d'olive (Olive oil). — Par pression des olives, on obtient différentes qualités d'huiles alimentaires, mais l'huile utilisée en savonnerie provient généralement des dernières pressions ou de l'extraction des tourteaux au sulfure de carbone. La chlorophylle, entraînée par cette pression « à mort » ou dissoute dans le solvant, lui donne une belle couleur verte, couleur qui est quelquefois cou- verte par celle d'autres impuretés, l'huile est alors brû- nâtre.

F. L'huile de colza (Rape seed oil), extraite des graines de colza, possède généralement une belle couleur jaune brunâtre. Elle est caractérisée au point de vue chimique par la présence d'un pourcentage important (45 à 50 %) d'acide érucique (C22) comportant une double liaison.

Cette huile, autrefois produite en grande quantité en France et qu'on a été très heureux de remettre en hon- neur pendant la guerre, sert surtout à la fabrication des savons mous.

G. L'huile de lin (Lin seed oil). — Par pression des graines de lin, on obtient une huile brun-jaunâtre, carac- térisée au point de vue chimique par son indice d'iode élevé, sa teneur importante en acides insaturés, lesquels sont à l'origine de ses propriétés siccatives, ce qui en fait une matière première de choix pour l'industrie des

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peintures ; mais elle est aussi souvent à la base de la fabrication des savons mous.

H. L'huile de ricin (Castor oil). — Cette huile, extraite des fruits d'un arbuste qui pousse dans les régions tro- picales, est incolore ou jaune verdâtre, assez visqueuse.

Elle possède la propriété caractéristique d'être bien soluble dans l'alcool. En dehors de son emploi médicinal très restreint (l'huile destinée à la pharmacie est traitée spécialement, car l'huile industrielle est toxique), elle sert comme huile de graissage et comme matière pre- mière pour divers adjuvants de textile (huile pour rouge turc).

Elle est à la base de la fabrication de nombreux parfums synthétiques. En savonnerie, elle est employée pour la fabrication des savons à froid et des savons transpa- rents.

I. Colophane. — Bien que la colophane, que l'on appelle souvent plus simplement résine, ne soit pas une huile, nous pensons qu'il est utile d'en dire quelques mots, étant donné que la savonnerie en emploie des tonnages importants.

Certains pins, comme le pin maritime et le pin d'Alep, laissent exsuder un corps collant, visqueux : la résine.

Dans certaines régions où sont cultivés ces arbres, on les exploite régulièrement en faisant dans leur tronc des entailles, et en plaçant sous ces entailles des pots destinés à recueillir la résine. Cette résine brute, qu'on appelle encore galibot, est soumise à une distillation qui a pour but d'extraire l'essence de térébenthine ; le résidu de cette distillation est la colophane.

Au point de vue chimique, elle est essentiellement constituée par de l'acide abiétique ou par des acides de formule voisine.

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L'acide abiétique, dont la formule peut s'écrire de la manière suivante :

est par conséquent fort différent d'un acide gras ; néan- moins ses sels alcalins possèdent certaines propriétés communes avec le savon, et, en raison du prix souvent faible de la résine, on utilise un certain pourcentage de ce dernier corps dans le savon de Marseille. Les savons de résine pure sont aussi utilisés dans l'industrie pour cer- tains usages spéciaux.

Les diverses qualités de résine diffèrent essentiellement par la couleur, et sont repérées par des lettres.

2° Huiles et graisses animales.

A. Suif (Tallow). - C'est certainement, par son ton- nage, la matière grasse la plus importante pour la savon- nerie. Il y a de nombreuses manières de préparer le suif, suivant la nature de la matière première utilisée : animaux abattus ou équarris, déchets d'abattoirs, déchets de boucherie, os. Les différentes qualités de suif sont classées d'après leur couleur, leur teneur en humidité et leur aci- dité. Il est à noter que le titre du suif de mouton est plus élevé que celui du suif de bœuf, et que le suif de mouton présente une odeur de suint.

B. Graisses. — Elles proviennent aussi, indirectement, du bœuf et sont récupérées des peaux (graisses de colle),

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des cuisines ou des boucheries. Elles sont généralement appelées, d'après leur couleur : graisses vertes, brunes, blanches. Leur titre est inférieur à celui du suif.

C. Graisses de cheval. — Elles sont analogues au suif de bœuf, mais ont un titre moins élevé.

D. Saindoux. — Il est peu utilisé en savonnerie et son titre est intermédiaire entre ceux de la graisse de cheval et de celle de bœuf.

E. Huile de baleine. — C'est une huile fluide à odeur désagréable, mais qui, depuis quelques années, a trouvé un très gros emploi en savonnerie, après une hydrogénation plus ou moins poussée. Celle-ci, tout en augmentant le titre, supprime l'odeur désagréable.

F. Stéarine (Stearic acid) et oléine (Red oil). — Ces produits ne sont pas, à proprement parler, des matières premières, puisqu'ils ont déjà subi un traitement avant d'être utilisés en savonnerie. Au point de vue chimique, ce ne sont pas non plus des graisses, mais des acides gras.

Ils sont fabriqués à partir du suif, celui-ci étant décom- posé en acide gras et glycérine, par un des procédés que nous indiquerons plus loin. Le mélange d'acides gras obtenu est ensuite refroidi à une température telle que les acides saturés cristallisent, laissant les acides insaturés à l'état liquide. On ajoute souvent un certain pourcentage d'acide gras de palme aux acides gras de suif, de façon à modifier les proportions d'acides stéarique et palmitique, pour obtenir une bonne cristallisation.

Le mélange refroidi est alors pressé, on peut ainsi sépa- rer les acides liquides qui constituent l'oléine, et les acides gras solides qui constituent la stéarine.

Cette stéarine contient encore un certain pourcentage d'acides gras liquides qui ont été retenus par les cristaux, ou même à l'intérieur des cristaux. On peut alors refondre

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le mélange, puis le refroidir et le soumettre à une deuxième pression. On a ainsi une stéarine plus pure, dite de double pression. On peu-t même effectuer une troisième pression, pour la préparation de stéarine destinée à la cosmétique.

TABLEAU I

Composition moyenne des acides gras constituant les principales graisses animales utilisées en savonnerie.

TABLEAU II

Caractéristiques moyennes des huiles et graisses animales les plus utilisées en savonnerie.

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