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DE LA

LE

&

2011 ANNテ右 DE LA CHIMIE

ÉDITORIAL

CARTE BLANCHE À Clotilde Boulanger et Matériaux conduisant aux médicaments, peintures, m olécules cosmétiques, détergents, polymères, verres, textiles, aimants,

C

urie Marie, dont nous célébrons en 2011 le centenaire de son prix Nobel de chimie pour la découverte du Radium, est une des rares personnalités vénérées et citées spontanément lorsque le grand public est interrogé sur sa connaissance de chercheurs scientifiques. Pourtant de manière contradictoire, Marie Curie ne correspond pas à l’archétype du chimiste véhiculée par les médias. En effet, le chercheur en chimie est représenté encore aujourd’hui comme un homme hirsute en blouse blanche et à lunettes au milieu d’innombrables fioles et éprouvettes remplies de solutions colorées et fumantes voire explosives. le chercheur chimiste est actuellement l’objet de la H onni, détestation, de l’hostilité, au mieux de mépris du public, qui le

qualifie de savant fou ou d’apprenti sorcier. Notre discipline décriée obéit soit disant pour la société à la règle des 3 « P », la chimie pète, la chimie pue, la chimie pollue ! Loin de cette image négative et trop réductrice, la chimie a, depuis Marie Curie, largement apporté de manière continue son lot de découvertes bénéfiques contribuant au développement technologique et au bien-être de l’humanité.

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nnover, découvrir est la mission et le plaisir du chercheur. La chimie qui fait partie de l’éventail de la recherche des laboratoires lorrains est loin d’être une science du passé, dépassée. Si les expériences sont encore menées dans des ballons et béchers, la pratique scientifique a largement évolué. La capacité des chimistes à inventer le futur s’appuie sur la compréhension de la structure et des mécanismes de la matière désormais à l’échelle la plus petite celle de l’atome, par l’utilisation d’outils informatiques de modélisation et de moyens d’analyse de plus en plus pointus, bien loin de la cornue des alchimistes.

alliages, supraconducteurs, présents dans tous les objets technologiques quotidiens sont issus des travaux des chimistes. La chimie est une science carrefour, nécessaire à la biologie, la santé, la physique, la géologie et l’environnement. Oui, l’environnement et la chimie ne sont pas des termes antinomiques ! Les chercheurs sont soucieux de la consommation énergétique, des ressources minières. L’accent est mis sur la définition de nouveaux procédés peu consommateurs d’énergie, propres et non polluants pour l’élaboration de produits et de matériaux non toxiques aux performances toujours plus optimisées. Des principes de chimie verte ont été énoncés. Les chimistes recherchent et proposent des protocoles de dépollution et de valorisation des divers déchets générés par les procédés de production industrielle. Cet aspect est méconnu, il est par conséquent important d’en faire état. Ce magazine culturel nous en donne l’opportunité.

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nformer, diffuser la culture scientifique, tant à l’intérieur de la communauté universitaire qu’à destination du grand public est depuis de nombreuses années une politique pratiquée par les universités lorraines. En effet, conscientes que la dimension culturelle de la science est un enjeu majeur pour appréhender l’évolution de notre environnement qui devient de plus en plus complexe, elles ont développé sur le territoire régional de très nombreuses actions (conférences, ateliers de sensibilisation des scolaires, fête de la science, cafés des sciences, festival du film de chercheur,…). Répondre aux questions concernant les relations entre science, technologies, industrie et société correspond à une attente forte du citoyen. Les universités se doivent de l’informer sur les découvertes afin de développer son sens critique et d’atténuer ses défiances à l’égard des progrès de la science. Le centenaire du prix Nobel de Marie Curie a logiquement induit le thème mis en lumière en 2011 par les universités lorraines qui vous invitent à découvrir leur recherche et pourquoi pas à chanter :

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n passant par la Chimie… avec ses labos !!!

Clotilde Boulanger Professeur à l’Université Paul Verlaine – Metz, responsable de l’équipe Electrochimie des Matériaux à l’Institut Jean Lamour (CNRS, PRES de l’Université de Lorraine)

Directeurs de la publication : Martial Delignon, Jean-Pierre Finance, Luc Johann, François Laurent Comité scientifique et éditorial : Pierre Archambault, Patrick Baranger, Philippe Burg, Hervé Coilland, Etienne Criqui, Florence Damour, Pierre Mutzenhardt, Matthieu Pétrissans, Didier Robert, Michel Robert, Martine Tani, Odile Thibier Réalisation : Service Communication et Service Culture Scientifique et Technique du PRES de l’Université de Lorraine Rédaction : Abracadabra, Nicolas Beck, Christian Euriat, Catherine Flauder, Etienne Haouy, Audrey Laurain Conception - réalisation graphique : Avance Nancy Photos et illustrations : Cyrielle Burtin, Maud Guely, Alex Hérail, Didier Robert, Louis Taulelle, Cetelor, Inria

2011 : une année riche en chimie

Sommaire

Le 27 janvier dernier, l’UNESCO inaugurait l’Année Internationale de la Chimie. Tour d’horizon avec Philippe Gros, président régional de la Société Chimique de France et chercheur au Laboratoire SRSMC* à Nancy.

3 2011 : une année riche en chimie 4 «On ne crée plus une molécule, sans penser à son recyclage»

Philippe Gros

4 Extr’Aq : le respect de l’environnement in vitro

5 Les pollueurs à la caisse 6 Un  tamis virtuel pour les molécules précieuses

7 Les piles se cherchent un avenir 8 Nanoparticules, soleil et eau claire 9 emballages alimentaires :  le naturel veut sa part du gâteau

10 La  santé par les nanosciences

Quel est le principal objectif de l’année de la chimie ?

Est-ce important pour cette discipline ?

Philippe Gros : Un des objectifs majeurs est de bien faire comprendre au grand public tout l’impact fondamental et sociétal de la chimie. La chimie est en effet essentielle à notre connaissance du monde. C’est une opportunité de rappeler que tout ce qui nous entoure est constitué de molécules. Faire de la chimie, c’est un peu comme un jeu de construction dans lequel il est nécessaire d’assembler et de désassembler des molécules pour comprendre leurs interactions et la meilleure façon de les exploiter.

P.G. : Dans la chimie, il y a une partie fondamentale, qui permet de découvrir de nouvelles molécules et leurs voies d’accès, et une partie plus appliquée avec des objectifs ciblés. Les différents événements organisés tout au long de l’année feront découvrir au public, novice ou initié, les avancées de la recherche et de l’industrie chimique. J’espère que cette dynamique créée autour de la chimie se poursuivra bien audelà de cette Année Internationale 2011 !

Qu’attendez-vous de cette année ?

12 Les matériaux du futur

P.G. : La chimie a souvent souffert d’une image négative. Méconnaissance des effets indésirables ou mauvaise utilisation de certaines molécules, il ne s’agit pas de nier les risques mais rappeler qu’elle apporte surtout des solutions sans égales dans de nombreux domaines comme la santé, les matériaux, l’énergie ou l’environnement. Générer de l’enthousiasme face à l’avenir prometteur de la chimie, c’est aussi encourager l’intérêt des jeunes pour la science et les sensibiliser davantage à cette science.

ont de la ressource

14 Le principe de précaution

est-il soluble dans l’innovation ?

15 En  passant par la chimie... La recherche lorraine en tournée

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La chimie en Lorraine, c’est... • 5.500 salariés dans plus de 70 entreprises • 3 écoles doctorales en Lorraine consacrées en partie à la chimie : SESAMES, RP2E et EMMA • Une multitude de diplômes de Bac+2 à Bac+8 proposés par les universités, sur plusieurs sites lorrains • 1 école d’ingénieurs d’envergure internationale, l’ENSIC

*SRSMC : Structure et Réactivité des Systèmes Moléculaires Complexes (CNRS/PRES de l’Université de Lorraine)

«On ne crée plus une molécule, sans penser à son recyclage» Ça pue, ça pète, ça pollue… En chimie, comme ailleurs, la prévention est le plus sûr moyen de lutter contre la pollution. Directeur du laboratoire SRSMC*, Yves Fort témoigne.

Yves Fort

Extr’Aq : le respect de l’environnement in vitro L’extraction liquide-liquide est une des opérations majeures de l’industrie chimique utilisée pour isoler des molécules d’intérêt qui entrent dans la composition de produits pharmaceutiques, agroalimentaires…. A l’ENSIC(1), les chercheurs du LCPM(2) et du LRGP(3) ont trouvé une solution pour remplacer les solvants organiques volatils, polluants et inflammables, habituellement employés, par des substances non toxiques. La collaboration a conduit à l’élaboration d’une opération dont le seul produit volatil est l’eau. Après de premiers essais concluants en laboratoire, les chercheurs ont imaginé un kit pédagogique nommé « Extr’Aq » (pour les classes de seconde) : basé sur ce nouveau procédé propre, il permet d’extraire un colorant. A plus grande échelle, une manipulation de travaux pratiques pour les IUT et écoles d’ingénieurs a été conçue. Ces deux inventions sont maintenant commercialisées(4) et la manipulation est également

utilisée pour l’enseignement à l’ENSIC. La prochaine étape est de reproduire l’expérience sur des produits à plus haute valeur ajoutée comme des protéines, par exemple. (1) É  cole Nationale Supérieure des Industries Chimiques (2) L aboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire (PRES de l’Université Lorraine, CNRS) (3) L aboratoire Réactions et Génie des Procédés (PRES de l’Université Lorraine, CNRS) (4) P  ar les sociétés Jeulin et Pignat

Alain Durand

Éric Favre

Le problème d’image de la chimie auprès du public ne réside-t-il pas dans le fait que les industries chimiques rejettent beaucoup de produits dans l’environnement ?

En tant que chimiste universitaire, vous semblez très conscient des problèmes à résoudre. Travaillezvous avec les industries et à l’amélioration de leur procédés ?

Yves Fort : Si, c’est pourquoi nous cherchons à les limiter. C’est même le premier des douze principes de la Chimie Verte : la prévention de la pollution, à la source, en évitant la production de ces résidus. Quand on sait qu’une réaction chimique se fait dans un solvant – un liquide dans lequel on dissout les substances à faire réagir – il est impensable aujourd’hui de ne pas faire en sorte que ces solvants ne soient régénérables. Lorsque nous créons une molécule, nous pensons d’emblée à son recyclage. À cela s’ajoute le principe de l’économie d’atomes. C’est-àdire qu’une réaction entre deux composés chimiques pour en créer un troisième est préférable à une réaction qui en produirait deux ou trois et dont plusieurs seraient à jeter, voire à retraiter.

Y.F. : Que ce soit pour le SRSMC ou plus généralement pour les autres laboratoires de l’université, nous nous faisons force de conseil pour les entreprises. Certains contacts débouchent d’ailleurs sur des contrats. Pour cela, des plateformes d’échange voient le jour – Valosciences et Iprod en sont deux exemples. Il s’agit de relier les compétences des laboratoires aux problèmes des industriels. Les industriels jouent-ils le jeu ? Y.F. : De plus en plus. Même s’il est difficile de changer le business plan d’une usine, les nombreuses taxes qui pèsent sur les rejets incitent les entreprises à revoir leurs pratiques, notamment les plus anciennes, qui ne prennent pas en compte toutes les réglementations mises en place ces dix dernières années. *SRSMC : Structure et Réactivité des Systèmes Moléculaires Complexes (CNRS/PRES de l’Université de Lorraine)

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Les pollueurs À la caisse Le principe pollueur-payeur, brandi comme un slogan à chaque marée noire, fait aujourd’hui partie de notre vie quotidienne. Éclairage nuancé d’Yves Petit, professeur de droit public à Nancy et auteur de plusieurs ouvrages consacrés au droit de l’environnement. Engagée dans le cadre du protocole de Kyoto à réduire de 8 % ses émissions de gaz à effet de serre d’ici à 2012, l’Union

mesures de prévention et de lutte contre la pollution arrêtées par les pouvoirs publics ». Le principe est établi. Durant les

écologique instauré en France depuis le 1er janvier 2008 : « On a classé les véhicules en fonction de leur niveau

Yves Petit

Européenne a lancé en janvier 2005 un marché européen du carbone qui est une traduction concrète du principe de pollueurpayeur. « En pratique, explique Yves Petit, chaque Etat membre alloue des quotas d’émissions de gaz à effet de serre aux sites industriels les plus polluants situés sur son territoire*. Une entreprise a le droit de dépasser ce seuil. Mais c’est à la condition d’acheter aux autres la part de quotas non utilisée par ces dernières. » Un accord de principe... Le principe pollueur-payeur a été énoncé pour la première fois dans une recommandation de l’OCDE en 1972. Soucieuse d’harmoniser les politiques de l’environnement au plan international, l’Organisation de coopération et de développement économiques précise alors que c’est au pollueur de supporter les « coûts des

d’émission en grammes de CO2 par kilomètre, dans le but d’inciter les particuliers à acheter des voitures propres. Au final, ce dispositif aura coûté quelque 500 millions d’euros à l’État en favorisant les petits véhicules diesels, qui émettent moins de CO2, mais rejettent en contrepartie des particules fines... ». Plus globalement, Yves Petit rappelle que dans le cadre du plan « énergie – climat », l’Union Européenne a prévu de réduire encore le seuil d’émission moyen des véhicules à l’horizon 2020, avec à la clé, principe pollueurpayeur oblige, des sanctions financières pour les plus gros émetteurs de CO2 . L’adoption de ce système de sanctions a donné lieu à un débat animé entre les pays où sont produites les grandes routières et ceux où se fabriquent les petites cylindrées !

vingt années suivantes, il trouvera progressivement sa place dans les conventions internationales et sera consacré à l’échelle de la planète lors du sommet de Rio, en juin 1992. Incontournable dans nos sociétés depuis que l’Europe en a fait l’un des piliers de sa politique de l’environnement lors de l’adoption de l’Acte unique européen en 1986, le principe pollueur-payeur dépend encore largement dans son application des décisions que prennent les pouvoirs publics. Pour se révéler efficaces, les sanctions financières qu’il implique doivent être en effet suffisamment dissuasives et réellement appliquées. Cela vaut aussi pour les mesures d’incitation qu’il inspire et qui, pour certaines, affichent un bilan contrasté. ... pas si simple à appliquer Yves Petit cite à ce propos l’exemple du bonus-malus

* En France, le plan national d’allocation des quotas concerne plus 1300 sites industriels : raffineries de pétrole, fours à coke, usines sidérurgiques, usines de fabrication de ciment, verre, chaux, briques, céramique, pâte à papier et papier...

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EN SAVOIR PLUS Yves Petit vient de publier deux Documents d’études sur le Droit de l’environnement (volume 1. Principes et institutions ; volume 2. Domaines et réglementations) édités par la Documentation française. Il a aussi dirigé un Recueil de notices intitulé « Droit et politiques de l’environnement », paru chez le même éditeur. À consulter à la Bibliothèque du Centre Européen, 15 place Carnot à Nancy. www.ladocumentationfrancaise.fr

Un tamis virtuel pour les molécules précieuses Au Loria, Marie-Dominique Devignes, bio-informaticienne et Arnaud Sinan Karaboga, chémo-informaticien, sont connus comme Orpailleurs, le nom de code de leur équipe (INRIA). Pour ces chercheurs d’or des temps modernes, la connaissance est un filon dont les modèles virtuels contribuent à extraire les pépites.

Marie-Dominique Devignes et Arnaud Sinan Karaboga

Du labo à la start-up Harmonic Pharma a été créée en 2009 sur la base des recherches conduites dans l’équipe Orpailleur. Cette start-up a depuis intégré le consortium Bioprolor, qui regroupe des laboratoires académiques et des entreprises régionales. Un bel exemple de synergie entre la recherche et l’industrie qui pourrait aboutir à la création en Lorraine d’une filière dédiée au développement de principes actifs, de la conception informatique à la production de molécules.

Moins de paillasse, plus de clavier Beaucoup des travaux menés par l’équipe ont une visée thérapeutique de par leur sujet d’étude. Et la problématique consiste entre autres à trouver la molécule qui va le mieux interagir avec la protéine cible. On connaît les caractéristiques de la serrure et on essaie de trouver les clés correspondantes... « Hier, une substance chimique, c’était une poudre dans un ballon, poursuit Arnaud. Aujourd’hui, c’est aussi un fichier dans un ordinateur. » Conséquence : moins de paillasse, plus de clavier. Grâce à la puissance de l’informatique, on peut modéliser les molécules chimiques, visualiser en 3D comment elles se logent dans la cible (cf illustration), ou bien calculer des scores d’interaction afin de sélectionner, à partir de milliers de molécules, celles qui ont le plus de chances d’atteindre leur objectif. Un premier tri précieux, baptisé criblage virtuel, qui permet de réduire de manière significative le nombre d’échantillons à tester ensuite en conditions réelles. N’oublions pas que c’est la phase ultime de synthèse chimique et de tests biologiques qui sert de validation aux modèles informatiques. Un échange réciproque et permanent entre le scientifique de paillasse et les bio-et chemo-informaticiens est devenu indispensable pour la découverte de nouvelles molécules à visée thérapeutique...

Le coeur de métier des orpailleurs du Loria, c’est l’extraction de connaissances. Un processus informatique qui intègre trois étapes principales : la préparation des données, la fouille de données et l’interprétation des résultats de la fouille. Chez eux, pas de frontière entre les disciplines : « Notre espace de recherche, explique Arnaud Sinan Karaboga, s’apparente à un Shengen de la science, car il fait appel à des connaissances multi-disciplinaires allant de l’informatique à la chimie en passant par la biologie...la finalité étant le développement d’applications informatiques au carrefour de ces disciplines.» « Nos recherches alimentent le champ des possibles. Un apport à moindre coût car seules les molécules qui s’annoncent intéressantes au plan virtuel sont synthétisées par un chimiste puis testées par un biologiste. »

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Modèles prédictifs et effets secondaires « On utilise le plus possible les connaissances existantes », souligne Marie-Dominique Devignes. « Ce sont elles qui vont guider l’apprentissage. Dans nos investigations, nous cherchons à comprendre ce qui caractérise les molécules actives connues et à construire à partir de ces connaissances des modèles prédictifs. Dessiner une structure chimique sur un papier ou la représenter avec des boules et des bâtons, c’était déjà modéliser. Désormais, l’informatique nous offre la possibilité d’inter-comparer des milliers de molécules entre elles, d’exploiter leurs descriptions de forme et de caractéristiques pour mettre en relation leur structure et leur activité ... » Développement prometteur, les méthodes employées par les orpailleurs ouvrent aussi de réelles perspectives en matière de chasse aux effets secondaires. Une approche exploratoire qui fait écho aux réflexions actuelles sur la toxicité de certains médicaments : « Notre expertise en matière d’extraction de connaissances est adaptée à ce type de questionnement. Un médicament réclame une quinzaine d’années de développement. Prévoir ses effets indésirables offrirait la possibilité de les limiter en optimisant la molécule très en amont. » À suivre !

Les piles se cherchent un avenir 1,1 milliard de piles et accumulateurs ont inondé le marché français en 2009. Un raz de marée, que la filière de recyclage s’efforce d’accompagner en valorisant les produits de récupération. Illustration en Lorraine.

Laetitia Garoux

Eric Meux

De la recherche universitaire aux développements grandeur nature Franck Péneliau, responsable de l’activité de R&D à l’usine de recyclage de piles Euro Dieuze Industries*, est un ancien doctorant encadré par Eric Meux. Il a été embauché par l’entreprise pour mener à bien trois types d’activités : le suivi et le contrôle des procédés industriels en place, (par exemple des tests de qualité des eaux rejetées suite aux traitements), l’amélioration des procédés existants et enfin la mise au point de techniques adaptées à des nouveaux produits (nouveaux accumulateurs, traitement des catalyseurs usagés de la chimie et de la pétrochimie…) le tout dans le but de valoriser les métaux contenus dans ces piles. « Nos recherches sont vraiment complémentaires de celles menées au laboratoire de l’université. Nous avons ici la possibilité de tester des procédés grandeur nature, directement sur nos installations, alors que les universitaires apportent des connaissances fines sur les phénomènes mis en jeu » expliquet-il. L’entreprise est également vigilante sur l’aspect économique de la valorisation des métaux : coûts des procédés et des produits, prix des métaux recyclés... * Euro Dieuze Industries 24 r Roger Husson 57260 DIEUZE

Elles fleurissent dans nombre de nos objets quotidiens : piles alcalines et salines en majorité, mais également accumulateurs, piles de montres et autres batteries en tous genres représentent 240.000 tonnes mises sur le marché en France chaque année. Une partie seulement est récupérée par les campagnes de tri organisées depuis quelques années. Que deviennent ces piles ? Comment sont-elles traitées ? Que peuton en récupérer ? Eric Meux, enseignant-chercheur à l’Institut Jean Lamour*, s’est penché sur ce sujet en étroite collaboration avec Euro Dieuze Industries, dont une usine de recyclage de piles est implantée en Moselle. (voir encadré).

contenant du fer sont extraits par aimantation, le cadmium est récupéré suite à un traitement à l’acide sulfurique… pour ne citer que quelques exemples. C’est sur l’amélioration des techniques utilisées pour l’extraction des métaux constituant les piles que se concentre l’équipe de recherche d’Eric Meux. En effet, même si certains procédés sont bien au point, d’autres peuvent être encore optimisés : les produits extraits par l’usine étant valorisés par la suite, il est indispensable d’essayer de séparer encore mieux les différents constituants, pour obtenir des produits encore plus purs. Un gisement de terres rares Concrètement, le chimiste et son équipe étudient des échantillons fournis par Euro Dieuze Industries afin de tester différents traitements et les rendre plus performants, tout en tenant compte de leur impact environnemental, un aspect à prendre en compte impérativement. Après une analyse par Spectrométrie de Fluorescence X pour mesurer la proportion des éléments présents dans la matière à étudier, les chimistes ont recours à une batterie de techniques en fonction des éléments à extraire : résine échangeuse d’ions, électrolyse… « En ce moment, nous nous intéressons plus particulièrement

Le tri est essentiel « Après la collecte, les piles sont triées manuellement selon leur nature : seules certaines piles bien particulières sont traitées à Dieuze, les autres étant mise en fûts et envoyées dans d’autres usines de traitement. » Il faut dire qu’entre le zinc, le manganèse, le nickel, le cobalt ou le lithium pour ne citer que les plus courants, les éléments chimiques sont très diversifiés dans les piles, d’où un tri préalable qui précède un broyage mécanique. Pour extraire chaque constituant des piles, des traitements spécifiques sont appliqués : les éléments 7

aux terres rares (La, Ce, Pr, Nd) provenant des accumulateurs Ni-MH, précise Eric Meux. Ces métaux ont une importance stratégique à l’échelle mondiale, car la Chine en contrôle plus de 95% des ressources, d’où l’intérêt de mettre au point des techniques de récupération efficaces ». Une preuve de plus que la recherche en chimie est à la pointe de l’actualité ! * Equipe Electrochimie des Matériaux de l’Institut Jean Lamour (CNRS, PRES de l’Université de Lorraine)

Après la collecte, les piles sont triées manuellement selon leur nature.

Nanoparticules, soleil et eau claire Chercheur au LMSPC*, Didier Robert, a imaginé un procédé ingénieux pour purifier l’eau sans produits toxiques. Un rayon de soleil pour les 900 millions d’êtres humains encore privés d’eau potable. « L’idée générale du projet est d’utiliser le rayonnement lumineux pour différentes applications dans le domaine de la chimie. Mon équipe s’est rapidement orientée vers des recherches sur la dégradation de molécules polluantes, grâce à un catalyseur, le dioxyde de titane (TiO2) explique Didier Robert. Le choix s’est porté vers cette molécule car le titane est un élément stable, non toxique et non soluble dans l’eau, qui transforme les impuretés organiques en produits inoffensifs tels que l’eau ou le CO2 ». Un procédé ingénieux et non

réside dans la forme physique du TiO2, une poudre très fine, difficile à filtrer après utilisation. Les chercheurs ont alors élaboré différents systèmes pour la fixer : ils travaillent actuellement sur un support 3D en mousses de carbure de silicium, dont l’atout est sa structure qui laisse passer l’eau à travers les alvéoles et procure une grande surface de contact entre le TiO2 et les polluants. De nombreuses collaborations sont menées entre le LMSPC et des laboratoires africains (Algérie, Maroc, Côte d’Ivoire) avec l’objectif de construire sur place

La mise en place de projets européens a permis de réaliser des essais sur la plate forme d’Almèria, en Espagne, au centre de recherche pour la valorisation de l’énergie solaire.

Didier Robert

Natalie Amoin Kouané

polluant, car les nanoparticules de TiO2 activées par le soleil sont une alternative à la chloration et l’ozonation, traitements chimiques lourds utilisés actuellement dans les procédés de purification de l’eau. Un équipement pilote en Afrique ? « La mise en place de projets européens a permis de réaliser des essais sur la plate forme d’Almèria, en Espagne, au centre de recherche pour la valorisation de l’énergie solaire. L’association nanoparticules-soleil a ainsi pu être testée en grandeur réelle » précise le chercheur. L’un des problèmes qui se pose encore

un équipement pilote pour la purification de l’eau. L’utilisation du soleil comme source principale d’énergie fait de cette technique une belle promesse pour les pays en voie de développement et pour les 900 millions d’individus dans le monde qui n’ont toujours pas accès à l’eau potable.

Sols pollués, sols réhabilités ! Comment rétablir une diversité végétale sur une friche industrielle ? Depuis 2002, la station expérimentale du GISFI* basée sur une ancienne friche industrielle d’Homécourt (54) a permis d’acquérir des connaissances pour la requalification durable des sites dégradés et pollués. Ce projet interdisciplinaire rassemblant 12 laboratoires de recherche publique lorrains, permet d’étudier le devenir des polluants en conditions réelles et de valider les expériences menées en laboratoire. Parmi les recherches en cours, l’étude des populations de microbes susceptibles de dégrader les polluants constitue une piste sérieuse ; d’autres pistes faisant appel à l’oxydation chimique constituent également des voies prometteuses. L’objectif est de pouvoir réinsérer ces terres dans un circuit socio-économique sans risque de contaminer les eaux et la chaîne alimentaire.

* Laboratoire des Matériaux Surfaces et Procédés pour la Catalyse (Université de Strasbourg, PRES de l’Université de Lorraine, CNRS)

*Groupement d’Intérêt Scientifique sur les Friches Industrielles

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Emballages alimentaires : le naturel veut sa part du gâteau Enseignant-chercheur au Laboratoire d’ingénierie des biomolécules (Libio), Muriel Jacquot conçoit des emballages aussi respectueux qu’intelligents, avec l’ambition d’inverser la tendance entre matières plastiques et polymères d’origine naturelle. Pas simple de se passer des plastiques ! Et pour cause : les bio-polymères de substitution ne leur arrivent pas encore à la cheville, ne serait-ce qu’au regard de la perméabilité à l’oxygène ou des propriétés mécaniques. Muriel Jacquot en sait quelque chose : au Libio, c’est une des spécialistes de la conservation alimentaire, ce qui lui vaut de mettre au point des films, de les caractériser au plan physico-chimique et de les fonctionnaliser.

Résultat, le biopolymère ainsi coloré gagne en activité oxydante. Mieux, il devient moins perméable à l’oxygène... » C’est tout bénéfice en termes de conservation alimentaire.

Jacquot : une molécule d’origine naturelle déjà utilisée pour le pelliculage des comprimés, mais qu’il s’agit aujourd’hui de qualifier dans la catégorie supérieure, celle des emballages alimentaires. Depuis 10 ans, son équipe s’intéresse au vieillissement du HPMC et à l’impact de ce phénomène sur le comportement d’achat. Pas vraiment un détail : « Il y a quelques mois, souligne-telle, l’une des premières applications de l’emballage à base

Message ON the bottle En marge de ses recherches, Muriel Jacquot travaille sur un concept qui ne manque ni de couleur ni de saveur. Son idée, permettre à l’emballage de parler directement à nos sens : « On ressent tous des émotions dans des atmosphères colorées. Une ambiance rouge contribue à accélérer le rythme

Muriel Jacquot

« Au-delà de la question des performances, précise-t-elle, il nous faut aussi trouver des agro-ressources capables de concurrencer l’industrie chimique au plan des tonnages... Et là encore, on est loin du compte : la production actuelle des emballages produits à base d’amidon ou de cellulose... correspond à moins d’un demimillion de tonnes par an, encore loin des 250 millions de tonnes de plastique produites chaque année. » 100 % compostable, 100 % rejeté Hydroxy-propyl-methyl cellulose, HPMC pour les intimes, c’est le nom du bio-polymère sur lequel travaille principalement Muriel

d’Acide Poly Lactique (PLA) a tourné court. Les paquets de chips qu’il emballait étaient en effet si bruyants que les consommateurs ont obtenu leur retrait du marché » 100 % compostable et 100 % rejeté !

Les encres et les additifs qui protègent les films n’étant pas forcément respectueux de l’environnement, nous nous sommes mis en quête de pigments naturels qui pourraient avoir un intérêt fonctionnel.

Le rouge est mis Partant de l’influence de la lumière sur le vieillissement, Muriel Jacquot en est logiquement venue à travailler sur les couleurs : « Les encres et les additifs qui protègent les films n’étant pas forcément respectueux de l’environnement, nous nous sommes mis en quête de pigments naturels qui pourraient avoir un intérêt fonctionnel... C’est par exemple le cas des flavonoïdes, que l’on trouve dans le raisin ou la betterave.

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cardiaque, quand à l’inverse, le vert est une source d’apaisement... Je me suis demandé si on ne pouvait pas, dans le même ordre d’idées, établir des correspondances entre les couleurs et les odeurs. » En 2004, une étude initiale portant sur un échantillonnage de fromages et une première palette chromatique a permis de valider l’intérêt du projet : 7 fois sur 10, les jurés du panel se sont prononcés sur les mêmes associations odeur - couleur. La méthode s’est depuis affinée et on explore aujourd’hui des nuances plus subtiles, en vue de fixer des règles qui permettent de transformer l’emballage en véritable aide à la décision. Imaginez qu’un jour l’on puisse lire les caractéristiques d’un vin sur l’étiquette, au travers d’un arrangement chromatique... Ce serait comme goûter avec les yeux !

La santÉ par les nano Controversées dans les secteurs de l’alimentation ou de la cosmétique, les nanotechnologies trouvent d’importantes applications dans le milieu médical, où leur utilisation favorise notamment l’acheminement des principes actifs au cœur des cellules infectées. Détour par le SRSMC*, le LCPM*, le LRGP* et le CRAN*, au sein des équipes qui synthétisent de nouveaux assemblages moléculaires à l’échelle du millième de millième de millimètre.

Yves Fort

L’important, c’est la fonction Les nano-objets, qu’ils soient sous forme de plateformes, de particules ou de capsules, sont des agencements d’atomes auxquels il est possible d’attribuer plusieurs fonctions. Principe actif, substance de marquage, produit dispersant ou de ciblage… ces fonctions, portées par des molécules complexes, permettent aux chimistes de donner aux nano-objets les caractéristiques les plus étonnantes. « Selon la taille des nano-objets, précise Yves Fort, directeur du SRSMC (1), les différentes molécules fonctionnelles peuvent se disposer de manière répartie ou bien se concentrer en un point, ce qui peut en amoindrir l’efficacité, voire en changer les propriétés. » Pour s’en assurer, les chercheurs du SRSMC étudient la structure et la réactivité des produits synthétisés. Dans un premier temps, la modélisation moléculaire permet d’écarter les pistes non-viables, ensuite vient le temps de l’expérience sur cellules en culture ou sur le vivant.

Une cible : les tumeurs du cerveau Lorsqu’une tumeur cancéreuse apparaît, elle ne mesure que quelques millimètres. Afin de grossir, elle a besoin de nutriments, d’oxygène, et initie un processus de vascularisation. C’est cette caractéristique que Régis Vanderesse, Céline Frochot et Muriel Barberi-Heyob, respectivement chercheurs au LCPM (2), au LRGP (3) et au CRAN (4), ont décidé d’exploiter : en ciblant la néo-vascularisation associée, ils visent à détruire la tumeur cérébrale en l’asphyxiant. « Les nano-capsules que nous utilisons ont trois caractéristiques fondamentales. Elles sont recouvertes de molécules de ciblage très sélectives qui les conduisent au cœur de la tumeur via le système circulatoire. Emportant avec elles un marqueur visible par IRM, elles nous permettent de localiser précisément l’extension de la tumeur cérébrale. Mais le plus important réside peut-être dans le caractère photosensible des nano-objets. Les nanoparticules

que nous optimisons, réagissent à la lumière émise par une fibre optique implantée précisément dans la tumeur pour la détruire. » Cette technique de thérapie photodynamique interstitielle pourrait dans les années à venir, s’adjoindre au traitement de référence qu’est la chirurgie.

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Les nanoparticules que nous optimisons, réagissent à la lumière émise par une fibre optique implantée précisément dans la tumeur pour la détruire.

sciences l’acide folique, cheval de troie des cellules cancéreuses ! En comparaison des cellules saines, les cellules cancéreuses ont une sensibilité 10 à 100 fois supérieure à l’acide folique (vitamine B9) dont elles se nourrissent. Les chercheurs du laboratoire SRSMC réfléchissent à des nano-objets associant cet acide à une particule métallique.

la détérioration de leur cartilage. Jean-Luc Six, responsable d’une équipe au LCPM, travaille sur des particules nanométriques en polymère biodégradable, recouvertes d’une couronne d’acide hyaluronique. « Nous avons remarqué, explique Jean-Luc Six, que ces particules adhérent fortement et pénètrent au cœur des chondrocytes, qui sont les cellules composant le

Nanoparticules, quels risques ? Les préoccupations environnementales concernant les nanosciences datent du début des années 2000. C’est aux États-Unis que sont apparus les premiers débats entre les écologistes nano-pessimistes et les industriels, entrainant une succession de rapports. Celui du Comité de la Prévention et de

relever de leur dispersion à forte concentration. Les garder confinées lors de procédés industriels sécurisés pourrait en limiter l’impact. D’autres études sont menées dans les laboratoires lorrains pour étudier leur éventuel impact sur l’être humain.

Ainsi injectés au cœur de la tumeur à traiter, ils seraient captés par les cellules infectées. L’application précise d’un champ magnétique aurait pour effet de faire vibrer les particules métalliques, induisant un échauffement permettant la destruction sélective des cellules cancéreuses.

cartilage. Injectées dans la zone intra-articulaire, ces « véhicules » permettraient de libérer un principe actif encapsulé qui pourrait stimuler la production de nouveau cartilage. » Pour s’assurer du bon fonctionnement du procédé, les chercheurs marquent leurs particules grâce à des molécules fluorescentes visibles par imagerie médicale. Ces produits seront ensuite testés sur le vivant, en collaboration avec le LPPIA(5) de la Faculté de Médecine.

la Précaution du Ministère de l’Écologie et du Développement Durable « Nanotechnologies, Nanoparticules : quels dangers, quels risques ? » paru en 2006, est librement consultable sur l’Internet. Fin 2010, une conférence de Jean-François Férard, directeur du LIEBE*, faisait le point sur les dernières recherches en la matière, développées dans le cadre du groupement de recherche international sur les impacts environnementaux des nanotechnologies (iCEINT), en collaboration avec le CNRS, le CEA et les États-Unis. Les travaux indiquent que dans certaines conditions d’exposition bien définies à des nanoparticules de dioxyde de titane, et pour des concentrations actuellement non représentatives des concentrations environnementales, des effets sont mesurables sur divers organismes : bactéries, algues, vers de terre, bivalves. Le risque des nanoparticules semble, dans l’état actuel des connaissances,

(1) Structure et Réactivité des Systèmes Moléculaires Complexes (2) Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire (3) Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (4) Centre de Recherches en Automatique de Nancy (5) Laboratoire physiopathologie, pharmacologie et ingénierie articulaires Ces 5 laboratoires ont comme tutelles le CNRS et le PRES de l’Université de Lorraine.

Un bain de jouvence pour les articulations De nombreux patients souffrent de pathologies articulaires dues à

Jean-Luc Six

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Les matériaux du futur ont Bois, textiles ou matériaux thermoélectriques ont des propriétés insoupçonnées. Un gisement que les chercheurs se font un devoir d’explorer et d’exploiter aux fins d’innovation. Zooms sur quelques projets à haute valeur ajoutée. Performances améliorées pour la thermoélectricité La thermoélectricité peut se résumer de deux manières : différence de température + matériaux thermoélectriques = électricité (effet Seebeck) ou bien électricité + matériaux thermoélectriques = différence de température (effet Peltier). Dans le premier cas, on peut faire fonctionner une montre sans pile, dans le deuxième, une glacière en la branchant sur l’allume-cigare.

solution dont la composition est précisément contrôlée. En faisant circuler un courant, le composé que l’on souhaite obtenir se dépose dans un moule perforé de millions de trous nanométriques. Un véritable travail d’orfèvre pour affiner et obtenir des matériaux composites encore plus performants. Théoriciens, chimistes, physiciens et ingénieurs travaillent de concert et offrent un bel exemple des recherches croisées menées en Lorraine.

comme on pourrait le faire à l’aide d’une simple perceuse à main par exemple. À partir de ce principe, un important travail de mise au point technique et de vérification de la résistance des assemblages dans le temps a été mené par les scientifiques. Bien maîtrisé, le procédé connaît aujourd’hui des applications en menuiserie d’ameublement et d’intérieur et son développement en génie civil a débuté.

Nicolas Stein

Ces phénomènes réversibles bien connus depuis le 19ème siècle et utilisés par la NASA depuis les années 50 pour la conquête spatiale connaissent un nouvel essor depuis les années 90, départ de la course aux énergies vertes. Un travail d’orfèvre Fiables, silencieux, non polluants, les matériaux thermoélectriques font office de bons élèves en matière de développement durable mais leur utilisation à plus grande échelle souffre encore de rendements trop faibles. Les chercheurs sont donc au défi de trouver de nouveaux matériaux, soit en complexifiant leurs structures, soit en se tournant vers les nanomatériaux, voie choisie par l’équipe Electrochimie des Matériaux de l’IJL(1). Les chercheurs synthétisent des nanofils par électrochimie : deux électrodes sont plongées dans une

Qui s’y frotte s’y colle ! Prenez deux petites pièces de bois à assembler, frottez-les vivement l’une contre l’autre dans une machine adaptée, et hop… elles restent soudées, sans même avoir utilisé de colle ! L’échauffement dû à la friction fait fondre certains composants naturels du bois qui solidarisent ensuite les fibres entremêlées en se solidifiant. Les pièces sont ainsi assemblées solidement, grâce à ce procédé nommé friction linéaire, mis au point par Antonio Pizzi et son équipe de chercheurs du LERMAB(2), à Epinal. Pour l’assemblage de grandes pièces, la friction rotative est une deuxième technique plus adaptée mise au point par les chercheurs. L’assemblage se fait avec des tourillons comme en menuiserie classique, mais au lieu de coller ces derniers, on les soude en les faisant tourner très rapidement,

(1) Equipe Electrochimie des Matériaux, Institut Jean Lamour (CNRS, PRES de l’Université de Lorraine). (2) Laboratoire d’Etudes et de Recherche sur le Matériau Bois (PRES de l’Université de Lorraine)

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de la ressource Les fibres intelligentes ont le vent en poupe Un pull antitache, une chemise infroissable, une veste climatisée… voici un aperçu des nouvelles technologies qui envahissent petit à petit le monde du textile. Derrière ces exceptionnelles propriétés se cache un peu de chimie, et beaucoup de projets de recherche qui visent à améliorer les techniques existantes et innover, tout en travaillant à réduire l’impact environnemental de ces

intéressantes au textile dans la durée ? Au LERMAB, Béatrice George et Stéphane Molina se proposent d’utiliser une technique particulière, le traitement Corona, pour accrocher des molécules fonctionnelles sur les fibres. Ainsi, une décharge électrique sous flux d’air a la capacité de modifier la morphologie de la fibre, permettant ainsi à des molécules de s’y greffer. Et pas n’importe quelles molécules ! Les deux chercheurs utilisent des cyclodextrines, de la

Analyses, innovation, transfert au CETELOR-UHP A l’interface entre le monde de la recherche et les industriels, le CETELOR-UHP est un centre de transfert de technologie spécialisé dans les textiles techniques et les produits souples installé sur le Campus Fibres à Epinal. Le laboratoire (accrédité COFRAC ISO 17025) dispose d’une gamme impressionnante d’appareillages d’analyse et de prototypage à disposition des entreprises et des laboratoires. Résistance à l’allongement ou au froissement des fibres et des tissus, mesure de la perméabilité à l’eau et à la vapeur, résistance au feu, vieillissement à la lumière artificielle, mesure du lambda... l’équipe du

L’équipe du LERMAB

traitements. Certains procédés bien connus sont déjà utilisés pour conférer des propriétés à un textile : le plus courant est l’encapsulation, qui consiste à intégrer des microcapsules au cœur des fibres, libérant au fur et à mesure des principes actifs. Principal problème de cette technique : les capsules ne sont pas rechargeables et se décrochent au cours des lavages en machine. Comment réussir à donner des propriétés

famille des sucres, auxquelles ils greffent des éléments afin que l’accrochage à la fibre soit vraiment résistant. Ces cyclodextrines forment une sorte de seau susceptible d’accueillir un principe actif par simple mise en solution. Les chercheurs du LERMAB ont donc mis au point une technique innovante pour fabriquer des textiles aux propriétés multiples, le tout en respectant au mieux l’environnement car aucun solvant n’est nécessaire.

CETELOR-UHP teste et mesure les produits souples dont les nontissés en tous genres afin de les analyser sous toutes les coutures. En lien étroit avec les laboratoires universitaires, le centre intervient également au cœur de plusieurs projets de recherche qui visent à favoriser l’utilisation des fibres naturelles, par exemple pour la réalisation complète de produits composites. Deux brevets communs CETELORUHP et LERMAB ont été déposés en 2010, concernant la fabrication de composites 100% biosourcés.

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Le principe de prÉcaution est-il soluble dans l’innovation ? Denis Grison

Maîtrise des risques d’un côté, développement économique de l’autre... La question qui se pose à l’industrie chimique n’est pas aussi simple. Coup de projecteur de Denis Grison, philosophe, membre des Archives Henri Poincaré*. À quand remonte le principe de précaution ? Denis Grison : Le principe de précaution est un concept né dans les années 70 en Allemagne. Consacré au niveau international en 1992 au sommet de la Terre à Rio, il entre la même année avec le traité de Maastricht comme un principe reconnu par l’Europe dans sa politique environnementale. La France l’adopte en 1995 (loi Barnier), puis consacre un article à ce principe dans la Charte de l’Environnement de 2004. Alors qu’il était exclusif aux questions environnementales à l’origine, le principe de précaution a élargi son champ d’action vers les domaines de la santé et de l’innovation technologique. De quoi s’agit-il, au juste ? D.G. : On l’applique aux situations qui laissent présager des risques de dommages graves et irréversibles et qui présentent une incertitude sur l’existence même de ce risque. Il s’agit d’une incertitude scientifique qui vient du fait que le dossier scientifique n’est pas complètement établi. Trois règles régissent sa mise en œuvre : approfondir les recherches pour lever l’incertitude, prendre des mesures anticipées par le biais d’actions proportionnées au risque soupçonné et développer

une communication transparente. Il ne faut pas le confondre avec le concept de la prévention, qui vise les risques avérés et dont on connaît l’existence.

Le principe de précaution est un accélérateur de l’innovation. [...] Il fait avancer les recherches en lien avec le risque soupçonné et ouvre de nouvelles pistes pour des recherches alternatives.

Cette volonté de tout maîtriser n’est-elle pas un frein à l’innovation ? D.G. : Au contraire, le principe de précaution est un accélérateur de l’innovation. Dans un même temps, il fait avancer les recherches en lien avec le risque soupçonné et ouvre de nouvelles pistes pour des recherches alternatives. Les OGM en sont un bel exemple : nous approfondissons nos connaissances tout en explorant les pistes de l’agriculture biologique. Le principe de précaution paraît contraignant dans une perspective à court terme mais s’avère bénéfique sur le long terme.

sentiment prévalent que l’argent a été élevé au rang de valeur phare dans nos sociétés, les citoyens ont développé une crise de confiance envers les décideurs et les scientifiques qu’on pourrait qualifier de « risquophobie ». En associant la société civile aux délibérations, on responsabilise les citoyens en tant qu’acteurs et consommateurs. Ils seront davantage en mesure d’accepter les risques encourus s’ils en ont pleinement conscience, c’est ce qu’on appelle le seuil d’acceptabilité. En quoi le principe de précaution peut-il aider les industriels à redorer leurs blasons ? D.G. : Le protocole REACH est un bel exemple d’une bonne application du principe de précaution. Il s’agit d’une directive européenne qui stipule que tous les produits chimiques dont la production est supérieure à 1 tonne par an doivent subir un examen afin de leur délivrer une autorisation de mise sur le marché. En plus d’une diminution du risque, on peut espérer qu’il s’agit d’un premier pas vers une réconciliation sciencesociété.

Depuis quelques années, la chimie pâtit d’une image négative. Comment l’expliquer ? D.G. : Nous vivons dans le paradoxe qui consiste à plébisciter la chimie dans notre quotidien (plastique, PVC, peintures…) tout en la rejetant quand il s’agit d’activités jugées plus hostiles (pesticides, pollution…). Avec le

* Laboratoire d’Histoire des Sciences et de Philosophie / Archives Henri Poincaré (CNRS, PRES de l’Université de Lorraine)

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En passant par la chimie... La recherche lorraine en tournée

Louis Taulelle

Nanotubes de carbone, cellules photovoltaïques et autres plantes à traire seront au coeur de l’exposition itinérante que les universités de Lorraine vous invitent à découvrir à l’automne. Un concentré de recherche à votre porte. Point d’orgues de l’Année Internationale de la Chimie proposé par le service Culture scientifique et technique des universités et ses partenaires, l’exposition « En passant par la chimie… avec ses labos » est un projet ambitieux et original, visant à sensibiliser le public aux problématiques actuelles de la chimie. Loin de l’image négative traditionnellement associée à cette science en ébullition, l’exposition se propose d’aborder les recherches menées en Lorraine sous un angle nouveau, en partant d’objets insolites qui mettront en lumière des sujets de recherche des laboratoires. De la mayonnaise au carburant des satellites Louis Taulelle, scénographe de l’exposition, prépare le projet depuis plusieurs mois, en lien étroit avec le service CST et le comité scientifique de l’exposition. « À partir des projets scientifiques qui ont été sélectionnés, ma démarche consiste à traduire le message scientifique qui doit être véhiculé par l’exposition en terme de supports visuels et de matériaux. La chimie n’est pas forcément un sujet très facile ni rassurant au départ, mais par cette exposition, nous

souhaitons faire découvrir les aspects différents de la recherche en chimie. De la mayonnaise au carburant des satellites, nous proposerons une promenade à travers la chimie qui vaudra le détour !»

actualités autour de la chimie en Lorraine sont mises en ligne, pour vous permettre de ne rien manquer des événements à venir.

Haro sur les idées reçues Cette exposition, proposée à partir de l’automne 2011 à Nancy puis à Metz, sillonnera l’ensemble de la région Lorraine début 2012. Conçue pour l’itinérance, elle est construite de façon modulable afin de pouvoir la mettre à disposition d’un maximum de structures, y compris les établissements scolaires. Voila une bonne occasion de re(découvrir) le vrai visage de la chimie, en prenant à contrepied les idées reçues grâce aux laboratoires lorrains qui se sont impliqués dans cette exposition pour vous faire partager leur passion. Pour compléter le panorama de la chimie en Lorraine, les plus curieux d’entre vous ont rendezvous sur un nouveau site web : www.enpassantparlachimie.com Interviews, portraits de chercheurs, articles de fond, reportages dans les labos, vidéos d’expériences…la chimie n’aura bientôt plus de secret pour vous ! Chaque semaine, les dernières

De la mayonnaise au carburant des satellites, nous proposerons une promenade à travers la chimie qui vaudra le détour !

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cst@nancy-universite.fr Facebook : Culture Science - UniversitĂŠs de Lorraine


2011 Année de la Chimie