| Libellé du cours : |
Macromolécules naturelles |
| Département d'enseignement : |
CMA / Chimie et Matière |
| Responsable d'enseignement : |
Madame SOPHIE DUQUESNE |
| Langue d'enseignement : |
|
| Ects potentiels : |
0 |
| Grille des résultats : |
Grade de A à F |
| Code et libellé (hp) : |
ENSCL_CI_M8_A3_3 - Macromolécules naturelles |
Equipe pédagogique
Enseignants : Madame SOPHIE DUQUESNE / Monsieur OLIVIER GABUT
Intervenants extérieurs (entreprise, recherche, enseignement secondaire) : divers enseignants vacataires
Résumé
Ce cours aborde successivement 3 types de macromolécules naturelles : les amidons, les lignocellulosiques et les protéines. L’objectif de ce cours est de décrire ces 3 classes de macromolécules, d’illustrer comment elles sont utilisées dans l’industrie et de poser les premières briques des notions de puits carbones, portées en particulier par les amidons et les ligno-cellulosiques.
Objectifs pédagogiques
Partie 1 : présentation
Introduction :
- Origine de la biomasse (photosynthèse)
- Origine de la photosynthèse (Cyanobacteries)
- Origine des ressources fossiles (carbonifére, biomasse métamorphosée)
- Ere industrielle et enrichissement de l’atmosphère en CO2 : une affaire d’échelle de temps
- Objectifs de décarbonation de l’industrie : toute structure capable de condenser du CO2 est la bienvenue.
Définition d’une macromolécule naturelle
- A l’origine des premiers matériaux synthétiques (avant la pétrochimie)
- Largement utilisée dans l’industrie en dehors du champ matériaux
- Le rôle vertueux qu’on peut lui attribuer aujourd’hui selon l’angle puit carbone
- Mais les autres indicateurs ACV qui ne sont pas forcément au RdV
Partie 2 : Les amidons
Introduction :
- Origine = glucide de réserve, les premiers éléments nutritifs du germe et de la plantule jusqu’à son autonomie (via la photosynthèse)
- Présente dans différentes espèces botaniques (tubercules, graines)
- Largement utilisée dans différents domaines industriels (+ de 50% pour des applications non alimentaires)
- A la base de certains matériaux nouveaux comme le PLA
Structure des amidons :
- Observation en Microscopie et lumière polarisée => structure en grains de taille variable, structure cristalline
- Polymère basé sur des alphaD Glucose (rappel de la nomenclature associée), arrangés en amylose et amylo-pectine (liaisons alpha 1-4 et 1-6)
- Structure cristalline du grain d’amidon
- Facteurs influençant cette cristallinité (origine végétale, taux d’humidité, etc…)
Propriétés des amidons :
- Amidons natives (non modifiées) : rigides, thermosensibles (pyrodextrines dés 200°C), transition vitreuse, comportement en présence d’eau, de chaleur et de travail mécanique (absorption, gelatinisation, retrogradation, synérese), modification des structures associées
- Amidons modifiées : les différents modes de modification et leur apport (applications agro-alimentaires) : dégradation enzymatique, dégradation thermique en milieu acide, oxydation, réticulation, substitution.
Amidon thermoplastiques (TPS) :
- Pourquoi plastifier une amidon et qu’est-ce qu’un plastifiant,
- Plastification par formulation (glycérol, etc…),
- Plastification par greffage.
- L’utilisation des TPS comme alternatives à des matériaux plastiques classique est abordé en 3A
Partie 3 : Les celluloses et composés ligno-cellulosiques
Introduction :
- Issus de la biomasse le plus souvent, contenus dans les parois cellulaires végétales.
- 3 grandes familles : celluloses, hémi-celluloses et lignines
Description :
- Cellulose : glucide de structure, constitué de BétaD glucose reliés en 1-4 => structure hautement cristalline. Faible accessibilité des hydroxyles.
- Hémi-cellulose : polymères de sucres divers : xyloglucanes, xylanes, mannanes et glucomannanes.
- Lignine : polymère de motifs phénoliques, propriétés fongicides.
Utilisations industrielles de la celluloses
- Cellulose régénérée : procédés viscose (obtention de la rayonne et de la viscose, fibres modal en application pneumatique), cellophane (amidon acetylée, procédé Celanese pour l’emballage alimentaire), procédés carbacell, Cuoxam (membranes médicales), lyocell (fibres pour matelas ou autres textiles)
Utilisation industrielle de la lignine :
- Comme source d’énergie pour l’industrie papier/carton (la liqueur noire),
- Comme source d’alimentation des crackers pétrochimiques (en mélange avec du naphta), et donc l’obtention de monomères et polymères partiellement d’origine biosourcée (approche en mass balance de l’industrie de synthèse des plastiques, Trucircle de Sabic par exemple)
Partie 4 : Les protéines
Introduction :
- polymères d’acides aminés,
- exemple et rôle de qq protéines (insuline, vasopressine, hémoglobine, transferrine, kératine, myosine)
Les acides aminés
- définition, représentation (fisher),
- Rôle et intérêts à l’état isolé (précurseur de certaines molécules biologiques : tryptophane et 5HTP, glutamine et construction des tissus, arginine et pression sanguine…)
- Propriétés : points isoélectrique, molécules amphotères, liaison peptidique (amide)
Les protéines :
- Condensation des acides aminés (biosynthèse des protéines, lien avec la codification ARN)
- Structures porteuses de charges fonction du pH (groupement latéraux fonctionnels) => exploitation en analyse médicale (électrophorèse des protéines) et en agro-alimentaire (caillage du lait)
- Structures primaires, secondaires, tertiaires et quaternaires
Objectifs de développement durable
Modalités de contrôle de connaissance
Contrôle Continu
Commentaires: L’examen est basé sur des exposés individuels sur un thème imposés et en lien avec les macromolécules naturelles et la vie courante. L’exposé doit se faire sur une approche didactique, donc un contenu scientifique à rendre accessible à tous. Comme chaque étudiant(e) présente son sujet à l’ensemble de la classe, l’ensemble de la classe repart avec une multitude d’exemples d’applications des macromolécules naturelles.
Ressources en ligne
Support de cours disponible sur Moodle
Pédagogie
Séquencement / modalités d'apprentissage
| Nombre d'heures en CM (Cours Magistraux) : |
9 |
| Nombre d'heures en TD (Travaux Dirigés) : |
0 |
| Nombre d'heures en TP (Travaux Pratiques) : |
0 |
| Nombre d'heures en Séminaire : |
0 |
| Nombre d'heures en Demi-séminaire : |
0 |
| Nombre d'heures élèves en TEA (Travail En Autonomie) : |
0 |
| Nombre d'heures élèves en TNE (Travail Non Encadré) : |
0 |
| Nombre d'heures en CB (Contrôle Bloqué) : |
0 |
| Nombre d'heures élèves en PER (Travail PERsonnel) : |
0 |
| Nombre d'heures en Heures Projets : |
0 |
Pré-requis
Cours de Polymères S6 et S7
Nombre maximum d'inscrits
Remarques