La catalyse

26 avril 1957
06m 18s
Réf. 01412

Notice

Résumé :

En 1957, l'émission " L'homme et la science " présente la catalyse, à partir de la présentation d'un appareil de chauffage courant. Elle met en scène une expérience de décomposition de l'eau et le crackage catalytique du pétrole.

Type de média :
Date de diffusion :
26 avril 1957
Lieux :

Contexte historique

La " catalyse " est un terme forgé par Jöns Jacob Berzelius (1779-1848), en 1836, du grec katalusis, action de dissoudre : il désigne l'ensemble des effets chimiques produits par les catalyseurs, "substances qui altèrent la vitesse d'une réaction chimique sans apparaître dans les produits finaux ". La catalyse constitue un grand enjeu industriel, protégé par de nombreux brevets. De façon pragmatique, les industries ont donné la priorité à l'amélioration des procédés de catalyse par tâtonnements, de préférence à des recherches fondamentales poussées pour en comprendre le fonctionnement.

Les catalyseurs ont plusieurs modes d'action : ils accélèrent la vitesse de fabrication ou diminuer la quantité d'énergie requise pour la réaction chimique, ce qui permet d'abaisser la température de réaction, et plus généralement de diminuer les coûts de production. Leurs caractères diffèrent. On distingue (i) les catalyses acido-basiques, très courantes ; (ii) les catalyses homogènes, qui se produisent dans des solutions dans lesquelles les catalyseurs sont des complexes organo-métalliques ; (iii) les catalyses hétérogènes, dans lesquelles les réactions se font à l'interface de deux états (solide/ liquide ou gaz). Dans les organismes vivants, (iv) les enzymes jouent le rôle de catalyseurs pour de très nombreuses réactions chimiques : ceux-ci sont très sélectifs et extrêmement rapides.

Alors que la consommation de masse prend de l'ampleur, la maîtrise des catalyseurs efficaces est fondamentale dans beaucoup de productions courantes, de l'industrie agro-alimentaire à l'industrie des matériaux. Il est notable que certains produits de consommation courante (comme le " poële à catalyse " de l'émission) en aient adopté le nom. Aujourd'hui, la chimie des catalyseurs explore l'action des catalyseurs à l'échelle moléculaire, ce qui permet les progrès de la sciences des surfaces.

Bibliographie :

Christian Minot, " La catalyse ", in Qu'est-ce que l'Univers ? ,Université de tous les savoirs, sd Yves Michaud, vol. 4, Paris, Editions O. Jacob, 2001, pp. 895-912.

Christelle Rabier

Éclairage média

La séquence est extraite de " Sciences d'aujourd'hui " présentée par Jacques Panigel et Etienne Lalou, entre 1954 et 1958. Il s'agit d'une des premières émissions de vulgarisation grand public, qui touche tous les domaines universitaires, depuis les sciences physiques et chimiques jusqu'aux sciences économiques et sociales et aux humanités, présentées dans l'émission sous forme de petites séquences autonomes. L'émission du 26 avril 1957 présente ainsi tour à tour la catalyse, la mémoire des éléphants, la théorie économique de Keynes, le cancer des plantes et le déchiffrement du crétois ancien.

L'extrait choisi présente le phénomène physico-chimique de la catalyse par le biais d'exemples tirés de la vie quotidienne, présentés par des voix off des présentateurs. " La catalyse " entend montrer les merveilles de la science, indépendamment de l'homme qui la met en oeuvre. La figure du professeur et de ses attributs (craie, tableau noir) est absente : celui-ci est réduit au commentaire d'images qui illustrent les phénomènes étudiés. Le documentaire met en scène un phénomène spontané. En effet, le laborantin en blouse blanche ne dispose pas d'autonomie ; il sert une expérience, sans en prendre visuellement l'initiative. Pour expliquer les phénomènes, le réalisateur Jean-Loup Berger a également recours aux schémas animés, permettant de visualiser le procédé de crackage et ses différentes étapes.

Christelle Rabier

Transcription

(Musique)
Etienne Lalou
Un poêle à catalyse, l'appareil est familier, ce qui l'est moins, c'est ce qu'est la catalyse. Et bien la catalyse peut être définie comme un phénomène tel que la vitesse des réactions chimiques est modifiée mais non pas le bilan final de ces réactions chimiques. Dans le poêle à catalyse, l'essence va brûler lentement grâce aux platines qui se trouvent à la surface de la plaque d'amiante. Donc le platine est un catalyseur et ce fil de platine qu'on va porter au rouge, c'est-à-dire à une température d'environ 800° et qu'on va laisser refroidir, sera approché de la surface d'un alcool à brûler, le vaporisera et la chaleur dégagée par la réaction permettra à nouveau que le fil soit porté au rouge, c'est-à-dire à une température de l'ordre de 800°. Nous avons voulu demander au professeur Laffitte dans le laboratoire duquel se poursuivent d'importantes recherches de nous éclairer sur ce que sont les phénomènes de la catalyse.
Marc Laffitte
Bien ici, on va décomposer de l'eau oxygénée par un catalyseur, par du bioxyde de manganèse, l'eau oxygénée relativement stable ne se décompose pas ou que très lentement à la température ordinaire mais en y mettant du bioxyde de manganèse, vous allez voir une décomposition presque instantanée. L'eau oxygénée se décompose en dégageant de l'oxygène et formant de l'eau ordinaire.
Etienne Lalou
C'est donc cela le bilan de la réaction, de l'eau plus de l'oxygène qui n'est pas changé mais la vitesse de réaction est considérablement accélérée.
Marc Laffitte
On va mettre en évidence le dégagement d'oxygène en rallumant cette baguette de bois que l'on met à la surface de l'eau oxygénée et l'oxygène produit la combustion instantanée de la baguette de bois dans cette atmosphère d'oxygène.
Etienne Lalou
Est-ce que les catalyseurs sont toujours des métaux, platine, manganèse ou des dérivés ?
Marc Laffitte
Il y a un très grand nombre de catalyseurs pris dans toutes les classes, des corps chimiques, aussi bien des métaux, des [inaudible], que des composés.
Etienne Lalou
Et ce que nous voyons ici comme exemple de catalyse industrielle, c'est le craquage catalytique des pétroles. Craquage qui a été mis au point pour la première fois par notre compatriote Houdry, là aussi, on va scinder les pétroles lourds c'est-à-dire ces grosses molécules en molécules plus légères, c'est-à-dire en essence, grâce à un catalyseur.
Marc Laffitte
Un catalyseur, c'est cette poudre blanche, ici c'est du silicate d'aluminium que l'on va mélanger au pétrole brut et envoyer dans un four de craquage à catalytique, de manière à ce que se produise la réaction où les grosses molécules seront scindées en molécules plus petites, c'est ça, c'est en cela que consiste le craquage de l'huile lourde, c'est-à-dire du pétrole brut.
Etienne Lalou
Sur le schéma, on voit arriver le pétrole par la gauche, verticalement le catalyseur descend, les deux produits vont être mélangés et acheminés vers une chambre de réaction.
Marc Laffitte
Alors c'est dans cette chambre de réaction que se produit donc le phénomène de craquage des molécules, ces molécules sont scindées et voici ici cette chambre qui est représentée et on voit d'autre part le mélange de catalyseur et de pétrole brut et il se dégage des vapeurs de molécules plus légères, de molécules plus petites qui constituent l'essence qui sera utilisée finalement.
(Silence)
Etienne Lalou
La réaction se poursuit au fur et à mesure que l'essence se dégage de la partie supérieure mais je désirerais revenir à ce que nous avions dit précédemment. Si le catalyseur n'intervient pas dans le bilan de la réaction, cela signifie que le catalyseur peut être récupéré.
Marc Laffitte
Oui, en réalité, ici dans cette opération, le catalyseur se recouvre de charbon, de sorte qu'il perd de son activité. Et alors, il s'agit de le régénérer, ce qui se produit dans la partie gauche où on envoie le catalyseur et où on fait brûler le charbon dans un courant d'air, de sorte que le catalyseur est régénéré et de nouveau réutilisé.
Etienne Lalou
Ce genre d'installation peut donc fonctionner en circuit fermé, en continu. Au fur et à mesure que le craquage du pétrole se déroule à la partie droite, le catalyseur revient dans la chambre de régénération et est récupéré grâce à la combustion du charbon.
Marc Laffitte
Exactement.
Etienne Lalou
Il n'y a pas que le pétrole qui fait l'objet de manipulations utilisant les procédés de catalyse. Voici un produit très familier aux ménagères, la margarine. Et bien, la margarine, elle aussi, résulte d'un traitement catalytique des huiles.
Marc Laffitte
Et on part des huiles végétales qui sont des huiles liquides et par une hydrogénation catalytique, on les transforme en produits solides, ce qui présente un grand nombre d'avantages. Et on utilise ici comme catalyseur des dérivés du nickel.