Sciences et Zéro déchet

Sciences et Zéro Déchet3ème degré

Assurer les apprentissages scientifiquesSensibiliser et éduquer à la protection de l'environnement et à la santé

Atelier présenté par Gaëtane Coppens (ASBL SciencesInverses), Adèle De Bont (Scienceinfuse UCLouvain) et Nadine Speliers (Ecole de chimie UCLouvain) adele.debont@uclouvain.be et coppensgaetane@gmail.com

CC-BY-NC-SA AttributionPas d'utilisation commercialePartage dans les mêmes conditions

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Sciences et Zéro Déchet

Pourquoi s'intéresser au zéro déchet ?
Idées d'activités d'apprentissages et de préparations "zéro déchet" pour le D1, le D2 et le D3 en lien avec le programme de sciences
Renseignements complémentaires sur quelques produits classiques et "zéro déchet"

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Plus de 100 000 substances chimiquessont autorisées sur le marché européenbien qu'on ignore très souvent leurs effets potentiels sur la santé et l'environnement.

Pourquoi s'intéresser au zéro déchet ?

Et même lorsqu’on connait leur toxicité, on ne les retire pas pour autant du marché.

Des études ont montré que beaucoup de produits d'hygiène contiennent ou émettent des substances cancérogènes, mutagènes et reprotoxiques.

Dans les produits ménagers

Tensioactifs de synthèse

Les tensioactifs de synthèse sont difficilement biodégradables et ils sont responsables d'irritations et d'allergies de la peau.

Parfums chimiques

Plusieurs parfums sont très allergisants et irritants. De plus, pour fixer les parfums, les phtalates sont ajoutés dans les produits parfumés tels que les assouplisseurs, les parfums d'ambiance, les désodorisants... alors qu'ils sont irritants, allergènes et reconnus comme de dangereux perturbateurs endocriniens.

COV Composés organiques volatils

Benzène et formaldéhyde qui sont cancérigènes, acétaldéhyde, acétonitrile, acétone et isopropanol sont dangereux pour le système nerveux central.

Phosphates

Interdits dans les lessives depuis 2007, les phosphates sont toujours présents dans les produits pour lave-vaisselle alors qu'ils mettent en danger les milieux aquatiques.

Ammoniac

NH3 présent dans de nombreux nettoyants pour vitres, cuisinière, toilettes, ... l'ammoniac irrite les yeux, la peau, la gorge et peut provoquer des irritations sévères des voies respiratoires.

Dichlore

Cl2, gaz suffoquant extrêmement toxique

...

https://www.femmesdaujourdhui.be/bien-etre/sante/liste-dingredients-les-substances-toxiques-a-eviter-dans-les-produits-menagers/

Effets des produits "d'hygiène"

Irritations

Cancers

Nausées

Toux

Asthme

Difficultés respiratoires

Allergies

sur la santé

sur l'environnement

Pollution de l'air

Pollution de l'eau

Pollution du sol

Menaces sur les écosystèmes

Troubles endocriniens

Dans Le Symbiose n°126https://www.symbioses.be/consulter/126/

Pourquoi bannir les plastiques jetables ? Travail de recherche et de synthèse documentaire

Fabriquer son savon Différents savons, effet détergent, réaction de saponification,solubilité des savons

Déboucheurs, ammoniaque et décap four : des acides et des bases dans nos armoiresÀ la recherche d'alternatives moins dangereuses et polluantesPictogrammes et phrases de risques, réaction des acides et des bases avec l'eau, force des acides et des bases, pH, indicateur,réaction acide-base, titrage

Eau de Javel Pourquoi et par quoi la remplacer ?Oxydant/réducteurOxydoréductionÉlectrolyseDismutation

Préparer une solution hydro-alcooliqueAction du savon, action de la solution hydro-alcoolique, analyse des fonctions chimiques, liens avec le cours de biologie

- Plastiques- Savon et saponification- Calorimétrie- Cinétique- Acide-Base- Titrage- Oxydoréduction

Activités pour le 3ème degré

Nettoyant vitres Propriétés physiques et chimiques du vinaigre

Le nettoyage de l'argenterie : un peu de magie et de chimieOxydoréductionPile et Électrolyse

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Savon1°) Comparer différents savons

Exemples de ressources exploitables par les élèves

De quoi sont-ils composés ? Comment sont-ils fabriqués ? Comment agissent-il ?

Savon - suite2°) Découvrir l'effet détergent

Réaliser des expériences, noter ses observations et interpréter les phénomènes observés

Verser de l'eau dans une assiette. Saupoudrer du poivre sur toute la surface. Déposer un peu de savon à la surface de l'eau au centre de l'assiette.

Matériel et réactifs

Expérience : introduction de la pointe du bloc de savon dans l'eau poivrée. Le savon qui se disperse à la surface de l'eau diminue la tension superficielle : le poivre est tiré en périphérie. (Effet Marangoni)

Savon - suite2°) Découvrir l'effet détergent

Colorer de l'huile avec du rouge soudan.

Préparer un cristallisoir avec de l'eau et un autre avec de l'eau et du savon noir (ou savon Marseille).Ajouter 1 goutte d'huile colorée au rouge soudan dans chacun des cristallisoirs, mélanger et observer.

Prélever un peu de solution après mélange dans chacun des cristallisoirs, déposer une goutte entre lame et lamelle et observer au microscope.

À gauche : la goutte d'huile bien visible à la surface de l'eau. À droite : la goutte d'huile dispersée dans l'eau savonneuse.

L'huile s'est dispersée dans l'eau savonneuse : les petites gouttelettes d'huile colorée sont bien visibles au microscope.

Savon - suite2°) Découvrir l'effet mouillant

Afin de découvrir le "pouvoir mouillant", introduire de l'eau dans un tube à essai et de l'eau savonneuse dans un autre. Ajouter une pointe de spatule de soufre dans chaque tube, mélanger et observer.

à gauche : le soufre surnage sur l'eauà droite : le soufre se disperse dans l'eau savonneuse

Matériel et réactifs

Savon - suite3°) Réaliser son savon

à partir de sa propre recette :Sur base des conseils délivrés dans la vidéo "Comment faire son savon" et d'un calculateur (Aroma Zone ou MendruCalc...) les élèves peuvent définir leur propre recette. Celle-ci doit détailler à la fois les ingrédients et le mode opératoire.Une fois que la recette a été approuvée par l'enseignant et que les ingrédients sont réunis, les élèves peuvent confectionner leur savon. Veiller à bien respecter les règles de sécurité données dans la vidéo !!!!Suggérer de prendre quelques photos pour illustrer le rapport.

https://www.aroma-zone.com/info/calculateur-de-saponification

Savon - suite3°) Réaliser son savon

Exemple de recette simple :

200g d'huile d'olive
100g d'huile de coco
41g de soude NaOH en perles
82 g d'eau

Réactifs

Savon obtenu et vérification de son pH (entre 9 et 10 comme celui du savon de Marseille)

Préparer une solution de soude

Préparez votre solution de soude dans un récipient en pyrex ou plastique résistant à la chaleur.
Placez votre récipient contenant la quantité requise d’eau froide sur une surface stable, de préférence dans un endroit bien ventilé, ou dans l’évier de votre cuisine par exemple.
Pesez précisément la quantité de soude dans un autre récipient, puis ajouter la soude dans l’eau (surtout pas l’inverse) en remuant doucement avec une grande cuillère en plastique ou inox. Cela va chauffer et produire des vapeurs. Ne pas respirer ces vapeurs.
Éloignez-vous en laissant le récipient en place.
Remuez de temps en temps et attendre la dissolution complète de la soude et le refroidissement de la solution jusqu’à environ 35-50°C avant de l’utiliser.

Précautions d’utilisation de la soude

Stockez la soude avec les produits dangereux, hors de portée des enfants et séparément des acides.
Préparez bien votre environnement : enlevez tout encombrement et éloignez enfants, animaux...
Protégez-vous : gants de ménage épais et montants, lunettes de sécurité, chaussures fermées, habits « qui ne craignent pas », à manches et jambes longues et si possible un tablier ou une blouse.
Utilisez du matériel résistant : pyrex, verre, silicone, plastique résistant à la chaleur, inox (évitez les autres métaux)
Pour mieux maîtriser vos mouvements, réalisez vos manipulations debout.
Lors de la saponification, versez toujours la solution de soude dans le mélange huileux pas l’inverse.
Attention aux projections de pâte à savon caustique. Choisissez un récipient de taille appropriée et maintenez bien votre mixer au fond du mélange.
En cas de projection de soude ou de pâte à savon, rincez immédiatement et abondamment à l’eau.
La pâte à savon est encore caustique au moment ou elle est coulée dans les moules. Gardez vos gants et tenez vos moules remplis hors de portée des enfants.
Portez encore des gants lors du démoulage de vos savons car ceux-ci pourront encore être caustiques.
Portez des gants aussi pour nettoyer vos récipients et ustensiles. Ne pas jeter de pâte à savon dans l’évier : essuyer l’excédent avec un papier essuie-tout si nécessaire, puis laver abondamment à l’eau.
Respectez une période de cure d’au moins 4 semaines avant de commencer à utiliser vos savons.

https://www.aroma-zone.com/info/fiche-savoir-faire/la-saponification-a-froid

Avant d'appliquer un produit sur la peau, il faut s'assurer de l'absence d'allergie !!!

Savon - suite4°) Etudier la réaction de saponification

Idées d'activités :

Établir l'équation de la réaction de saponification à froid que vous avez réalisée pour la confection de votre savon.
Comparer les quantités en réactifs engagées aux quantités stoechiométriques. (Pour cela, il faudra tenir compte de l'indice de saponification des huiles utilisées.)

Déterminer le réactif en excès et l'intéret de cet excès.
Observer l'évolution de la température lors de l'ajout de la soude dans l'eau. La réaction étant fortement exothermique, il faut prévoir un bain marie d'eau froide pour empécher l'ébullition.

Les calculs sont présentés ici

Vérifions la recette de savon proposée 200g d'huile d’olive 100g d'huile de coco 41g de soude NaOH en perles 82 g d'eau Selon les indices de saponification : 0,135 g de NaOH est nécessaire pour saponifier 1g d’huile d’olive 0,183 g de NaOH est nécessaire pour saponifier 1g d’huile de coco Calcul de la quantité de NaOH nécessaire pour saponifier entièrement les huiles engagées dans la recette proposée : 200 x 0,135 g = 27 g 100 x 0,183 g = 18,3 g --------------------------------- 45,3 g Pour avoir la garantie de ne pas avoir de soude résiduelle dans le savon et obtenir un savon surgras, il faut que la soude soit en défaut par rapport à l’huile. On recommande souvent un excès de minimum 5% jusqu’à 10% d’huile. La recette proposée devrait donner un savon surgras à environ 10%. Plus le savon est surgras, plus l’huile excédentaire pourra nourrir et protéger la peau et moins il y de chance que le savon réalisé soit caustique. Attention : La saponification est une réaction assez lente à température ambiante. En saponification à froid, le savon doit donc subir une « cure » (temps de séchage) d’au moins 4 semaines après fabrication, pour laisser à la saponification le temps de bien se terminer. La cure permet aussi de sécher le savon.

L’indice de saponification d'une huile est la quantité d'hydroxyde de sodium ou de potassium exprimée en grammes nécessaire pour saponifier 1 gramme d’huile. Attention : Pour chaque huile il existe deux indices de saponification, l’indice pour la potasse caustique (KOH) et l’indice pour la soude caustique (NaOH). Vérifiez que vous utilisez bien le bon indice. La masse molaire de NaOH est de 39,99 g/mol et celle de KOH est de 56,11 g/mol. Si on veut trouver l'indice de saponification d'une huile pour la soude caustique à partir de l'indice pour la potasse caustique, il faut multiplier l'indice pour la potasse caustique par 39,99 / 56,11 = 0,713.

Savon - suite5°) Etudier la solubilité des savons

Idée d'activités : Préparer de l'eau savonneuse et différents tubes à essais contenant

eau déminéralisée
solution d'HCl 0,5 mol/L
solution de CaCl2 0,5 mol/L
solution de Na2CO3 0,5 mol/L
solution de NaHCO3 0,5 mol/L
solution de NaCl 0,5 mol/L

Ajouter entre 10 et 15 gouttes d'eau savonneuse aux différents tubes et observer.

Résultats obtenus :

Eau démin + savon : pas de précipitation
HCl(aq) + savon : précipitation du savon
CaCl2(aq) + savon : précipitation du savon
Na2CO3(aq) + savon : pas de précipitation du savon
NaHCO3(aq) + savon : pas de précipitation du savon
NaCl(aq) + savon : précipitation du savon

Le relargage est une technique de savonnerie qui consiste à ajouter du sel pour faire précipiter le savon et le séparer de la soude résiduelle et de la glycérine.

Solution hydro-alcoolique

À partir de la vidéo "Détruire un virus" :

Expliquer le mode d'action du savon pour l'élimination des virus type coronavirus.
Expliquer le mode d'action de la solution hydro-alcoolique pour l'élimination des virus.
Réfléchir aux avantages et aux inconvénients de l'utilisation du savon ou de l'utilisation de la solution hydro-alcoolique.

2°) Analyser la composition de la solution hydro-alcoolique

À partir de la vidéo "Détruire un virus" :

Détailler le rôle et le mode d'action des constituants de la solution hydro-alcoolique.

1°) Comprendre le mode de fonctionnement du savon et de la solution hydro-alcoolique

Une petite erreur dans la vidéo : La formule de l'hypochlorite de sodium est bien HClO et non HClO3.

Solution hydro-alcoolique - suite

3°) Préparation d'une solution hydro-alcoolique

Rédiger un mode opératoire pour la préparation d'une solution hydro-alcoolique respectant les recommandations de l'OMS.
Préparer votre solution hydro-alcoolique.
Étiqueter correctement votre flacon de solution

hydro-alcoolique.

Réactifs

Solution obtenue

Avant d'appliquer un produit la peau, il faut s'assurer de l'absence d'allergie !!!

Solution hydroalcoolique - suite

Préparer ses boîtes de culture avec de l'agar agar et reproduire l'expérience présentée dans la vidéo "Nos mains sales" en ajoutant un 4ème test avec des mains nettoyées au savon puis désinfectées avec la solution hydro-alcoolique.

https://www.reseau-canope.fr/corpus/

Excellent site pour l'étude du corps humain : https://www.reseau-canope.fr/corpus/

Cultures de microbes pour tester son efficacité - Lien avec le cours de biologie

Suivre l'évolution de tartines touchées avec des mains sales, propres, propres et désinfectées avec la solution hydro-alcoolique.

- https://fr.wikipedia.org/wiki/Agar-agar- Site culinaire : https://delachimiedanslacuisine.wordpress.com/2014/11/06/gelification/ - Site réalisé par des élèves (avec une bibliographie très fournie) : https://aliceromane.wixsite.com/tpe-agaragar/blank-7

Nettoyant vitres

Que trouve-t-on habituellement dans un nettoyant pour vitres et miroirs ?Quelles doivent être ses propriétés ?

1°) Activité d'introduction

2°) Rechercher une recette de nettoyant pour vitres et miroirs qui soit économique, écologique et sans danger pour la santé

3°) Préparer votre nettoyant pour vitres et miroirs

La recette la plus simple, sans danger et efficace consiste à mélanger du vinaigre et de l'eau, généralement 1/3 de vinaigre à 8% et 2/3 d'eau dans un pulvérisateur.Remarque : Pour le "grand" nettoyage des vitres : 1/10 de vinaigre dans un seau d'eau chaude avec un tout petit peu de liquide vaisselle.

https://www.quechoisir.org/guide-d-achat-nettoyants-vitres-n45068/ Nettoyants vitres - Comment bien nettoyer ses vitresEntre sprays nettoyants, lingettes, microfibres et recettes de grand-mère, il y a de multiples façons de laver ses vitres et de chercher à obtenir...Quechoisir

Nettoyant vitres - suite

4°) Justifier les qualités de votre préparation nettoyante pour vitres et miroirs en analysant ses propriétés chimiques et physiques

L'évaporation est un processus physique qui consiste en un passage lent et progressif d'un état liquide à un état gazeux, après avoir acquis suffisamment d'énergie pour surmonter la tension superficielle.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Tension_superficielle

Nettoyant vitres - suite

4°) Justifier les qualités de votre préparation en analysant ses propriétés chimiques et physiques -suite

Vérifier que la tension superficielle de l'eau diminue quand on ajoute du vinaigre.

Matériel et réactifs

Expérience : un trombone flotte sur l'eau. Après addition de quelques gouttes de vinaigre, le trombone coule.

Vinaigre

Pourquoi bannir les plastiques jetables ?Travail de recherche et de synthèse documentaire

Ce travail pourrait être réalisé en groupes, chaque groupe choisissant d'explorer une piste différente.

Chaque année, plus de 400 millions de tonnes de plastique sont produites dans le monde. Et plus de 10 millions de tonnes finissent dans les rivières, les fleuves, les mers et les océans. Soit environ 20 tonnes de plastique supplémentaire qui s’ajoute à la pollution aquatique chaque minute. Or, la durée de vie d'un déchet plastique est longue, très longue (quelques centaines d'années). Résultat, nos océans contiennent aujourd'hui des centaines de millions de tonnes de plastique. Si une partie est rejetée sur les côtes, le reste va flotter en surface ou couler vers les fonds océaniques. Toute cette pollution n'est évidemment pas sans conséquence sur les écosystèmes. Les déchets les plus gros (le "macroplastique" : emballages, filets…) peuvent blesser ou emprisonner les animaux marins qui s'y frottent de trop près… ou les consomment par erreur. Les particules les plus petites (le "microplastique") quant à elles peuvent aussi faire des dégâts. En grande quantité, elles perturbent le cycle des vies du phytoplancton à la base de la chaîne alimentaire. Et pour finir en beauté : de nombreux déchets plastiques libèrent progressivement des substances toxiques qui se retrouvent dans l'eau… et finissent dans nos assiettes. Bref, une véritable catastrophe écologique et sanitaire. http://newsletters.artips.fr/Sciencetips/Mer_Plastique/

Exemples de vidéos exloitables par les élèves :

Déboucheurs, ammoniaque et décap four ... : des acides et des bases dans nos armoires À la recherche d'alternatives moins dangereuses et polluantes

Activité d'introduction

Pour détartrer la toilette et le tube de douche et dégraisser le four de son kot, un de vos amis pense utiliser de l’esprit de sel et de la lessive de soude, deux produits ménagers que l’on trouve assez couramment dans le commerce. Ils vous demandent si ces produits sont vraiment efficaces et s'ils ne sont pas dangereux.

Rangés bien souvent sous l’évier de la cuisine ou traînant çà et là après utilisation, les produits chimiques ménagers sont à l’origine de plus de 10 000 accidents chaque année en Belgique.

Lire les étiquettes
Repérer les pictogrammes et phrases de risque
Analyser la composition

Déboucheurs, ammoniaque et décap four ... : des acides et des bases dans nos armoires - suite

1°) Découvrir les produits ménagers que nous utilisons assez couramment : déboucheurs, ammoniaque, détartrant, décap four

https://www.cefochim.be/media/1237/chimie_nouvellesetiquettes-spf.pdf

2°) Classer les produits en fonction de leur pH

Déboucheurs, ammoniaque et décap four ... : des acides et des bases dans nos armoires - suite

Préparation et utilisation d'un indicateur écologique

Déboucheurs, ammoniaque et décap four ... : des acides et des bases dans nos armoires - suite

en remplacement de la soude caustique et lessive de soude (NaOHs et NaOHaq) et de l'ammoniaque (NH3aq)
en remplacement des solutions d'acide chlorydrique (HClaq) et d'acide sulfurique (H2SO4aq)

Citer ses sources et justifier ses choix à l'aide d'une argumentation s'appuyant sur des connaissances scientifiques.

Réponses attendues :

En remplacement des produits basiques : le carbonate de sodium Na2CO3. Excellent dégraissant et nettoyant. (La saponification des graisses par le carbonate de sodium produit des sels d'acides gras, c'est-à-dire des savons.)

Vu son usage incontournable dans les recettes zéro déchet, il est très probable que les élèves proposent également le bicarbonate de soude. La comparaison entre carbonate de soude et bicarbonate de soude sera l'objet du point suivant.

En remplacement des produits acides : le vinaigre qui est une solution aqueuse d'acide acétique CH3COOHaq. Excellent détartrant + action désinfectante.

Et l'acide citrique essentiellement comme détartrant.

3°) Rechercher des alternatives moins dangereuses et plus écologiques

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4°) Comparer le carbonate de sodium et le bicarbonate de sodium

Les personnes qui choisissent des produits de nettoyage plus économiques et écologiques utilisent assez souvent du bicarbonate de soude et du carbonate de soude. Ces deux produits sont souvent confondus à cause de leurs noms assez proches, mais cette confusion peut être source d’accidents. Alors que le bicarbonate de soude pourra s’utiliser de façon courante dans la vie quotidienne, notamment en cuisine, le carbonate de soude, appelé aussi cristaux de soude, doit être utilisé avec quelques précautions. Attention aussi à ne pas confondre ces produits avec la soude caustique (NaOH pur) et la lessive de soude (solution aqueuse concentrée de NaOH) qui sont des produits beaucoup plus dangereux et trop souvent responsables d’accidents graves !!!

Justifier la différence de dangerosité de ces produits à partir de l'analyse de la table des pKa.
Comparer le pH de solutions de même concentration.

Exemple :- NaOH 0,1M : pH = 13- Na2CO3 0,1M : pH ≈ 11,6- NaHCO3 0,1M : pH ≈ 8,4

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5°) Quest-ce que le vinaigre ? Comparer le vinaigre ménager et le vinaigre alimentaire

Réaliser un travail de recherche sur la production, les propriétés et usages du vinaigre.
Réaliser un titrage colorimétrique et/ou pHmétrique afin de comparer la concentration du vinaigre ménager et du vinaigre alimentaire. Comparer les mesures obtenues aux concentrations renseignées.

Les animations ci-dessous permettent de se préparer au titrage.

Mesurer le pH du vinaigre alimentaire et déterminer par calcul le pourcentage de molécules d'acide acétique ionisée.

http://www.mediachimie.org/sites/default/files/NAT-1reSTL_D2Vinaigre.pdf

Déboucheurs, ammoniaque et décap four ... : des acides et des bases dans nos armoires - suite

6°) Le danger des mélanges

Au rayon des déboucheurs de canalisation, on trouvera différents produits chimiques en solution assez concentrées. Certains déboucheurs sont à base d’acide (acide chlorhydrique ou acide sulfurique), d’autres à base de soude (= solution d’hydroxyde de sodium). Un de vos amis se demande si en les mélangeant, il ne va pas obtenir un super déboucheur ? Qu’en pensez-vous ? Justifier votre réponse et proposer une expérience permettant d'éprouver vos explications.

Expérience qui pourraient être proposée et réalisée par les élèves : Attention de toujours travailler avec des solutions diluées !!!

Verser progressivement une solution d'HCl dans une solution de NaOH. Suivre l'évolution de la température ainsi que l'évolution du pH.

à base de NaOH

à base d'H2SO4

Déboucheurs, ammoniaque et décap four ... : des acides et des bases dans nos armoires - suite

7°) Pourquoi mélanger du bicarbonate de soude et du vinaigre ???

Exemples de réponses sur ce site :https://www.monbicarbonate.fr/bicarbonate-et-vinaigre-reaction/

De nombreuses recettes de préparations zéro déchet que l'on peut trouver sur le net, dans des livres et revues préconisent de mélanger du vinaigre et du bicarbonate de soude. Est ce vraiment judicieux ?Mener une recherche et développer son esprit critique

Que se passe-t-il lorsqu'on mélange ces deux produits ?

Remarquer que la réaction produite est endothermique. Comment expliquer la spontanéité de la réaction ?

Ce mélange peut-il être dangereux ?
Quand ce mélange pourrait-il être utile ?

Eau de Javel - Pourquoi et par quoi la remplacer ?

- Rapide "Quiz" d'introduction :

Qui a de l'eau de Javel chez lui ?
Qui connait les modes d'action et les dangers de l'eau de Javel ?

- Analyser différentes ressources et rassembler les informations essentielles (composition, fabrication, utilisations, modes d'actions, dangers...) sous forme de carte conceptuelle.

1°) Bien s'informer avant d'utiliser un produit chimique est une règle élémentaire de prudence

https://lelementarium.fr/product/eau-de-javel/

Eau de Javel - suite

2°) Synthèse de l'eau de Javel par électrolyse

La synthèse de l'eau de Javel par électrolyse d'une solution de NaCl peut-être intéressante d'un point de vue pédagogique même s'il ne s'agit pas d'une activité zéro déchet. (L'eau de Javel synthétisée pourra être utilisée pour la destruction de cultures de microbes réalisées dans l'activité "Gel hydroalcoolique")

Voici le mode opératoire à réaliser sous hotte :

Découper une plaque de frigolite afin qu’elle s’insère dans un berlin de 100 ml (elle doit diviser celui-ci en deux compartiments égaux, les plus étanches possible).

Placer dans chacun des compartiments une électrode de graphite.
Versez une solution saturée de NaCl dans le berlin jusqu’à la graduation correspondant à 80 ml.
Relier les deux électrodes de graphite aux bornes d'un générateur. Celui-ci doit fournir une tension continue d'environ 7 V.
Régler la tension pour faire circuler un courant d'environ 200mA.
Maintenir le courant constant pendant 15 minutes.
Après arrêt de l’électrolyse, déterminer le pH des solutions contenues dans chacun des compartiments au moyen du papier indicateur.

Enlever la séparation de frigolite et mélanger avec la baguette de verre pour obtenir de l'eau de javel. Attention, ne pas jeter celle-ci à l'évier !!

Synthèse de l'eau de Javel par électrolyse d'une solution saturée de NaCl 1ère étape : l'électrolyse d'une solution de NaCl

A l'anode (ici l'électrode positive), il se produit une oxydation des ions chlorures qui se transforme en dichlore gazeux. Le dichlore assez soluble dans l'eau se dissout dans l'eau. L'équation de l'oxydation est : 2 Cl- (aq) = Cl2 (aq) + 2e-
A la cathode (ici l'électrode négative), la molécule d'eau est réduite en dihydrogène gazeux avec formation d'ions hydroxydes OH-. La solution devient basique. L'équation de la réduction est : 2 H20 (l) + 2e- = H2 (gaz qui s'échappe) + 2 OH- (aq)

2ème étape : réaction de dismutation du dichlore en milieu basique L'agitation permet ensuite la réaction de dismutation du dichlore en milieu basique : Cl2 + 2 OH- → ClO- + Cl- + H2O Possibilité de réaliser le titrage de l'eau de Javel Il s'agit d'un titrage indirect (= titrage en retour). 1°) Transformation des ions hypochlorite par des ions iodures mis en excèsLes deux couples oxydant/réducteur donnent les demi-équations suivantes : ClO- + 2 H+ + 2e- = Cl- + H2O 2 I- = I2 + 2e- L'équation bilan est : ClO- + 2 I- + 2 H+ → Cl- + I2 + H2O 2°) Titrage du diiode formé par des ions thiosulfatesLes couples en jeu sont : I2 / I- et S4O62- / S2O32- Les demi-équations sont : I2 + 2e- = 2 I- 2 S2O32- = S4O62- + 2e- L'équation est : I2 + 2 S2O32- → S4O62- + 2 I-

Eau de Javel - suite

3°) Le percarbonate de sodium, une alternative écologique à l'eau de Javel ?

Contrairement à l’eau de Javel, le percarbonate de sodium n’est pas nocif pour l’environnement et il possède également des propriétés désinfectantes, blanchissantes et désodorisantes.Il peut par exemple très utilement remplacer l'eau de Javel pour enlever des moisissures sur un tissu, des joints de carrelages ...

Cette affirmation est-elle exacte ou mensongère ? Mener votre récherche afin de pouvoir formuler et argumenter votre réponse.

Précautions d'utilisation du percarbonate de soude

Le percarbonate de soude ne présente pas tous les défauts de l'eau de Javel mais c'est néanmoins un produit chimique puissant à utiliser avec précaution : il faut se protéger les mains, la peau et les yeux. C’est également un comburant, c’est-à-dire qu’il peut favoriser le développement d’un feu en dégageant de l’oxygène en présence de chaleur. Il doit donc être stocké en dessous de 40 °C à l’écart des produits combustibles (bois, papier…). Le percarbonate doit être conservé dans des contenants en verre ou en plastique, mais pas dans des contenants métalliques. Il ne doit JAMAIS être mélangé à de l'eau de Javel ni avec aucun acide (comme le vinaigre par exemple) ! www.monbicarbonate.fr/5-choses-a-savoir-sur-le-percarbonate-de-soude-et-10-facons-de-lutiliser/

Eau de Javel - suite

3°) Le percarbonate de sodium, une alternative écologique à l'eau de Javel -suite

Expérience : Dans un tube à essai, mettre de l'eau déminéralisée, un peu de percarbonate de soude et mélanger. Ajouter ensuite quelques gouttes de solution aqueuse de KMnO4. La couleur violette du KMnO4 disparait très rapidement et on observe la production d'un gaz et l'apparition d'un précipité de couleur brune.Identifier le gaz produit à l'aide du test au tison.S'aider de la table des potentiels de réduction pour écrire l'équation de la réaction.

Le percarbonate de soude 2Na₂CO₃·3H₂O₂ libère du peroxyde d’hydrogène H2O2. A) En milieu acide, MnO4- réagit avec H2O2 pour former O2(g) et Mn+2 incolore L’équation de la réaction entre les ions permanganate et le peroxyde d’hydrogène en milieu acide est : 2 MnO4-(aq) + 5 H2O2(aq) + 6 H+(aq) --> 2 Mn+2(aq) + 5 O2(g) + 8 H2O(l) Quand une solution acide de permanganate de potassium est ajoutée à une solution de percarbonate de soude, on observe, en même temps que cette réaction, la réaction entre le carbonate de sodium et l’acide qui produit un important dégagement de CO2. B) En milieu basique (assuré par les ions carbonates), MnO4- réagit avec H2O2 pour former O2(g) et un précipité brun de MnO2(s) L’équation de la réaction entre les ions permanganate et le peroxyde d’hydrogène en milieu basique est : 2 MnO4-(aq) + 3 H2O2(aq) --> 2 MnO2(s) + 3 O2(g) + 2 OH-(aq) + 2 H2O(l)

L'eau oxygénée, un antiseptique ?

https://www.urps-infirmiere-paca.fr/les-bonnes-pratiques/le-bon-usage-des-antiseptiques-chez-ladulte/

http://www.efurgences.net/seformer/breves/223-desinfectant.html

« Lors de mon footing ce matin, je me suis fait une égratignure, je saigne et je souhaite me soigner correctement. J’ai trouvé dans l'armoire à pharmacie un flacon d’eau oxygénée avec sa notice. Qu’est-ce qu’un antiseptique ? Est-ce que je peux utiliser ce produit pour nettoyer ma plaie ? Comment se produit va-t-il agir ? Ce produit est ouvert depuis plus de 2 ans, est-il toujours aussi efficace ? ».Matériel nécessaire : 1 mL d’eau oxygénée acidifiée, 1 mL de solution d’iodure de potassium à 0,1 mol/L, 2 tubes à essai.Ordinateur ou tablette à disposition.

Lien vers l'activité : https://cache.media.eduscol.education.fr/file/ST2S/26/1/RA19_Lycee_Techno_ST2S_1re_PhysiqueChimieSante_eau_oxygenee_1188261.pdf

https://www.pharmaciedesdrakkars.com/medicaments/dermatologie/desinfectant/eau-oxygenee-10-volumes

Attention danger : Ne pas appliquer une eau oxygénée à plus de 3% sur la peau. Travailler uniquement avec des solutions diluées.

1°) Activité de recherche

L'eau oxygénée, un antiseptique ? - suite

2°) Titrage de l'eau oxygénée

L'eau oxygénée se dégrade au cours du temps.

Pour le vérifier, comparer le titre d'une solution fraiche et d'une vieille solution d'eau oxygénée annonçant au départ la même concentration. Réaliser un rapport du titrage.

Expliquer la réaction à l'origine de la dégradation de l'eau oxygénée.

Titrage colorimétrique de l'eau oxygénée : https://physique-chimie.dis.ac-guyane.fr/IMG/pdf/activite_experimentale_dosage_par_titrage_h2o2.pdf

L'eau oxygénée se dégrade progressivement suite à la réaction de dismutation du peroxyde d'hydrogène : 2 H2O2 → 2 H2O + O2

L'eau oxygénée, un antiseptique ? - suite

3°) Étude cinétique de la dismutation de l'eau oxygénée

Expérience : Prendre 8 tubes à essai, introduire de l'eau oxygénée (10%) dans les 4 premiers et une solution de percarbonate de sodium dans les 4 derniers.

Les tubes 1 et 5 servent de témoin.
Ajouter un fil de platine dans les tubes 2 et 6.
Ajouter une solution de FeCl3 dans les tubes 3 et 7.
Ajouter un morceau de navet dans les tubes 4 et 8.

Observer.

On observe la formation d'oxygène dans les tubes 2, 3, 4, 6, 7 et 8.Le platine, les ions Fe3+ et le navet catalyse la dismutation de l'eau oxygénée (présente également dans le percarbonate de soude)

Matériel et réactifs

La solution de percarbonate de soude étant basique, on obtient un important précipité d''hydroxyde de fer III.

Le nettoyage de l'argenterie : un peu de magie et de chimie

Regarder la vidéo "L'astuce de Shiva"Magique ou scientifique ? Argumenter sa réponse avec soin.Pourquoi est-il recommandé d'utiliser du bicarbonate de soude à la place du chlorure de sodium ?

Comment nettoyer l'argenterie ?

1°)

2°)

Introduction

Analyser la table des potentiels standards pour comprendre pourquoi un objet en or conserve son éclat alors qu'un objet en argent ternit et devra régulièrement être nettoyé pour retrouver son éclat.

Lire la FDS (fiche de données de sécurité) des produits ménagers du commerce est souvent instructif. Malheureusement celles-ci ne sont pas toujours accessibles facilement. Phrases de risque dans la FDS d'un produit nettoyant pour métaux du commerce : R41 : Risque de lésions oculaires graves. R22 : Nocif en cas d'ingestion. R36 : Irritant pour les yeux. R36/38 : Irritant pour les yeux et la peau. R10 : Inflammable. R38 : Irritant pour la peau. R43 : Peut entraîner une sensibilisation par contact avec la peau. R50/53 : Très toxique pour les organismes aquatiques, peut entraîner des effets néfastes à long terme pour l'environnement aquatique. R65 : Nocif : Peut provoquer une atteinte des poumons en cas d'ingestion. R51/53 : Toxique pour les organismes aquatiques, peut entraîner des effets néfastes à long terme pour l'environnement aquatique. R23/24/25 : Toxique par inhalation, par contact avec la peau et par ingestion. R34 : Provoque des brûlures. R20/21/22 : Nocif par inhalation, par contact avec la peau et par ingestion

Le nettoyage de l'argenterie : un peu de magie et de chimie - suite

Reproduire et analyser certaines expériences présentées dans la vidéo (Possibilités dans les paramétrages d'afficher les sous-titres et de les traduire en français)

Pour chaque expérience reproduite, réaliser un document présentant

le mode opératoire,
les observations,
les explications détaillées.

3°)

Le nettoyage de l'argenterie : un peu de magie et de chimie - suite

Reproduire et analyser certaines expériences présentées dans la vidéo - Suite

3°)

Matériel et réactifs

On distingue clairement la partie du gobelet en argent qui a été plongée dans la solution et qui a subi le traitement électrochimique

Au fil du temps, les objets en argent noircissent suite à une réaction d'oxydoréduction spontanée :

4 Ag(s) + 2 H2S(g) + O2(g) → 2 Ag2S(s) + 2 H2O

La rénovation de l'argent avec une feuille d'aluminium dans un bain d'eau chaude salée et basique (200ml d'eau + 20 g de NaCl + 10 g de NaHCO3) se réalise grâce à la réaction très favorable :

2 Al(s) + 3 Ag2S(s) + 3 H2O + 3 OH-(aq) → 6 Ag(s) + 2 Al(OH)3(s) + 3 HS-(aq)On a en réalité une pile : un contact métallique entre la feuille d'aluminium et l'objet en argent terni est indispensable.L'objet en argent terni constitue la cathode (+) et la feuille d'aluminium constitue l'anode (-).L'ajout de bicarbonate de soude permet de maintenir un pH basique (autour de 8,4) et d'éviter un dégazage de sulfure d'hydrogène (pKa H2S = 7) qui est très toxique et reconnaissable à son odeur d'oeuf pourri.

Un peu de chimie

Avec un générateur de tension (fixée à 4,5 V) reliée à l'objet en argent terni et à une électrode de graphite plongeant dans la solution de bicarbonete de soude et de chlorure de sodium, on force une réaction non spontanée à se produire en apportant des électrons à la cathode et en arrachant des électrons à l'anode (principe de l'électrolyse) :

2 Ag2S(s) + 2 OH-(aq) → 4 Ag(s) + O2(g) + 2 HS-(aq) L'objet en argent terni relié à la borne - de la batterie constitue la cathode tandis que l'électrode de graphite reliée à la borne + de la batterie constitue l'anode.

Avec une tension trop élevée, on observera un dégagement de dihydrogène à la cathode : 2 H2O + 2 e- <=> H2 + 2 OH-

Le nettoyage de l'argenterie : un peu de magie et de chimie - suite

Informations complémentaires sur certains produits

À éviter :

L'eau de Javel
L'ammoniaque
Les déboucheurs de canalisation
Les sprays

À privilégier :

Le vinaigre blanc
L'acide citrique
Le bicarbonate de soude
Le carbonate de soude
Le percarbonate de soude
Le savon noir
Le vrai savon de Marseille

Les huiles essentielles
L'huile de coude

L’eau de javelPollue et intoxique depuis sa production jusqu’à son utilisation et son rejet avec les eaux usées. Elle libère du chlore qui a un effet toxique sur l’environnement et sur notre santé.

Les propriétés oxydantes de l'eau de Javel, qui sont à l'origine de son action désinfectante, sont dues principalement aux ions hypochlorite ClO- L'eau de Javel se décompose lentement au cours du temps selon la réaction : ClO- --> Cl- + 1/2 O2 L'eau de Javel est très préjudiciable à l'environnement L'eau de Javel est un puissant biocide. Lors de sa production, de son utilisation puis de son rejet avec les eaux domestiques, l'eau de Javel peut se combiner à des molécules organiques (contenues dans les sols, les eaux et l'air) et former des organochlorés, composés toxiques, persistants et qui s'accumulent dans les chaînes alimentaires. Certains d'entre eux sont cancérigènes. L'eau de Javel est dangereuse pour la santé, elle est à l'origine d'intoxication mortelle Elle entraîne fréquemment une irritation des voies respiratoires et des yeux, des maux de tête, ou des nausées. Cela peut aller jusqu'au développement d'un œdème pulmonaire avec risque de complications infectieuses. C'est un produit instable à ne pas mélanger à de l'eau chaude et encore moins à d'autres produits.

L'eau de Javel réagit avec les anticalcaires et les acides en provoquant un dégagement de vapeurs de chlore très toxiques. Cl- + HClO + H3O+ --> Cl2 + 2 H2O
Si l'eau de Javel entre en contact avec de l'ammoniaque, c'est un autre gaz dangereux, la chloramine, qui se forme.

https://uel.unisciel.fr/chimie/elementsp1/elementsp1_ch04/co/chapitre4_27.html https://www.ecoconso.be/sites/default/files/articles/fc17_eaudejavel.pdf https://fr.wikipedia.org/wiki/Eau_de_Javel

On évite

L'eau de Javel ne nettoie pas. Désinfecter nos intérieurs à l'eau Javel est rarement utileet peut même entraîner l’apparition de germes plusagressifs en détruisant certains équilibres microbiens.

FDS

Dangereux pour l'environnement

Corrosif

L'ammoniaqueProduit à manier avec beaucoup de précaution, toujours avec des gants en plastique et dans une pièce aérée. Les risques sanitaires sont importants en cas de contact avec la peau, d'inhalation ou d'ingestion.

On évite

L'ammoniaque est une solution aqueuse d'ammoniac.Attention : Dès qu'on ouvre une bouteille d'ammoniaque, de l'ammoniac (gazeux) s'échappe.

FDS

Les déboucheurs de canalisationContiennent des bases ou acides forts extrêmement nocifs qui causent des brûlures de deuxième, voire parfois de troisième degré.

On évite

Et surtout, on ne les mélange pas, car la réaction entre un acide et une base peut être très violente !

Les spraysDécapants pour four, lave-vitres, désodorisants, "assainissants",...La majorité contient des COV irritants, allergènes,...

On évite

On préfère

Le vinaigre blancDétartre, dégraisse, désodorise et désinfecte.Il peut être utilisé sur les sols, le plan de cuisine, les vitres, la salle de bain, pour adoucir le linge et encore pour détartrer bouilloires et cafetières,...

CH3COOH(aq)

Le vinaigre est une solution aqueuse d'acide acétique dont la concentration varie généralement entre 7% pour le vinaigre alimentaire jusqu'à 15% pour le vinaigre ménager. Pour des raisons écologiques, on privilégiera le vinaigre d'origine naturelle, c'est-à-dire obtenu par un procédé biologique (fermentations alcoolique puis acétique, sous l'action de bactéries).

Précautions d'utilisation

Précautions d’usage

Il faut éviter le vinaigre dans certains cas :
- sur les pierres naturelles comme le marbre, les pierres bleues, le ciment, les pierres calcaires, les surfaces vernies et les autres surfaces sensibles.
- sur les joints de caoutchouc. On dilue le vinaigre pour éviter de les rendre poreux.
- sur les élastiques des vêtements et certains linges synthétiques.
Ne jamais mélanger du vinaigre avec de l’eau de Javel. Mieux, on évite d'utiliser l'eau de Javel qui dégage des vapeurs toxiques.
On évite d’ajouter du vinaigre à une base (cristaux de soude, bicarbonate de soude...) si on n’a pas besoin de la réaction effervescente du mélange. Les projections de la réaction chimique peuvent irriter les yeux et les produits de la réaction ne présentent pas de propriétés "nettoyantes".
On commence toujours, en cas de doute, par faire un test sur un petit coin de la surface à nettoyer pour éviter toute mauvaise surprise.

www.ecoconso.be/fr/content/tout-ce-quon-peut-nettoyer-avec-du-vinaigre-la-maison

On préfère

L'acide citriqueTriacide organique présent dans le citron. Produit multi-usages, souvent utilisé pour ajuster le pH, détartrer et enlever la rouille.

C6H8O7 (s)

Précautions d'utilisation

Ne pas respirer. Préférable d'utiliser des gants. Ne pas mettre au contact de surfaces sensibles aux substances acides telles que le marbre, l'émail et l'aluminium. Ne jamais mélanger avec de la soude ou avec des nettoyants à base de chlore.

FDS

Produit irritant

On préfère

Le bicarbonate de soudeProduit polyvalent, économique et sans danger.Il nettoie et absorbe les odeurs, lutte contre les allergènes,…

NaHCO3

Plus d'informations sur le bicarbonate de soude

https://itab.asso.fr/downloads/jt-intrants-2016/11_patat-bicarbonate.pdf

FDS

On préfère

Le carbonate de soudeNettoie, dégraisse, désodorise, adoucit l’eau,…Sans danger pour l'environnement.À manipuler avec des gants et quelques précautions* car il est plus corrosif que le bicarbonate de soude.

Na2CO3

* Précautions d'utilisation

PrécautionsMatériaux délicatsOn évite les cristaux de soude sur :

des matières sensibles telles que le chêne, le châtaignier, l’aluminium, le fer, le marbre, les pierres poreuses… ;
les surfaces cirées ou huilées ;
certains textiles comme la soie et la laine.

Comme pour tout produit, on réalise un petit test avant de nettoyer une surface toute entière. Précautions pour la santéLes cristaux de soude sont très puissants. On porte des gants pour éviter toute irritation de la peau. On travaille avec précaution pour prévenir toute éclaboussure dans les yeux. On les tient hors de portée des enfants et on lit les recommandations sur l’emballage avant tout usage. Les cristaux de soude réagissent avec les acides (comme le vinaigre). Sauf rare exception (pour dissoudre un bouchon organique par exemple), on évite ce mélange qui dégage de la chaleur et peut projeter des gouttes irritantes. www.ecoconso.be/fr/content/utiliser-les-cristaux-de-soude-pour-nettoyer-et-degraisser

FDS

Cristaux de soude (carbonate de soude hydraté)

Carbonate de soude en poudre

On préfère

Le percarbonate de soudeDétachant, blanchissant, désinfectantet désodorisant naturel du linge, il est aussi appelé eau oxygénée solide. Il s’utilise également pour le traitementdes moisissures et comme dégrisant pour le bois.

Pour nettoyer, désinfecter et blanchir les surfaces : Dissoudre 2 à 4 cuillières à soupe de percarbonate de soude dans 1 litre d'eau chaude à 40 degrés au minimum (plus efficace à 60 degrés). Pour blanchir le linge : Mettre 1 à 2 cuillères à soupe de percarbonate de soude dans le bac à lessive de la machine à laver

2Na2CO3.3H2O2

Le percarbonate de soude ou percarbonate de sodium est parfois appelé "eau oxygénée solide" car au contact de l'eau il libère de l'eau oxygénée. Il s'agit d'un complexe entre le carbonate de sodium (aussi appelé "cristaux de soude") et le peroxyde d'hydrogène ("eau oxygénée"). De ce fait le percarbonate de soude a toutes les propriétés des cristaux de soude (dégraissant, augmente le pH, adoucit l'eau, augmente l'efficacité des détergents...), mais libère en plus au contact de l'eau de l'eau oxygénée connue pour son pouvoir détachant, blanchissant et assainissant. www.aroma-zone.com/info/fiche-technique/ecodetergent-percarbonate-de-soude-aroma-zone

Précautions d'utilisation

FDS

On préfère

Le savon noirNettoie, dégraisse, détache, nourrit... On l’utilise dans toutes les pièces de la maison, pour la lessive et même au jardin. Très écologique et économique, il s'utilise dilué dans l'eau sur tout type de sol, le four, la hotte, les vitres, il détache les textiles avant lavage,...

Savon potassique à base d'huile d'olive ou d'huile de lin(Carboxylates de potassium à longue chaîne carbonée)

On préfère

Le VRAI savon de MarseilleTrès efficace pour le lavage du linge...

Mefiez-vous, 95 % des savons de Marseille sont des faux ! Le vrai savon de Marseille provient d'une des quatre savonneries en activité : la savonnerie artisanale Le Sérail, la savonnerie Le Fer à Cheval, la Savonnerie du midi, et la savonnerie Marius Fabre. Toutes perpétuent la fabrication traditionnelle du véritable savon de Marseille, en chaudron. L’authentique savon de Marseille est obtenue à partir de 72 % d’huile végétale (huile d’olive, de palme, de coprah ou de coco) et de soude. Et rien d’autre. Sa fabrication suit un procédé discontinu, au cours duquel on cuit la pâte dans des chaudrons. La couleur du savon de Marseille varie du vert au brun, ou plus clair, du jaune au blanc, en fonction de l’huile utilisée. Le savon vert ou brun est fait à base d’huile d’olive ; le blanc ou jaune clair à base d’huile de coco ou de palme. Un vrai savon de Marseille ne contient ni conservateur ni colorant.

Sans parfum ajouté, sans paraben, sans colorant, sans agent surmoussant, sans phosphate, sans conservateur. Non allergène.

Savon sodique à base d'huile d'olives(Carboxylates de sodium à longue chaine carbonée)

On préfère

Les huiles essentiellesElles peuvent être utiles pour leurs odeurs agréables, leur pouvoir désinfectant... Mais sachez qu’elles peuvent être irritantes, allergisantes, et mêmes dangereuses pour les femmes enceintes et les jeunes enfants... Ces produits sont très concentrés et nécessitent souvent des quantités impressionnantes de plantes pour leur production.Il convient donc de limiter l’ajout d’huiles essentielles au strict nécessaire.

On préfère

L'huile de coudeDans de nombreux cas, dépoussierrage etlavage à l'eau claire sont suffisants et l'utilisation de produits chimiques n'est pas nécessaire !

On se rappelle que le linge propre et une maison propre n'ont pas d'odeur

😉

https://www.cefochim.be/media/1237/chimie_nouvellesetiquettes-spf.pdf

https://incibeauty.com/

Nous espérons que des enseignants pourront trouver dans cette présentation des activités inspirantes pour animer leurs cours de sciences et éveiller leurs élèves à la protection de l'environnement et de la santé.Afin de pouvoir poursuivre et améliorer ce travail, nous serons heureuses de pouvoir profiter de vos retours d'expériences et d'enrichir cette présentation avec vos idées et productions.Merci pour votre collaboration.PS : Si vous souhaitez utiliser tout ou une partie de ce Genially pour un de vos projets et avoir la possibilité de le modifier à votre convenance, n'hésitez pas à nous contacter pour obtenir le lien du Genially modifiable.

Gaëtane Coppens (ASBL SciencesInverses) Adèle De Bont (Scienceinfuse UCLouvain) Nadine Speliers (Ecole de chimie UCLouvain) adele.debont@uclouvain.be et coppensgaetane@gmail.com

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