Atelier 32 Enseigner la sécurits curité au laboratoire Comment enseigner la sécurits curité en chimie? M.A.F. 10-2008 1
Qu est ce que la sécurits curité? Ä Une situation réelle, r objective dans laquelle quelqu un, un, quelque chose, n est n exposé à aucun danger, à aucun risque,.. Encyclopédie Larousse 2
Ce serait l idl idéal, et sans doute vaut-il commencer par ceci : Ä La sécurits curité c est l absence l ou la limitation des risques dans un domaine précis. Encyclopédie Larousse 3
Que faire Pour limiter ou supprimer les risques au laboratoire de chimie? 4
Pour atteindre cet objectif, la démarche d est connue : D abord, Nécessité de recenser les risques. Ensuite, Nécessité de recenser les moyens dont on dispose pour éliminer ou limiter les risques. Mais surtout : Sensibiliser les apprenants. 5
Les risques en chimie : 6
Ce sont : Ä Des risques liés s aux réactifs r et produits. Ä Des risques liés à la manipulation envisagée. e. 7
Risques relatifs aux réactifs r et produits : Ä Ils sont généralement g bien connus pour les produits d usage d courant. Ä Ils sont signalés s par les pictogrammes, les phrases de risques et les fiches de sécurité : Informations réduites r : fournisseurs de produits chimiques 8 Informations complètes (INRS( : www.inrs.fr)
Risques relatifs à la manipulation envisagée e : Ä La réaction r elle-même peut être de nature dangereuse. Ä Le montage utilisé peut être une source de risque. Ä La manipulation des réactifs r et produits peut faire encourir des risques. 9
Les moyens dont on dispose : 10
Ä La réglementation r : Où la trouver? Sur de nombreux sites, par exemple Informations et liens disponibles sur le site de l acadl académie de Rouen. Y accéder : www.ac-rouen.fr/ Ressources pédagogiques Pôles de compétences Sciences physiques et chimiques Laboratoire Textes réglementaires 11
Ä Les signalisations : Pictogrammes. Affiches. Panneaux de recommandation, d obligation et d interdiction. d 12
Ä Les documents : Fiches réactifs. Phrases R et S. Compte rendus d expd expérience disponibles dans «la littérature». 13
Ä Les équipements Equipements de protection individuels (E.P.I.) Equipements collectifs Ä Matériel de laboratoire Verrerie, etc. Ä Equipement du laboratoire Sorbonne, etc. 14
Sensibiliser les Apprenants 15
Sensibiliser les «Apprenants» est sans doute la phase la plus importante car pour être efficace, il faut les amener à réfléchir : d abord aux causes de risques ; puis aux solutions appropriées pour les «minimiser». 16
Ä L efficacité en sécurité c est savoir apporter les informations qui rendent crédibles les savoirs que l on l veut transmettre. L interdisciplinarité est souvent indispensable, elle peut faire partie des acquis d autres d disciplines (SVT, mécanique, m canique, ) ou apporter de nouvelles connaissances. 17
De surcroît t : Chaque niveau d éd étude a ses exigences, ses contraintes et ses risques. Donc L intervention en recherche de sécurits curité doit lui être adaptée. 18
En conclusion : L éducation à la sécurits curité au laboratoire passe par l instruction l des «Apprenants» et cela quelque soit leur niveau. 19
Quelles actions entreprendre? 20
Ä En priorité,, il faut imposer une attitude conforme au travail en laboratoire, c est l l Obligation de port des «E.P.I. E.P.I.» E.P.I. = Equipements de protection individuels Ce sont : blouse de coton fermée, e, lunettes de sécurits curité et des gants appropriés pour les manipulations envisagées. es. Une réflexion r sera menée e sur l obligation l du port permanent des lunettes de protection au laboratoire ainsi que sur le port des gants. 21
Ä S assurer que l étiquetage de tous les flacons de réactifs et de solvants est conforme aux normes en vigueur. Nom en nomenclature Pictogrammes visibles Numéros de phrases R et S Constantes physico-chimiques usuelles 22
Ä Insérer systématiquement une rubrique «Sécurité» à tous les protocoles de travail pratique. Par touches successives, cette rubrique servira de support pour l apprentissage l des pictogrammes, de l interprl interprétation tation des phrases R & S ainsi qu à la justification du port obligatoire d E.P.I. d tels que les lunettes de sécurits curité. 23
Quelques exemples du travail de sensibilisation des apprenants. 24
Exemple 1 Ä Pourquoi faut-il porter des lunettes de protection au laboratoire de chimie? 25
Informations à apporter pour initier la discussion L œil ou plus exactement la cornée e est exposée e directement à l environnement. La cornée e est constituée e des 5 couches de cellules et de collagène (protéine fibreuse) trois d entre d elles sont formées avant la naissance et ne se renouvellent jamais. Leur destruction est irrémédiable. 26
La seule protection de l œl œil sont les larmes : solution aqueuse salée à propriétés antibiotiques et antifongiques Le rôle des larmes est de protéger la cornée du contact direct avec l air, l d assurer d son oxygénation, de diluer et d éd éliminer les composés s ou agents chimiques arrivant au contact de la cornée. 27
En cas de contact avec la cornée e les acides et les bases vont hydrolyser les membranes cellulaires et le collagène ce qui les détruit. d Dans le cas de molécules volatiles les larmes permettent en les diluant et en lavant la cornée e de minimiser leur action corrosive. Exemple : éplucher des oignons. 28
Ä Et pour les lentilles de vue? Le fait de porter des lentilles de contact présente le risque de voir la concentration en substances volatiles augmenter dans la couche de larmes qui sépare s la lentille de la cornée!!!. 29
Conclure sur le rôle des lunettes de protection 1 Le rôle des lunettes de protection est, de par leur conception, d empêcher d le contact des composés s et objets divers avec la cornée e lors de projections accidentelles. En cas de contact, laver à grande eau pour accentuer le rôle des larmes. 2 Il ne faut pas porter de lentilles de contact au laboratoire de chimie. 30
Exemple 2 Ä Analyse de sécurits curité lors de la Préparation de la cyclohexanone par oxydation du cyclohexanol avec un mélange sulfochromique Niveau : STL CLPI 1 e S? T S spécialit cialité Post-bac 31
Protocole : Dans un réacteur r placer le cyclohexanol et de l eau. l Sous vive agitation lui ajouter lentement le mélange m sulfochromique en quantité stœchiom chiométrique en contrôlant la température du mélange m : 50<Ä<60 <60 C 32
Analyse de sécurits curité : Ä Elle va porter sur trois points essentiels : - la manipulation des réactifs r ; - la préparation paration du montage ; - le déroulement d de la réaction. r 33
Ä Les réactifs r : Recherche et analyse systématique des informations de sécurits curité pour chacun des réactifs : Cyclohexanol Dichromate de sodium dihydraté Acide sulfurique concentré 34
Ä Préparation et manipulation des réactifs r : Le cyclohexanol,, nocif, volatil et inflammable sera chargé sous hotte directement dans le réacteur (tricol). Porter des gants par précaution. Le réacteur, r fermé hermétiquement, sera ensuite transporté au poste de travail pour être mis en place. 35
Le mélange sulfochromique peut être prépar paré sur le poste de travail. Les précautions d usage d (gants, lunettes, propreté) ) seront prises pour la manipulation : du dichromate de sodium (oxydant et toxique) de l acide l sulfurique concentré (corrosif). 36
Préparation d un d mélange m sulfochromique Protocole Dans une fiole erlenmeyer de 250 cm 3 à col large, dissoudre 21,0 g de dichromate de sodium dihydraté dans 50 cm 3 d eau. Ajouter avec précaution en agitant 20 cm 3 d acide sulfurique concentré (96%) Transférer rer dans l ampoule l de coulée. 37
Préparation d un d mélange m sulfochromique Analyse de sécurits curité L ion dichromate présente un risque important pour l environnement l et le manipulateur. Comment le manipuler en évitant de contaminer le matériel et l environnement l? En premier lieu : le port des gants est obligatoire pour toute l opl opération. 38
1 Pesée e de la masse de dichromate de sodium dihydraté : On effectue la pesée e directement dans l erlenmeyer de 250 cm 3. Prévoir un entonnoir à solide pour éviter de répandre le solide ainsi qu un un récipient r pour placer la spatule souillée e (erlenmeyer). Le col du flacon de dichromate de sodium dihydraté est placé au dessus de l entonnoir l 39 à solide durant la pesée. e.
2 Préparer la solution de dichromate de sodium : Le volume d eau d est utilisé pour rincer la spatule et l entonnoir l à solide. On garde environ 10 cm 3 d eau pour rincer l erlenmeyer après s le transfert dans l ampoule de coulée. L acide sulfurique concentré est additionné sous la hotte en utilisant un distributeur à 40 piston. (Réaction très s exothermique)
Ä Préparation du montage : Le réacteur r (tricol) est équipé d une agitation magnétique efficace, d un thermomètre tre pour contrôler la température du mélange, m d une ampoule de coulée e contenant le mélange sulfochromique et d un réfrigr frigérant rant à reflux pour condenser les vapeurs produites. 41
Un bain d eau d froide est prépar paré pour contrôler la thermicité de la réaction. r Prévoir un espace convenable entre le fond du réacteur r et la paillasse afin de pouvoir y placer le plateau élévateur, l agitateur magnétique et le bain d eau d froide. 42
Le montage en fin de réactionr A partir de cette image, vérifier et commenter la présence des éléments de sécurits curité. 43
Ä Conduite de la réaction r : La réaction r étant exothermique (contrôle de la température imposé) ) on coule sous vive agitation et avec précaution trois ou quatre gouttes de mélange m sulfochromique. Observer et suivre l él évolution de la température du mélange. m On évalue ainsi l él échauffement produit dans le but de régler r l addition l au goutte à goutte. 44
Continuer l addition l en goutte à goutte du mélange sulfochromique. la vitesse d addition d sera ajustée e en continu afin de respecter la consigne de température. Utiliser, si nécessaire, n le bain d eau d froide pour modérer la réaction. r 45
Ä Laisser une trace du travail effectué : Le compte rendu Il comporte la rédaction r d un d paragraphe résumant la recherche des risques encourus lors de la manipulation des réactifs r et lors de la réaction r proprement dite, ainsi que les procédures à appliquer pour travailler en toute sécurits curité. 46
Exemple 3 Ä Extraction de la cyclohexanone du mélange réactionnel par hydrodistillation Préparation du montage d hydrodistillation 47
Analyse de l opl opération : Ä Pour réaliser r l hydrodistillation, l il va falloir modifier le premier montage : - Remplacer le réfrigr frigérant rant à reflux par un «pont à distiller» (tête à distiller + réfrigérant rant droit + allonge coudée e + recette). - Ajouter un volume d eau d conséquent au contenu du réacteurr acteur. 48
Analyse de sécurits curité : Ä Tout d abord, d il faut refroidir le contenu du réacteur pour pouvoir l ouvrir. l Ä Remplacer rapidement le réfrigr frigérant rant par le pont à distiller. Ä A l aide l de l ampoule l à décanter ajouter l eau l nécessaire à l hydrodistillation. Cette action permet d y d y rincer les traces de sel de chrome. 49
Comment sécuriser s un montage de distillation? Ä Lors de la conception d un d montage en verrerie rodée, l ensemble l ne doit être serré qu en un seul point et cela pour deux raisons majeures : - Assurer une jonction étanche des rodages. - Eviter d introduire d des tensions qui pourraient se traduire par la rupture d une d une pièce de verrerie. 50
Un peu de mécanique m : Ä Choix du point de serrage et conséquences : Le col du réacteur r s impose s de manière logique en tant que point de serrage devant soutenir l ensemble l du montage. Les rodages qui se débod boîtent naturellement du fait de la gravité doivent être sécuriss curisés par un «clip» ; les rodages qui s embos emboîtent naturellement du fait de la gravité n en nécessitent pas. 51
Ä L équilibre du montage : L analyse du montage montre qu il faut apporter un soutien au pont à distiller, une pince à trois doigts est utilisée. Mais oùo la placer? Trop près s de la tête à distiller on risque de voir le pont à distiller se détacher d du col du réacteur, il faut donc la placer le plus près possible de l autre l extrémit mité du réfrigr frigérantrant 52
Ä Du bon usage de la pince trois doigts. Lorsque l on l place le tube d entrd entrée e d eau d du réfrigérant rant droit entre les doigts jumeaux de la pince trois doigts, on accroît t la sécurits curité du montage ; en effet si le rodage qui relie le réfrigérant rant à la tête à distiller se débod boîte, le réfrigérant rant ne peut pas tomber (et casser). Attention,, cela n est n pas applicable à un réfrigérant rant à reflux posé verticalement sur un réacteur. r 53
Le montage d hydrodistillation d en cours de fonctionnement A partir de cette image, vérifier et commenter la présence des éléments de sécurité. 54
Détail du montage d hydrodistillation d : position de la pince à trois doigts 55
Que faire des résidus r contenus dans le tricol en fin de distillation? Ä Que contient le tricol? De l eau l ; Des ions chrome(iii) ; Peut-être des ions chrome(iv) ; Des ions sulfate et sodium ; Beaucoup d ions d oxonium ; Des traces de molécules organiques. 56
Ä Le mélange m résiduel r est très s acide, il contient en outre des ions chrome en quantité importante. A défaut d de pouvoir traiter correctement ce mélange, m il faut le recueillir dans un bidon, correctement étiqueté,, contenant des ions de métaux m lourds que l on l fera traiter par une société spécialis cialisée. 57
Extraire le turbulent en fin de manipulation L utilisation d une d tige aimantée e pour attraper le turbulent associé au rinçage à l eau distillée va éviter de souiller la paillasse avec l acide l résiduel et les sels de chrome présents dans 58 le mélangem
Exemple 4 Ä Concevoir un montage de recristallisation à partir du texte de la procédure. 59
Recristalliser : Ä Le principe : La recristallisation est une opération de purification d un d solide qui consiste à en détruire la structure cristalline pour libérer les impuretés s qui y sont piégées puis à reconstituer le cristal sans y inclure les impuretés. 60
Ä La procédure : Pour cela les cristaux impurs sont solubilisés dans le minimum de solvant approprié porté à ébullition. Après élimination éventuelle des impuretés s solides, la solution saturée e chaude est refroidie, les cristaux purs se forment. 61
Conception du montage pour une recristallisation en toute sécurits curité. 62
Ä Le solvant devant être porté à ébullition, il doit être contenu dans un ballon muni d un d réfrigérant rant à reflux. Ä Mais comment s assurer s que la quantité de solvant utilisée est minimale? En utilisant un ballon bicol et en plaçant ant le solvant dans une ampoule de coulée, il est alors possible d ajouter d de petites quantités de solvant jusqu à dissolution totale du solide en maintenant l él ébullition. On peut placer un turbulent dans le ballon. On peut placer un turbulent dans le ballon. 63
Ä Faut-il filtrer à chaud? La filtration à chaud est une opération très délicate nécessitant n un montage complexe. Le choix convenable du solvant (impuretés solubles à froid) permet d éd éviter celle-ci. ci. Pour cette raison, on évitera d utiliser d de la pierre ponce. 64
Ä Peut-on transférer rer la solution saturée e chaude dans un becher pour la refroidir et cristalliser le produit pur? Jamais! D abord pour des raisons de sécurits curité : il est fortement déconseilld conseillé d ouvrir un réacteur r chaud surtout s il s est rempli de vapeurs de solvant. Ensuite, ce serait contraire au principe de la recristallisation : l él évaporation du solvant lors de l ouverture l rend la solution sursaturée, les 65 impuretés s peuvent alors cristalliser.
Le montage définitif d : Au montage précédent nous allons ajouter un thermomètre tre qui immergé dans la solution saturée e en donne la température pour contrôler le refroidissement. 66
Extraire le solide recristallisé : La solution saturée e va prendre en masse lors du refroidissement. Il faudra découper d le solide en bandes dans le ballon avec une spatule puis faire glisser les bandes de solide dans le büchner b par gravité. Le port de gants de chimie est obligatoire pour réaliser r cette opération. 67
Fin Provisoire 68