🧪 Chimie

Nez électronique

On imagine utiliser des capteurs de la série MQ-x à bas coût en conjonction avec un Arduino équipé avec la bibliothèque NeuralNetwork. Des exemples s'appuyant sur cette bibliothèque sont disponibles ici (Cours de Pascal Masson, Polytech Nice-Sophia).

Liste des MQ

La page de référence chez Winsen

Référence Gaz Plage de sensibilité Autres remarques Disponible
MQ-2 fumées, gaz combustibles


MQ-3 éthanol


MQ-4

méthane


MQ-5 propane

oui
MQ-6 GPL, butane, propane, GNL

oui
MQ-7

CO

oui
MQ-8 H2

oui
MQ-9 CO/CH4

oui
MQ-131 O3


MQ-135 NH3,H2S,H2, benzène
temps de chauffe > 48h oui
MQ-136 H2S
  oui
MQ-137 NH3

oui
MQ-138  COV


STAGE TEXTILE

Extraction de l'amidon

Super Condensateur au Graphène LIG Avec du kapton + Decoupeuse laser

Vidéo Youtube Sur la chaine de la Société chimique de France

tout est expliqué dedans amusez vous bien!

Informations

Contexte

Vidéo Breaking taps

qui se base sur cette publi https://rdcu.be/cMAKU

J'ai donc réalisé une video proof of concept grace au fablab avec du scotch de kapton


Objectifs

Reproduire l'experience et allumer une LED.

Matériel

Machines utilisées

Trotec Speedy 100

Construction

Voir la vidéo

Journal de bord

Disponible sur mon site web
https://renemeng.wordpress.com/2022/12/24/supercondensateur-au-graphene-lig-obtention-du-prix-l3-societe-chimique-de-france/

Impression 3D électrochimique : Réalisation d'un réseau d'électrodes

Ce que j'ai fait au fablab: 

Réseau d'électrode 6*6 sur PMMA recouvert d'or pour une application à l'impression 3D par voie électrochimique.

Introduction au sujet: 

https://drive.google.com/file/d/1nkw5Zwh1voD9N_fGageRGOvbt9gQq36m/view?usp=sharing 

Dans le cadre d'un projet entrepreneurial, j'ai proposé un sujet de stage au Laboratoire Interface et Systèmes Electrochimique (LISE) un sujet de stage qui a été validé, sur l'impression 3D électrochimique.

Le fonctionnement est similaire à une impression resine, car celle-ci permet d'imprimer couche par couche mais en revanche au lieu d'imprimer en résine, elle imprime des metaux tel que le cuivre.

La tête d'impression consiste d'un reseau d'electrode et chacune permet d'effectuer la reaction d'électrodépot, c'est a dire de convertir les atomes de cuivre en solution (bleu), vers sa forme solide(orange).

Pour ce faire il a été envisagé de fabriquer cette tête d'impression au fablab sur une plaque de plexiglas recouverte d'or, puis en realisant le motif des electrodes avec une graveuse laser.

À l'issue de ce stage, je voudrais lancer une startup sur ce projet, et proposer un service d'impression métal pour un marché en plein essor.

. En revanche les techniques se sont orienté depuis 1996 sur des méthode par écriture directe, par la polarisation de la cathode. Cela permet notamment d'imprimer des pièces en cuivre, mais aussi d'autre matériaux conducteurs, y compris des alliages.

Une entreprise américaine à quant à elle développé une technologie d'impression qui repose sur une polarisation sélective d'un réseau d'anode, ce qui permet d'imprimer Stéréo-électrochimiquement des pièces complexes en cuivre, avec comme application des refroidisseur haute performance pour processeur avec des structure en gyroides permettant de maximiser les échanges thermique. L'intérêt est que la performance des processeur est limité par la capacité à le refroidir.

Grace aux développements des Modèles de langage OpenSource notamment avec (Mixtral 8x7b) il a été facile de re-bricoler une imprimante résine avec une carte arduino pour l'interfacer avec un PC, les progrès sont tels que j'ai quasiment pas eu besoin d'utiliser ChatGPT 3.5.

Théorie vs pratique

gravure de l'or sur le PMMA

J'ai commencé par réaliser des essais sur du PMMA 3mm avec la Trotec Speedy 360 pour vérifier mon motif réalisé sur Kicad/Inkscape, j'ai notamment remarqué le manque de résolution pour des détail verticaux en balayage horizontale, dû à l'anisotropie du balayage de la graveuse laser. J'ai aussi essayer de réaliser la gravure à 45 degré, cela résous l'anisotropie, mais apporte les défauts à l'ensemble du dispositif. La solution serait de réaliser un balayage Vertical suivit d'un balayage horizontale sans avoir besoin de tourner la pièce manuellement(difficulté à l'aligner). J'ai contacté Le technicien commercial de Trotec qui m'a déconseillé de débloquer cette fonctionnalité. Il m'a en revanche conseillé de travailler avec une vitesse 4 fois inferieur avec une puissance proportionnellement plus faible pour augmenter par 8 la qualité. Le problème rencontré est notamment dû au temps de changement de la puissance du laser. 

J'ai aussi noté l'impossibilité d'employer le contour par écriture direct en raison des trajectoires par acoup créant des trou profond et détruit les connections aux alentours. D'après le technicien commercial, il s'agit d'un problème lié à la correction de puissance. Il faudrait la diminuer? Eventuellement à essayer sur l'or?

Il m'a précisé qu'il n'est pas souhaité d'appeler le technicien commercial soi même, c'est le rôle du Fabmanager.

DSC_0915.JPG

La speedy 360 et 100 possèdent un laser d'un laser d'une taille de point de 120µm et de longueure d'onde 10,6 µm (microonde). Il faut donc en tenir compte dans le design. j'ai donc retracer les contours sur inkscape pour tenir compte de la taille de point, avec en rouge le chemin du point de 120µm.

L'or présente une barrière d'activation avant la gravure, même si il semble exister une énergie intermédiaire pour seulement retirer en partie l'or d'une 100 aines de nanomètres, il est nécessaire d'utiliser une puissance beaucoup plus élevée, ce qui engendre des creux plus profond sur le PMMA.

Pour optimiser le processus en jouant sur la longueur d'onde il faut étudier l'absorbance du PMMA et de l'or qui sont tout deux assez mauvais. Ce qui explique bien ce phénomène.

Repousser les limites de la Speedy  360 à un intérêt pour la microfabrication en Makerspace, et permet d'avoir une résolution utilisable. Mais pour avoir une bonne répétabilité, il serait intéressant de pouvoir utiliser la LPKF Protolaser H4 qui offre une bien meilleure résolution. C'est pourquoi j'ai contacté LPKF qui m'ont confirmé la possibilité théorique d'utiliser d'autre matériaux sans risque particulier. Il ma notamment fournit un guide pour faire des tests afin de trouver les bon paramètres. Néanmoins il est nécessaire d'être formé à cette machine qui utilise un laser fibré de 1064 nm (IR) d'une taille de point de 25µm, et permet de réaliser un double balayage vertical et horizontal. Voici un lien du document en question : https://drive.google.com/file/d/1aiiEEKLoY4rNRjV9LAuTF24pEDxQzHwb/view?usp=sharing 

Il sera envisagé d'utiliser cette machine pour la réalisation de PCB pour l'imprimante 3D ainsi que la réalisation des électrodes.

Le laser à une zone de balayage de 30x30mm (haute précision) et la possibilité de déplacer cette zone en XYZ(moyenne précision). 

il est important que ces zones de balayage ne gènent pas le design en se décalant.

Ainsi en une après midi avec Emmanuel, nous avons pu réaliser ce réseau d'électrode en optimisant les paramètres. Il est notable que la LPKF laisse de joli paillette dans le PMMA qui n'est pas gravé du tout. Le matériaux a été paramètré comme un PCB de 3mm avec une couche de cuivre de 0.1 µm.(analogue à notre config) Il a été réalisé plusieurs test pour optimiser les paramètres afin d'avoir le résultat souhaité. 

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il a été remarqué que des détails en or ont été arraché, il a donc été important d'optimiser la puissance en la baissant pour ne pas déchirer l'or.

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En optimisant les paramètres

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il a été possible de se débarrasser au maximum des déchirure avec une puissance de 0.3W.

Il serait intéressant de changer de substrat pour avoir une meilleure adhésion comme par exemple un support de type pcb.

Extraction de l'acide ginkogolique

Instant culture :

Le ginkgo est un vestige de la végétation qui a nourri les dinosaures, qualifié de fossile vivant. L’arbre aux 40 écus est très utilisé en phytothérapie depuis des millénaires dans la médecine traditionnelle chinoise. Aujourd’hui, reconnu pour ses qualités médicinales, il fait l’objet de recherches scientifiques. Il est d’ailleurs cultivé intensivement pour ses feuilles. Les graines sont couramment consommées en Asie, débarrassées de leur chair malodorante et irritante, puis écorcées. Elles sont mangées crues ou cuites, elles sont riches en protéines et amidons. Le ginkgo est également cultivé pour la production des graines. L'acide ginkgolique se trouve principalement dans les feuilles du Ginkgo biloba. Les feuilles sont riches en divers composés bioactifs, y compris les acides ginkgoliques. Lors de l'extraction, ce sont les feuilles qui sont principalement utilisées pour obtenir ces acides. 

Pour plus d'information : Arbre aux 40 écus, Ginkgo biloba : planter, cultiver, multiplier aujardin.info.

Extraction de l'acide : 

1- Extraction liquide-liquide (pas de résultat)  : 

Nous avons effectuer l'extraction liquide liquide du fruit ginko biloba avec de l'éthanol et de l'eau mais nous n'avons pas pu avoir des résultats quand à la séparation des phases organique et aqueux. Nous avons donc penser à une autre technique d'analyse et nous allons le faire par HPLC. 

1-HPLC

Explication : https://www.youtube.com/watch?v=QoA2XGjXKuA 

L'instrument utilisé était une unité HPLC de la série Agilent 1100 avec un système MSD 1946B (Agilent, Palo Alto, CA, USA), composé d'une pompe binaire, d'un dégazeur sous vide, d'un auto-échantillonneur thermostaté, d'un compartiment de colonne thermostat, d'une interface électrospray et d'un spectromètre de masse quadruple.

Le logiciel Agilent Chemstation (Version 8.03) a été utilisé pour contrôler le fonctionnement et l'acquisition des données.

Le volume d'injection des échantillons était de 10 pl. La séparation des ginkgolides et du bilobalide a été réalisée à l'aide d'une colonne Luna C 18 (2) (150 x 4,6 mm id, taille de particule de 3 pm) de Phenomenex (Torrance, CA, USA).

Un programme d'élution de gradient HPLC a été utilisé pour séparer les ginkgolides et le bilobalide. Le solvant A est de 20 mM d'acétate d'ammonium dans l'eau et le solvant B est 100 % méthanol. Le programme d'élution du gradient a consisté en une augmentation linéaire de la concentration en méthanol de 25 à 75 % dans les premières 20 min, puis en une augmentation de 75 à 90 % dans les 3 min suivants. La phase mobile a ensuite été maintenue à 90 % de méthanol pendant 11 min pour assurer l'élution complète de tous les composants de la colonne. Le débit de la phase mobile est de 0,8 ml min-1 −1et la colonne est maintenue à 40 'C.

Chaque échantillon a été dissous dans de l'eau méthanol (1 x 4) jusqu'à une concentration de 0,5 à 1 mg ml. Le mélange a été centrifugé pour éliminer toute particule insoluble. Le surnageant a été directement utilisé pour l'analyse LC-MS. La récupération de l'extraction a été de plus de 95 % lorsque le produit commercial (échantillon 2) a été gonflé avec une quantité connue des normes

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2002/an/b200849a 


Synthèse d’un ferrofluide

Synthèse d’un ferrofluide

 

Principe

Qu'est-ce qu'un ferrofluide?

Le ferrofluid est une fluide composé de nanoparticules ferromagnétiques  (généralement de l'ordre de 10 nanomètres de diamètre) restant dispersées sans s'agglomérer dans un liquide porteur, comme de l'eau ou de l'huile. Ces particules répondent fortement à un champ magnétique.

 

 

Particule Magnetique.pngGhasemi, Jalal & Jafarmadar, Samad & Nazari, Meysam. (2015). Effect of magnetic nanoparticles on the lightning impulse breakdown voltage of transformer oil. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 389. 10.1016/j.jmmm.2015.04.045. 

Les étapes clés de la synthèse d’un ferrofluide

1. Formation des nanoparticules magnétiques : 

image.png

2. Stabilisation:
3. Dispersion dans un liquide porteur :

Les particules stabilisées sont dispersées dans un liquide porteur (comme de l’eau, de l’huile ou du kérosène) pour former une solution colloïdale. Le choix du liquide dépend de l’application souhaitée. Un mélangeur à haute vitesse ou un bain à ultrasons est utilisé pour assurer une dispersion uniforme.

 

Projet

Materiaux:

 

Processus:

Mesures de securite:

 

Resulats et discussions

 

 

 

Bibliographie

 

  1. Preparation and Properties of an Aqueous Ferrofluid

    Patricia Berger, Nicholas B. Adelman, Katie J. Beckman, Dean J. Campbell, Arthur B. Ellis, and George C. Lisensky
    Journal of Chemical Education 1999 76 (7), 943
    DOI: 10.1021/ed076p943

  2. Effect of magnetic nanoparticles on the lightning impulse breakdown voltage of transformer oilGhasemi, Jalal & Jafarmadar, Samad & Nazari, Meysam. (2015).. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 389. 10.1016/j.jmmm.2015.04.045. 

Le Bioéthanol et la Betterave

Création de Bioéthanol à partir de la Betterave

1. Introduction

Cet article présente un protocole expérimentale en deux étapes. La première consiste à extraire le sucre (saccharose) contenu dans la betterave sucrière. La seconde étape consiste à effectuer une fermentation alcoolique de ce sucre pour obtenir du bioéthanol. Ces manipulations, simples et accessibles au niveau secondaire, permettent d'illustrer les concepts d'extraction et de fermentation en chimie.

2. Protocole

Partie 1 - L’extraction du sucre

1.1. L’Extraction du sucre

L'extraction du sucre de la betterave est réalisée en coupant 50 g de betterave sucrière en petits morceaux et en les plaçant dans un ballon de réaction avec 100 mL d'eau distillée. Ce mélange est chauffé à reflux pendant 30 minutes pour extraire le saccharose de la betterave. Une fois cette étape terminée, le mélange est filtré pour éliminer les morceaux solides de betterave.

Ensuite, une solution de CaCO3 (10 g/L) est ajoutée lentement au filtrat, ce qui permet de précipiter certaines impuretés (un procédé appelé chaulage du jus). Enfin, un filtrage sous vide est effectué pour récupérer un jus sucré clair, exempt de toute impureté.

Réalisation:

Matériel :

50g de la betterave sucrière sont pelés et coupés en fines lamelles puis introduits dans le ballon auquel sont ajoutés 100 ml d'eau distillée. Le tout est chauffée à reflux pendant plus de 30 minutes pour s'assurer de la bonne extraction du sucre. Note : compte tenu du temps de mise en chauffe du chauffe-ballon, on attendra l'apparition des premières vapeurs avant de démarrer le chrono et d'allumer le réfrigérant. L'on veillera aussi à adapter le débit d'eau au besoin afin de limiter le gaspillage d'eau.  

1.2. Mesure de la teneur en sucre

Pour mesurer la teneur en sucre de la solution obtenue, on utilise un réfractomètre, qui mesure l'indice de réfraction de la solution. Cet indice varie en fonction du titre massique en sucre (exprimé en brix). L’indice est ensuite comparé à une courbe d'étalonnage pour déterminer la concentration en saccharose dans le filtrat.

On obtient un indice de réfraction de 1,3264 ce qui, d'après la courbe d'étalonnage, correspond à un titre massique de 20%. 

Partie 2 - La fermentation alcoolique

La fermentation alcoolique est réalisée à partir du sucre extrait de la betterave. La procédure commence par la préparation d’un milieu de fermentation : dans un bécher de 250 mL, on introduit 100 mL d’eau distillée et 5 g de levure de boulanger émiettée. Le mélange est agité jusqu’à dissolution complète, puis 5 g de sucre en poudre (saccharose) sont ajoutés. Ce mélange est ensuite transféré dans une bouteille de 250 mL.

L'étape suivante consiste à installer un ballon de baudruche comme dispositif de collecte des gaz produits par la fermentation. Le ballon est raccordé à la bouteille de fermentation et à une cartouche de test d’alcoolémie pour suivre l'évolution de la production de gaz. Le tout est étanchéifié à l'aide de ruban adhésif, et la fermentation est laissée se dérouler. Des agitations périodiques permettent de maintenir les levures en suspension, favorisant ainsi la fermentation du sucre en bioéthanol.

Conclusion

Ce protocole illustre les principes fondamentaux de l'extraction et de la fermentation. En extrayant le saccharose de la betterave et en utilisant la fermentation alcoolique, cette expérience permet de comprendre les mécanismes de la production de bioéthanol, une alternative écologique et renouvelable aux carburants fossiles.

Bibliographie

La betterave sucrière, une plante révolutionnaire !

https://culturesciences.chimie.ens.fr/thematiques/chimie-organique/synthese-et-retrosynthese/le-bioethanol-et-la-betterave

 

Estérification - synthèse de parfum de pomme

Estérification - Synthèse du Parfum de Pomme

1. Tableau des réactifs

Réactif Formule Masse moléculaire (g/mol) Densité (g/mL) Température d'ébullition (°C) Volume utilisé (mL) Pictogramme Mesures de sécurité
Acide butyrique (A) C4H8O2 88,0 0,963 162 11
Corrosif, irritant, manipuler sous hotte
Alcool isoamylique (B) C5H12O 88,0 0,813 132 13
Inflammable, irritant, manipuler sous hotte
Butanoate d'isoamyle (E) C9H18O2 158 0,866 178 - - Produit final

2. Tableau d'avancement

Avancement (mol) A (acide butyrique) B (alcool isoamylique) E (ester) H2O (eau)
Initial        
En cours        
Final        


3. Objectif

L'objectif de cette manipulation est de synthétiser le butanoate d'isoamyle, un ester à l'odeur de pomme, en faisant réagir de l'acide butyrique avec de l'alcool isoamylique en présence d'un catalyseur acide.

4. Protocole

  1. Préparation du mélange réactionnel

    • Introduire dans un ballon 11 mL d'acide butyrique et 13 mL d'alcool isoamylique.
    • Ajouter quelques gouttes d'acide sulfurique concentré (H2SO4) en tant que catalyseur.
    • Ajouter quelques grains de pierre ponce pour homogénéiser l'ébullition.

  2. Montage à reflux

    • Assembler un montage de chauffage à reflux comprenant :
      • Un ballon contenant le mélange réactionnel.
      • Un chauffe-ballon pour maintenir la température.
      • Un réfrigérant à eau pour condenser les vapeurs et les faire retomber dans le ballon.
    • Chauffer le mélange pendant une heure à température modérée (environ 80°C).

  3. Extraction de l'ester

    • Laisser refroidir le mélange.
    • Verser le contenu du ballon dans un entonnoir à décantation contenant de l'eau froide.
    • Agiter doucement puis laisser décanter. Récupérer la phase organique contenant l'ester.
    • Ajouter une solution de bicarbonate de sodium (NaHCO3) pour neutraliser l'acide résiduel, puis agiter et laisser décanter.
    • Récupérer à nouveau la phase organique.

  4. Séchage et purification

    • Ajouter un séchant chimique (sulfate de magnésium anhydre, MgSO4) pour éliminer les traces d'eau.
    • Filtrer le mélange et distiller sous pression réduite pour récupérer l'ester pur.

6. Calcul du rendement

Conclusion : Cette expérience met en évidence les caractéristiques d'une réaction d'estérification, son rendement limité par l'équilibre chimique et les moyens pour l'optimiser.