Fixation de l’azote

1. IV. AGRO-ALIMENTAIRE IV.1. Engrais et Eléments nutritifs du sol Fixation de l’azote La fixation de l’azote est un processus naturel essentiel par lequel des micro-organismes convertissent l’azote naturel non réactif en des composés inorganiques qui à leur tour entrent dans la chaîne alimentaire comme composés organiques contenant de l’azote, telles que les protéines des plantes. L’azote présent naturellement dans le sol, spécialement les nitrates, n’est pas en quantité suffisante pour subvenir à la culture intensive. De nombreux procédés commerciaux ont été développés pour produire des engrais à base d’azote, parmi ces procédés le plus connu est la méthode Haber-Bocsh pour la fabrication de l’ammoniaque. L’équilibre chimique du sol fut aussi possible dès 1956 avec le développement de la méthode Kjeldahl qui permet d’analyser automatiquement la quantité d’azote présent dans les composés organiques. Le cycle de l’azote Nodules racinaires Le procédé Haber Bosch A la fin du dix-neuvième siècle, l’appovisionnement alimentaire limité d’un monde en constant expansion souleva une vive inquiétude. Le contenu en azote des sols agricoles était épuisé et la question d’une possible aide de l’industrie dans le domaine de engrais azoté restait sans réponse. Certains hommes de science prédisaient même uen famine mondiale. Il y avait donc urgence à trouver un moyen de transformer l’azote de l’air en des produits azotés. La solution fut trouvée en Allemagne en 1908 quand Fritz Haber découvrit les principes de la synthèse de l’ammoniaque en utilisant tous les moyens physiques et chimiques disponibles à ce moment-là. Cette synthèse se fait en présence d’un catalyseur de fer à haute pression et température. Carl Bosch, chimiste à BASF (Badische Anilin- & Soda-Fabrik) commercialisa le procédé en développant la première production moderne de niveau industriel en 1913. Ce procédé industriel permis l’expansion à la fois de la production agricole et de la population durant le 20ième siècle Fritz Haber Avancées dans les engrais chimiques Au début de l’année 1913, les engrais synthétiques étaient fabriqués à l’échelle commerciale et permettaient une très nette amélioration des rendements des cultures. De nombreuses innovations dans la production de base des engrais chimiques ont été faites depuis, notamment avec la commercialisation en 1930 d’engrais granulés et en 1965, l’entrée d’engrais pulvérizés sur le marché Américain. Dans les années 1970, le processus de granulation fut amélioré de façon à produire des engrais utilisable pour les plantes d’intérieur et les jardins particuliers. L’avancée la plus récente et la plus significante dans le domaine des engrais commerciaux est certainement l’encapsulation et la liberation contrôlée des engrais qui permet d’éviter une fertilization excessive néfaste pour l’environnement. La révolution verte et les plantes hybrides Depuis les années 1870, les plantes hybrides ont été créées pour tirer avantage de leur caractéristiques qui permettent d’augmenter la production et la qualité des aliments. La chimie organique identifie les qualités désirables d’une plante, transfère ces qualités à des hybrides successivement et maximalise leur prise d’azote avec des engrais. Ces avancées conduisirent à la „ Révolution Verte” qui débuta quand le Méxique devint le premier indépendant producteur de blé en 1943. Dès 1964, la plupart de l’alimentation de la population d’Asie était à base de nouvelles plantes hybrides cultivées sur un sol enrichi en élélments nutritifs. Les cultivateurs Américains ont adopté de nouelles plantes hydrides, telles que du maïs et des pommes de terre dont les feuilles et les tiges secrètent un pesticide.

2. IV. AGRO-ALIMENTAIRE IV.2. Protection des cultures et Lutte anti-parasitaires Bouillie Bordelaise et fongicides En 1882, the botaniste Français Pierre M. A. Millardet utilisa une solution aqueuse de sulfate de cuivre mélangée à de la chaux (bouillie bordelaise)pour combattre efficacement la moissisure (mildiou) dans les vignobles Français. La bouillie bordelaise permets maintenant de contrôler et déssimer un grand nombre de champignons moissures qui s’attaquaient aux cultures. Ceci a aussi marqué le début du premier usage de fongicide à grande échelle et révolutiona la protection chimiques des cultures. Les avancées de la chimie dans le domaine des fongicides utilisés dans l’agriculture continua avec l’apparition des fongicides au dithiocarbamate en 1934 et les fongicides au strobilurine en 1996. DDT et pesticides Les pesticides protègent les cultures agricoles des dégâts que peuvent causer les moississures, les insectes et les mauvaises herbes. En 1939, Paul Mueller développa un insecticide très bon marché appelé le DDT (dichlorure-diphenyl-trichlorethane) pour contrôler les doryphores et autres insectes. Le DDTet d’autres insecticides similaires permirent de contrôler l’invasion d’insectes sur les cultures de même que de protéger les cultures de maladies transmises par les insectes pendant plus de vingt ans. Dans les années 1960, l’inquiétude du public concernant les dommages environnementaux et l’accumulation du DDT dans le coprs humain, associée avec la résistance accrue des insectes aux insecticides a conduit à un changement vers de nouveaux pesticides et au déclin du DDT. De nos jours, de petites quantités de pesticides permettent plus que jamais une plus grande économie pour les cultivateurs, une meilleure sécurité pour les ouvriers agricoles et moins de dégats pour l’environnement. DDT pour la lutte contre la malaria Fragilisation des coquilles d’oeufs dû au DDT Protection du bétail Le traitement des maladies du bétail, soit par vaccination, sit par des médicaments a augmenté singulièrement la qualité et la quantité de la viande. En 1881, Louis Pasteur améliora avec succès les techniques de vaccination des animaux de façon à les immuniser contre l’organisme responsible de la maladie du charbon (anthrax). En 1981, l’anti-parasite Ivermectine apparu pour lutter contre une grande variété de mites, vers et autre parasites internes qui peuvent infecter les animaux. A l’heure actuelle, les chercheurs se penchent sur la façon de prévenir l’encéphalopathie spongiforme bovine connues sous le nom de la “maladie de la vache folle” don’t on pense est due à des protéines présentes dans l’aliment du bétail qui contiendrait un agent infectieux. Louis Pasteur Mécanisation et modernisation des exploitations agricoles Au cours du siècle dernier, les technologies d’application des composés chimiques utilisés dans l’agriculture (engrais, pesticides) et de l’irrigation, se sont développées côte à côte avec la chimie agricole et la mécanisation des exploitations agricoles. Tous ces développments ont accru considérablement l’efficacité des exploitations et leur productivité. Le tracteur diesel fut développé en 1904 par l’inventeur Américain Benjamin Holt. De nos jours le matériel agricole comme les tracteurs, les moissonneuses, les machines à irriger les sols, sont tous équipés d’ordinateurs et de GPS sophistiqués qui ont bénéficié des innovationde la chimie comme les carburants, les matériaux de pointe (alliages, plastiques), la technologie des pneus et celle de l’inductrie électronique. Une moissonneuse-batteuse moderne Le tracteur à chenilles deeveloppé par Holt

3. IV. AGRO-ALIMENTAIRE IV.3. Transformation, Manipulation et sécurité sanitaire des aliments Saccharine et édulcorants Les édulcorants créés par la chimie sont très utiles pour les personnes attaeintes de diabète our pour celles qui suivent un régime amaigrissant puisqu’ils permettent de contrôler leur apport en sucre. En 1901, John F. Quenny fabriqua le premier édulcorant: la saccharine. En 1967, la fabrication du sirop de maïs à haut taux de fructose basée sur l’utilisation brevetée d’une enzyme pour augmenter la teneur en sucre du fructose de 14% à 42%débuta et devint rapidement l’édulcorant utilisé dans la plupart des boissons sucrées et gazeuses. L’Aspartame fut d’abord vendu en 1985 aux Etats-Unis; cet édulcorant contenant très peu de calories bien qu’ayant un goût très sucré et introduit sur le marché sous le nom de NutraSweet, fut développé en 1955 comme médicament pouvant traiter les ulcères. Vitamines et minéraux Une meilleure compréhension de la biochimie des aliments a révolutioné l’alimentation en offrant des solutions pour vainacre les carences alimentaires et la malnutrition causées par le manque de vitamines. La chimie a fait de grandes avancées dans ce domaine, comme le montre la découverte de la première vitamine. La vitamine A (Beta-carotène) fut extraite du beurre et du jaune d’oeuf en 1913 et est un élément nutritif essentiel pour la vue et pour protéger l’épithélium. Sa structure chimique fut determinée en 1931 et fut synthétisée pour la première fois en 1947. Le biochimiste Hongrois, Albert Szent-Györgyi, isola l’acide hexuronique (acide ascorbique) à partir des glandes surrénales en 1928. L’acide ascorbique est maintenant connu sous le nom de vitamine C. En 2001, le “riz doré”, geenétiquement modifié pour produire de la pro-vitamine A fait son apparition en Asie pour lutter contre la cécité et autres maladies handicappantes. Conservation et procédés de fabrication modernes Les origines de la chimie alimentaire remontent à l’Allemend Justus liebig qui fut le premier à fabriquer de l’extrait de viande au milieu du dix-neuvième siècle. Les avancées dans le domaine de la conservation et des techniques de fabrication des aliments nous ont permis de disposer d’aliments transformés. En même temps que la chimie alimentaire favorisait de nouvelles techniques et procédés industriels, de nombreux aliments transformés nouveaux furent développés. De nouvelles technologies, telles que la lyophilisation (1906), la surgélation (1920), le développement des plat préparés surgelés (1939) la concentration de jus de fruits et de légumes (1946) permirent aussi d’accroitre la durée de conservation des aliments. Une affiche de publicité pour l’extrait de viande de Liebig Sécurité sanitaire des aliments et le contrôle de qualité N’importe quel produit agricole brute ou aliment préparé peut être contaminé et en conséquence provoquer des intoxications alimentaires. Cette contamination peut intervenir pendant la préparation, la cuisson, la distribution ou le stockage. Les avancées chimiques pour améliorer la sécurité sanitaire des aliments comportent des méthodes de test rapide pour la détection de bactéries contaminants les aliments et pour le contrôle des intoxications alimentaires épidémiques. Les maladies dues à des intoxications alimentaires furent réduites de 20% entre 1997 et 1999 aux Etats-Unis.

4. IV. AGRO-ALIMENTAIRE IV.4. Stockage des Aliments Les emballages alimentaires L’emballage des aliments dans des containers en plastique, en métal, en verre or en céramique a permis de conserver les aliments durant leur vente, leur envoi et leur préparation. Ralph Wiley inventa le polymère industriel saran dans les années 1930 et l’emballage Saran fut introduit pour un usage ménager en 1953 et s’est montré être un excellent moyen d’empêcher l’air, l’humidité, les odeurs et autres produits chimiques de pénêtrer à travers l’emballage et endommager les aliments enveloppés, même sous des conditions d’extême humidité ou de température. L’emballage Saran est un co-polymère de chlorure de vinylidène et de chlorure de vinyle. D’autres innovations regroupent l’utilisation des boîtes de conserve pour la conservation des aliments et boissons (1960) et le PET (polyéthylène téréphtalate) comme matériau d’emballage recyclable pour remplacer le verre ou l’aluminium (1970). Les réfrigérants et les chlorofluorocarbones Depuis son introduction pour un usage ménager en 1918, la réfrigération a complètement changé la conservation des aliments en permettant de transporter et de stocker des produits frais avec la maximum de précautions sanitaires. Au début des années 1920, les réfrigérateurs perdirent de leur popularité en raison du réfrigérant à base de dioxide de sulfur qui s’était avéré toxique. La solution fut trouvée par Thomas Midgley et Charles Kettering qui transformèrent le Fréon 12, un chlorocarbone (aussi appelé CFC, CCl2F2) en un gaz réfrigérant en 1931. Peu après, les réfrigérateurs devinrent un standard pour les particuliers, les restaurants, et les supermarchés. Le Fréon n’est désormais plus utilisé en raison de son rôle dans la disparition de la couche d’ozone atmosphérique. Un conservateur (1890) et un réfrigérateur moderne Les fours à micro-ondes L’apparition des appareils électroménagers au vingtième siècle a permis d’éliminer une grande partie de travail requis pour la préparation quotidienne des aliments et des repas. L’une des innovations favorisée par les avancées de la chimie fut le four à micro ondes. En 1945, Percy L. Spencer e tenait près d’un émetteur radar en opération à Raytheon quand une barre de chocolat qu’il avait dans sa poche commença à fondre. Intrigué, il recommença l’expérience avec du popcorn, le four à micro-ondes venait de voir le jour. Sa cuisinière radar fit ses débuts dans les dix années qui suivirent dans des cuisines industrielles. De nos jours, les émetteurs de micro ondes datant de la seconde guerre mondiale et appelés magnétrons sont encore au coeur de cet appareil électro-ménager très populaire. Purification de l’eau Les avancés en chimie ont permis de guarantir un approvisionnement en eau saine, dépourvue de toute contamination par des bactéries, des virus ou autres contaminants toxiques. Ces innovations comprennent l’utilisation de filtres à base de carbone pour enlever le mauvais goût, d’autres ingrédients pour adoucir l’eau et enlever les métaux lourds, et une technology moderne pour le traitement des eaux municipales, l’approvisionnement et la distribution de ces eaux. L’utilisation du chlore pour la désinfection de l’eau et dans les systèmes de traitement des eaux a commencé dès 1910, et l’utilisation de l’eau de javel dans les foyers s’est faite dès 1913. Les désinfectants à base de chlore demeurent une excellente méthode pour nettoyer les cuisines et les usines de transformation des aliments et pour assurer une bonne protection contre les intoxications alimentaires. Molécule d’acide hypochloreux