La chimie en classe doit doter les élèves et les étudiants des connaissances et des compétences nécessaires pour concevoir des produits d’une manière qui minimise les dommages.Crédit : Kalpak Pathak / Hindustan Times / Getty
Des générations de chimistes ont pris ce que la nature a à offrir et l’ont converti en produits extrêmement bénéfiques – des médicaments aux colorants et des fissures aux emballages alimentaires. Mais la crise environnementale actuelle, tant en termes d’émissions de carbone que de pollution plastique, est aussi une créature de la chimie. Et cela signifie que les chimistes doivent repenser leurs méthodes de travail dans le cadre des efforts pour le résoudre – y compris repenser la façon dont les générations actuelles et futures de chimistes sont éduquées. Cela se produit, bien que loin d’être aussi rapide que nécessaire.
Dans Nature cette semaine, le chimiste Bartosz Grzybowski de l’Institut des sciences et technologies d’Ulsan en Corée du Sud et ses collègues décrivent un tel effort, qui utilise l’intelligence artificielle pour réutiliser les composés de déchets en produits utiles. Des algorithmes entraînés sur des milliers de réactions ont suggéré des moyens de créer quelque 300 produits chimiques connus utilisés dans les produits pharmaceutiques et l’agriculture. Ils comprennent l’antibiotique dapsone et un intermédiaire clé pour un relaxant musculaire appelé cisatracurium, un médicament qui a été utilisé dans le traitement des personnes atteintes de COVID-19.
Les travaux font partie des dernières contributions à la chimie verte, un mouvement qui a commencé dans les années 1990 avec des efforts pour trouver des moyens écologiques de réaliser des réactions chimiques, en utilisant des solvants plus verts, par exemple, ou des conditions de réaction moins énergivores. Depuis lors, des progrès ont été réalisés, tels que des améliorations dans le recyclage des plastiques et le développement de catalyseurs capables de décomposer des matériaux autrement indestructibles en molécules plus petites et plus utiles. La recherche en chimie durable devrait connaître un nouvel élan alors que des pourparlers sont en cours sur un traité international juridiquement contraignant visant à éliminer la pollution plastique.
Mais pour que la recherche progresse plus rapidement, une réinitialisation est également nécessaire dans la salle de classe – à la fois dans l’enseignement scolaire et universitaire. L’enseignement de la chimie doit changer afin que les étudiants apprennent à concevoir des médicaments et des produits agrochimiques, tels que des slogans, de manière à la fois sûre et durable.
Certaines universités proposent désormais des cours de troisième cycle en chimie environnementale, verte ou durable, et les cours de chimie scolaire et de premier cycle intègrent de plus en plus la chimie du changement climatique et couvrent les impacts sanitaires, environnementaux et sociaux de la chimie.
Mais doter les élèves et les étudiants des connaissances et des compétences nécessaires pour concevoir des produits d’une manière qui minimise ou élimine les dommages est un plus grand défi. Dans de nombreux pays, la durabilité n’est pas encore traitée comme un concept de base ou sous-jacent dans la chimie du premier cycle et du secondaire. Dans de nombreux pays, les programmes scolaires de chimie restent similaires à ceux enseignés il y a plusieurs décennies.
Les chercheurs qui étudient la chimie dans l’éducation préconisent que les programmes soient basés sur une approche systémique. Cela enseignerait aux étudiants à la fois comment comprendre les liens entre les éléments qui composent un composé ou un produit chimique et comment quantifier les impacts plus larges de la chimie – par exemple, sur l’économie et la société, l’environnement et la santé humaine.
Dans le même temps, certaines composantes essentielles des programmes de chimie sont également mûres pour être repensées. La chimie organique en est un exemple, selon David Constable du Green Chemistry Institute de l’American Chemical Society à Washington DC et ses collègues (DJC Constable J. Chem. Instruit. 96, 2689–2699 ; 2019). Les cours de chimie organique sont “largement orientés vers les transformations de composés carbonés d’origine fossile à l’aide de réactifs chimiques et de catalyseurs”, écrivent les auteurs dans un commentaire d’un numéro spécial de la revue Journal de l’éducation chimique consacrée à réinventer l’enseignement de la chimie. Beaucoup de ces composés sont difficiles à recycler et à réutiliser – ou le recyclage est considéré comme une réflexion après coup. De plus, les réactifs impliqués peuvent être dangereux. Les chercheurs proposent que davantage d’étudiants étudient la chimie des composés produits par les organismes vivants – un sujet enseigné dans les cours de biochimie – ainsi que des composés plus faciles à recycler. Cela aiderait les étudiants à concevoir des produits biodégradables, ou qui peuvent plus facilement être décomposés en leurs parties les plus bénignes, prêts à trouver d’autres utilisations.
Les universités et les sociétés professionnelles de la chimie reconnaissent ce qui est nécessaire et contribuent à apporter des changements. L’Imperial College de Londres a suspendu deux cours de maîtrise de longue date – en génie pétrolier et en géoscience pétrolière. L’American Chemical Society a un programme actif de recherche et d’engagement dans l’enseignement de la chimie durable, avec un fort accent sur la pensée systémique. La Royal Society of Chemistry (RSC) du Royaume-Uni a déclaré qu’elle reconnaissait que la chimie scolaire ne préparait pas adéquatement la prochaine génération à un monde dominé par le changement climatique et la durabilité, et recommandait des changements aux programmes scolaires.
L’année dernière, le RSC a mené une enquête auprès d’enseignants et d’étudiants en chimie au Royaume-Uni et en Irlande qui a révélé que tous les enseignants (en particulier ceux qui enseignent aux élèves âgés de 16 ans et plus) ne sont pas convaincus qu’ils possèdent les connaissances nécessaires pour enseigner la chimie dans un autrement. Mais l’enquête a également révélé que les élèves souhaitent en savoir plus. Les répondants d’âge scolaire ont dit à la société qu’ils étaient profondément préoccupés par le changement climatique et intéressés par les carrières qui impliquent la durabilité.
Les défis inhérents à l’introduction de concepts difficiles sont inévitables. Mais si les étudiants sont disposés à apprendre – comme le suggère l’enquête RSC – cela rendra la tâche plus gratifiante et garantira que la prochaine génération de chimistes possède les connaissances et les compétences nécessaires pour mener une révolution indispensable.