Brevet FR2731632A1 — publié le 19960920

La présente invention est du domaine de la chimie. au sens le plus large du terme. elle peut donc trouver applications dans des domaines aussi vaincs que l'élaboration industrielle de produits chimiques. l'élaboration de produits alimentaires. la biochimie et la médecine etc Ii existait deux me:nooes pour provoquer ou accélérer certa:rs réactions chimiques sans agir sur la concentration des réactufs ni sur la température La catalyse er l'actîvaucn photochimique.Le nouveau procéde ofire une troisiéme possibilité qu consiste à provoquer des réactions chimiques par application de champs magnétostatiques Pour élaborer de nombreux produis. l'industrie chimique a retours a lte.et catalytique ce certains substances, dont le roie de catalyseur est d'accélérer ou de provoquer certaines réactions chimiques. Ces substances ont des structurés tres variées, allant du proton jusqu'à des enzymes. Le plus souvem, le catalyseur est utilisé en très petites quantités, sa présence indispensable pour provoquer la réaction chimique, n'est plus utile lorsque l'équilibre chimique a été atteint.Inutiles après ce stade et souvent indésirables pour cause de toxicité les catalyseurs sont généralement onéreux Dans le domaine agro-alimentaire. le traitement du lait est représentatif de l'intérêt que peut présenter le nouveau procédé. L'opération courante que l'on nomme caillage, est obtenue par adjonction au lait de divers produits connus sous le nom de présure. Le plus couramment utilisé est une enzyme sécrétée par l'estomac de jeunes ruminants non sevrés. il existe aussi d'autres produits de synthèse ou d'origine végétale. Tous ces produits ne donnent pas des résultats sans reproche, puisque certains sont réputés pour l'homogénéité du produit obtenu et d'autres pour la préservation du goût naturel.Le mieux étant certainement d'éviter leur utilisation, comme le permet le nouveau procédé. Un grand nombre de réactions sont déclenchées ou accélérées par l'action de la lumière. Contrairement à la catalyse, I'activation photochimique agit par apport d'énergie. Par absorption d'un photon, les électrons des molécules, comme ceux des atomes, peuvent subir des transitions entre leur niveau fondamental et un de leurs niveaux excités. L'absorption d'un photon par une molécule peut donc fournir ltenersJie d'activation d'une réaction. A l'occasion d'une collision de cette molécule avec une autre, mème non excitée, l'état de transition peut etre atteint. Par excitation photochimique. les molécules peuvent aussi être scindées en plusieurs fra~ments. Cette action de photolyse, donne naissance a des radicaux libres porteur d'un électron célibataire. Ces radicaux très actifs, jouent le râle d'intermédiaires dans des réactions en chaîne. En médecine, l'utilisation d'aimants à champ permanent a donné naissance à une pratique connue sous le nom de magnétothérapie. Déjà très ancienne, a ses rebuts cette pratique a donne lieu à des spéculations extravagantes. De nos jours, sans même chercher à donner un fondement scientifique à cette thérapie, on pratique toujours la magnétothérapie avec succès. C'est par pur empirisme que l'on a défini les polarités à appliquer et la position à donner aux aimants. Les meilleurs résultats, quelque fois spectaculaires, sont obtenu lors du traitement d'affections inflammatoires douloureuses. La découverte qui est à l'origine de la présente invention, va engendrer des progrès considérables en ce domaine. Le nouveau procédé, qui découle d'une découverte scientifique fondamentale, constitue un nouveau moyen d'intervention dans le domaine de la chimie. Cette technique que l'on appellera magnétochimie pour plus de commodité, consiste à modifier l'équilibre chimique d'une solution, en la soumettant à un champ magnétostatique qui a précédemment traversé une autre solution. L'équilibre chimique de la première solution traversée par le champ, est dupliqué dans la deuxième solution, pour aboutir à un produit final identique, lorsque les deux solutions ont la même composition dans les mêmes proportions. Lorsque les deux solutions n'ont pas la même composition, la duplication d'équilibre chimique peut être partielle et ne concerner que les solutés communs aux deux solutions. Il est également possible de dupliquer dans une solution, un équilibre chimique qui a été obtenu dans une autre solution par catalyse, même enzymatique, et ceci que le catalyseur soit encore ou non présent dans la solution qui a fonction de modèle. Le champ magnétostatique, qui par définition est un champ magnétique indépendant du temps. est produit par des aimants permanents immobiles ou par des circuits immobiles parcourus par des courants électriques constants. A l'extérieur de sa source. le champ magnétique est e rnis par le pôle SliD conventionnel de celle-ci et se dirige . ers jon pôle NORD C'est seulement en respecTant ce sens de propagation réel du champ magnétostatique que le procédé fonctionne Les origines des phénomènes précédemment décrits, se démontrent en ayant recours à deux disciplines scientifiques qui sont la physique du soLce e:: ia chimie physique La plus petite source à l'origine d'un champ magnétique est l'électron. qui possède un moment magnétique de spin qui lui est propre. Au delà de l'électron, le cortège électronique d'un atome possède lui aussi un moment magnétique dit orbital. Les particules, proton et neutron qui constituent le noyau de l'atome, possèdent un moment magnétique dit nucléaire. ce moment magnétique mille fois plus faible que celui de l'électron est négligeable. A l'intérieur d'un matériau ferromagnétique, les moments magnétiques des atomes ne som pas distribues de manière aléatoire, comme c est le cas pour les liquides et les gaz, ils sont alignés pour former de petits domaines élémentaires dits domaines de WEISS, les directions d'aimantation spontanée de ces petits domaines, suivent une direction cristallographique. La multiplication des domaines dans l'échantillon massff, s'accompagne d'une multiplication des parois entre domaines Ces parois que l'on nomme parois de BLOCH, sont donc des zones de transition, séparant des domaines adjacents aimantés dans des directions différentes. Sous l'influence d'un champ extérieur induit, I'aimantation de certains domaines s'aligne suivant ce champ, mais les parois de BLOCH ne disparaissent pas pour autant. Pour parvenir à ce résultat, il faudrait disposer de champs magnétiques cent fois plus puissants que ceux que l'on sait produire. L'expérience de BITTER permet de faire apparaitre le spectre des parois de BLOCH Elle consiste à déposer sur la surface soigneusement polie du matériau ferromagnétique, une suspension colloïdale de fines particules ferromagnétiques, qui s'aimantent et se concentrent dans les zones de champ intense que sont les parois de BLOCH. Visibles au microscope. elles permettent de définir la dimension des domaines, qui se situe entre 10 et 100 microns. Près des pâles à l'extérieur d'un aimant, le champ magnétique n'est donc pas uniforme, mais constitué de lignes de champ, très minces et très concentrées, qui forment un faisceau multitubulaire reflétant l'image de la mosaïque qui leur a donné naissance ou qui va les absorber. La structure complexe des liquides est ie plus souvent hypothétique. Cette complexité est due à ce que l'énergie de cohésion liée aux forces intermoléculaires, est du même ordre de grandeur que l'énergie cinétique liée à l'agitation thermique. L'état liquide doit être considéré comme étant un état désordonné sur une grande distance. Bien que très proches, les molécules d'un liquide possèdent une certaine liberté de mouvement, qui leur permet la mobilité. Elles sont en constante agitation et oscillent les unes par rapport aux autres. Cette agitation est mise en évidence par l'observation du mouvement brownien, auquel est soumise une particule solide en suspension. Le phénomène de la diffision constitue une autre preuve du mouvement. A cette agitation correspond une énergie cinétique fonction croissante de la température. La présence de gaz, de liquides ou de solides, rend encore plus hypothétique la structure des solutions, qui peuvent résulter d'une simple dispersion des molécules des solutés parmi celles du solvant ou d'une véritable réaction chimique. Les interactions entre le solvant et le, ou les solutés. ont des effets importants sur les propriétés des constituants du mélange, au point que certaines réactions ne peuvent avoir lieu que dans certains solvants En plus de leurs mouvements de translation. les molécules sont le siège d'autres phénomènes qui sont par exemple : la variation continuellc de leur forme dans le temps, due aux rotations permises autour des liaisons simples elles ont aussi un mouvement caractéristique et permanent de rotation sur elles-memes, et sont maintenues en vibration permanente par le mouvement d'oscillation des atomes par rapport à leur position d'équilibre. Ces caractéristiques des molécules rendent encore plus complexes leurs propriétés électriques et magnétiques. Les molécules diatomiques symétriques sont normalement non polaires mais dans un tel édifice, en raison des déformations que peut subir le nuage électronique. les barycentres positif et négatif, ne coïncident pas necessairement Les molécules dissymétriques sont elles normalement polaires, et vont donc avoir le comportement dUn dipôle électrique en mouvement dans un champ magnétique extérieur. Les molécules possèdent aussi des caractéristiques magnétiques, que leur confère le moment magnétique de spin des électrons, ainsi que le moment magnétique orbitalaire de ces memes électrons. Lorsqu'unie molécule comporte un nombre pair d'électrons, tous appariés en doublets de spin opposé, son moment magnétique global est nul, elle est diamagnétique et donc repoussée par un champ magnétique extérieur. Par contre, lorsqu'une molécule comporte un nombre impair d'électrons, ou un nombre pair dont un doublet n'est pas apparié, sont moment magnétique n'est pas nul, elle aura un comportement paramagnétique et sera donc attirée par un champ magnétique extérieur. Lorsqu'un champ magnétique doit pénétrer une solution, dont les caractéristiques et le comportement des molécules s'opposent plus ou moins à son passage, ce champ devra se scinder en une multitude de tubes de champ. Au cours de leur parcours, les tubes de champ vont être confrontés à des événements dont la nature et la succession, sont en combinaison, multiples et aléatoires. A la sortie de la solution, les tubes de champ vont ainsi apparaître modulés et donc porteurs d'informations. A ces informations vont s'en ajouter d'autres, apparentes sous forme d'ondulations axiales. Elles sont dues aux mouvements de translations multidirectionnels et importants des molécules.A 20 degrés et en une seconde, une molécule d'eau parcourt en moyenne 40 microns, ce qui est considérable à l'échelle molecuiaire Il se trouvc aussi, que cette distance correspond à la dimension moyenne d'un domaine de WEISS, et donc à l'écartement des parois de BLOCH. S'il était possible de materialiser en trois dimensions. ie sezre cu champ magnétique à l'intérieur de la solution, et à sa sonie de cene-ci. on staperce -raxt que te spectre extérieur pourrait très bien s'inscrire à l'intérieur de la solution. On comprend alors que lorsque ce champ, parfaitement module à l'image de la solution qu'il salent de traverser. traverse à nouveau une solution de meme composition mais dans un état d'organisation moléculaire différent, ait pour effet d'amener la deuxième solution dans le même état d'organisation moléculaire que la première. Par déflnition, un équilibre chimique est l'état macroscopique dans lequel se trouve un mélange de réactifs, dont la composition à une tempérarure et une pression données, n'évolue plus au cours du temps. Pour parvenir à cet état, il faut que les molécules des réactifs entrent en contact sous forme de collisions, mais seulement une infime partie de ces collisions sont efficaces, le plus souvent elles sont seulement assimilables à un choc élastique. Pour qu'une collision soit efficace, il faut réunir deux conditions: que les atomes entre lesquels va se former une liaison au cours de la réaction, soient suffisamment rapprochés pour que leurs nuages électroniques se recouvrent; qu'au moment du choc, les deux molécules soient bien orientées l'une par rapport à l'autre. Parce que la magnétochimie parvient à des résultats semblables à ceux que l'on obtient par catalyse, il est utile de rappeler et de comparer le mécanisme d'action des deux procédés. L'expéreince montre que l'effet catalytique est très directement lié, à l'importance de la surface de contact entre les réactifs et le catalyseur. Pour augmenter cette surface, on a quelques fois recours à des catalyseurs possédant une structure poreuse. La multitude des tubes de champ magnétique, développe une surface active bien plus importante que celle des catalyseurs les plus performants Porteurs d'informations qui leur permettent d'orienter un plus grand nombre de molécules dans la position idéale, ils vont ainsi augmenter le nombre de reactions utiles. Cette caracteristique peut etre aussi compare au phenomene d'adsorption d'un catalyseur solide qui a pour effet de fragiliser ou de rompre certaines liaisons des molécules adsorbées et de diminuer ainsi l'énergie d'activation de la réaction, qui s'en trouve accélérée. Alors que les molécules du réactif doivent se renouveler a la surface du catalyseur, c'est par son déplacement que le champ magnétique parvient au même resuitzt L'aci.ite catalytique d'un solide dépend de sa structure cristalline, qui détermine les distances entre sites cris. Le champ magnétique est beaucoup plus souple dans cette fonction, puisqu'il a éte modulé en fonction d'une distance idéale. lorsqu'il s'agit de catalyse enzymatique, c'est grâce à sa grande souplesse d'adaptation, que le champ magnetique supplante les enzymes qui doivent parfois être associées à d'autres substances comme les coenzymes. La maonetocrimiie permettra donc d'intervenir efficacement dans tous les milieux vivants, quelque soit la masse molaire ou la configuration par exemple chirale des enzymes, et en assurant aussi la même sélectivité.Ceci suppose évidemment que l'on dispose d'un modèle, qui pourrait éventuellement avoir l'avantage d'être réutilisable un grand nombre de fois. Par certains aspects, notamment lorsque les molécules subissent une fragmentation, la magnétochimie peut être comparée à l'activation photochimique. Après la démonstration théorique, quelques expériences ne nécessitant que des moyens très rudimentaires, vont permettre de réaliser la démonstration pratique de la magnétochimie. Les moyens se limitent essentiellement à deux aimants permanents, deux flacons, un étrier en fer doux. La figure ( l ), représente le montage expérimental qui comprend donc : deux flacons de section carrée( (1) et ( 2 ), placés côte à cote et fermés hermétiquement par des bouchons ( 3 ); deux aimants permanents ( 4 ) et ( 5 ), placés dans l'alignement des flacons et positionnés de telle manière que leurs champs s'additionnent; un étrier en fer doux ( 6 ), qui assure la continuité du champ magnétique, et évite que le champ de chaque aimant ne se referme sur lui-même Cette disposition est d'autant plus indispensable que l'entrefer du circuit magnétique est large, elle a aussi l'avantage d'augmenter l'intensité du champ dans I' Pour rester à la portée du plus grand nombre d'expérimentateurs. l'expérience se devait de concerner la réaction chimique d'un produit d'usage courant, dont le changement d'état pouvait être constaté à l'oeil nu. II se trouve que le lait corresponde à ces cnteres, et qu'il présente encore d'autres avantaoes, tels que le fait d'être un produit bioiogisue issu d me secrérion animale; de subir industriellement l'opération de caillage par catalyse enzymatique; e. aussi le fait que cètte transformation soit un processus biologique naturel chez l'hoirume. dû à une enzyme du suc gastrique qui est le labferment. Ces expériences qui pourraient paraître anodines, démontrent cependant que la magnétochimie permet d'obtenir des résultats identiques à ceux de la catalyse enzymatique. qui est l'une des plus complexes, et qui concerne le milieu vivant en assurant les fonctions vitales et la croissance des organismes. Le lait utilisé est un lait entier non traité UHT. La présure disponible en pharmacie a pour principe actif la chymosine. A 30 degrés, I'opération complète doit normalement durer 24 heures. Au cours des expériences, on a pu constater que la qualité du lait et la température influaient fortement sur la durée des opérations. Les durées d'expériences qui vont être données ne sont donc comparables qu'entre elles, elles concement des expériences portant toujours sur les mêmes produits, et dans les mêmes conditions de température; soit 25 degrés. L'intensité du champ magnétique dans l'entrefer, suivant son axe et à mi-distance des aimants est de 85 gauss. Le choix de flacons de section carrée est simplement dû au hasard, mais il est apparu intéressant de reprendre les expériences en utilisant des flacons cylindriques, les résultats se sont avérés très semblables. La structure amorphe du verre ne semble pas perturber les informations portées par le champ magnétique, bien que l'épaisseur totale des deux parois de verre soit de 4 millimètres. S'il s'avérait par la suite que ce soit le cas dans d'autres expériences. il serait alors possible d'utiiiser des sachets en résine synthétique dont l'épaisseur pourrait être 20 fois moindre La première expérience a consisté a presureren une seule iris. suffisamment de lait pour remplir deux flacons. Après parfaite homogénéisation, le lait a éte partagé entre deux flacons. dont l'un a été place dans le champ magnétostatique, alors que l'autre en était tenu éloigné. le caillage du lait placé dans le champ a demandé 20 heures. alors qu'::l a fallu 27 heures à celui tenu éloigné du champ pour parvenir au neume résultat. Celte expérience démontre donc que la présence d'un champ magnéto statique accélère une réaction chimique catalysée. La deuxième expérience a consisté à placer contre le pâle sud de l'aimant, un flacon de lai caillé par presurage, et contre le pôie nord, un flacon de lait non présuré n a faillu 20 heures d'exposition pour parvenir au caillage du lait non présuré. Par rapport à la première, cette deuxième expérience démontre que l'équilibre chimique d'une solution, peut être dupliqué dans une deuxième solution, en un temps plus court que le permettrait normalement la catalyse, 20 heures pour 20 heures dans le champ magnétostatique, alors que par catalyse normale le temps nécessaire est de 27 heures. La troisième expérience a consisté à placer près du pôle sud, un flacon de lait caillé sans présurage, c'est à dire obtenu par induction magnétique, et près du pôle nord, du lait non présuré. Après 20 heures d'exposition, le lait non présuré est parvenu au caillage. Cette expérience démontre qu'il n'est pas indispensable, que le modèle d'équilibre chimique ait été obtenu par catalyse, et que la présence de catalyseur dans le modèle n'est pas nécessaire La quatrième expérience a consisté à placer près du pole sud. un flacon de lactosérum finement filtré, et près du polie nord. un flacon de lait non presure. C'est seulement après 18 heures d'exposition que le lait est parvenu au caillage Cette expérience démontre. qu'en tant que modèle d'équilibre chimique. le lactoserum est plus performant qu'un caillé entier. puisqu'vil a permis de réduire la durée de l'opération Le nouveau procédé permet donc de modifier l'équilibre chimique d'une solution. en prenant pour modèle. une solution ne contenant qu'en partie seulement. les composants de la solution dont on veut modifier l'équilibre chimique. Ces expériences ont permis de constater, que le caillé obtenu par induction magnétique, donc sans présure. était plus agréable de goût et plus onctueux. REVENDICATIONS 1 Procédé pour provoquer des réactions chimiques par appiication d'un champ magnétostatique caractérise en ce qu'il consiste à modifier l'équilibre chimique d'une solution, en la soumettant à un champ magnétostatique qui a précédemment traversé une autre solution. l'équilibre chimique de la première solution traversée par le champ étant dupliqué dans la deuxième solution pour aboutir à un produit final identique lorsque les deux solutions ont la même composition dans les memes propoflions 2 Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que le champ magnétostatique est produit par des aimants permanents immobiles ou par des circuits immobiles parcourus par des courants électriques constants. à l'extérieur de sa source le champ magnétostatique étant émis par le pôle sud conventionnel de celle-ci et se dirige vers son pôle nord, c'est seulement en respectant ce sens de propagation réel du champ magnéto statique que le procédé fonctionne. 3 Procédé suivant les revendications I et 2 caractérisé en ce que le champ magnétostatique accélère la réaction chimique d'une solution normalement catalysee. 4 Procédé suivant les revendications I et 2 caractérisé en ce que l'équilibre chimique d'une solution, qui a été obtenu par induction magnétostatique, peut-être dupliqué dans une autre solution par induction magnétostatique. S Procédé suivant les revendications I et 2 caractérisé en ce qu'il permet d'intervenir sur l'équilibre chimique d'une solution, en prenant pour modèle, une solution ne contenant que partiellement les composants de la solution dont on veut modifier l'équilibre chimique.