La chimie organique est la branche de la chimie qui étudie les composés contenant principalement du carbone. Pendant longtemps, les scientifiques pensaient que ces substances ne pouvaient être produites que par les êtres vivants. Aujourd'hui, on sait qu'elles peuvent aussi être fabriquées en laboratoire ou dans l'industrie, mais elles restent au cœur du fonctionnement de la vie.

Les composés organiques sont donc des molécules constituées principalement d'atomes de carbone et d'hydrogène. Ils peuvent également contenir d'autres éléments comme l'oxygène, l'azote, le soufre ou le phosphore.

Le carbone possède une propriété particulière : il peut former quatre liaisons avec d'autres atomes. Il peut donc s'associer à lui-même pour créer des chaînes longues, des ramifications ou des cycles. Il peut également se lier facilement à d'autres éléments comme l'hydrogène, l'oxygène, l'azote, le soufre ou le phosphore. Cette capacité permet la formation d'un très grand nombre de molécules différentes et des nouvelles sont encore découvertes ou créées chaque année.

Les principales familles de composés organiques

• Les hydrocarbures : composés uniquement de carbone et d'hydrogène, comme le méthane, l'essence ou le pétrole.
• Les alcools : molécules contenant un groupe particulier appelé groupe hydroxyle (-OH), comme l'éthanol présent dans l'alcool.
• Les glucides : molécules comme le glucose ou le saccharose, utilisées notamment comme source d'énergie par les êtres vivants.
• Les lipides : molécules présentes dans les graisses et les huiles, utilisées comme réserves d'énergie et constituants des cellules.
• Les protéines : grandes molécules formées d'acides aminés, indispensables au fonctionnement des organismes vivants.
• Les polymères : longues chaînes de molécules répétées, comme les plastiques ou certaines fibres.

Les composés organiques dans la nature

La matière vivante est principalement constituée de composés organiques. Les plantes fabriquent des molécules organiques grâce à la photosynthèse. Les animaux utilisent ensuite ces molécules pour produire de l'énergie, construire leurs cellules ou assurer leur fonctionnement.

Les composés organiques fabriqués par l'homme

Les chimistes savent aujourd'hui fabriquer de nombreux composés organiques. Ils sont utilisés dans les médicaments, les carburants, les plastiques, les colorants, les parfums ou les cosmétiques.

La chimie organique étudie donc les molécules contenant du carbone et leurs transformations.

Les hydrocarbures sont les composés organiques les plus simples. Ils sont constitués uniquement de deux éléments : le carbone et l'hydrogène.

Malgré cette composition très simple, ils forment une famille immense de molécules. La manière dont les atomes de carbone sont assemblés détermine leurs propriétés et leurs utilisations.

La structure des hydrocarbures

Les atomes de carbone peuvent s'associer pour former des chaînes plus ou moins longues, des chaînes ramifiées ou des structures en anneaux. À ces atomes de carbone sont liés des atomes d'hydrogène.

Selon le type de liaison entre les atomes de carbone, on distingue plusieurs familles d'hydrocarbures :

• Les alcanes possèdent uniquement des liaisons simples entre les atomes de carbone. Le méthane (CH₄), le propane (C₃H₈) et le butane (C₄H₁₀) en sont des exemples.
• Les alcènes possèdent au moins une double liaison entre deux atomes de carbone. L'éthène (C₂H₄) est utilisé notamment pour fabriquer certains plastiques.
• Les alcynes possèdent au moins une triple liaison entre deux atomes de carbone.

Les hydrocarbures fossiles

La plupart des hydrocarbures utilisés aujourd'hui proviennent du pétrole et du gaz naturel. Ils se sont formés pendant des millions d'années à partir de matière organique enfouie dans les sédiments.

Le pétrole n'est pas une seule substance mais un mélange de nombreux hydrocarbures différents. Après séparation et transformation dans les raffineries, il permet d'obtenir de nombreux produits comme l'essence, le gazole, le kérosène ou certains gaz.

La combustion des hydrocarbures

Les hydrocarbures sont principalement utilisés comme sources d'énergie. Lorsqu'ils brûlent avec le dioxygène (O₂) de l'air, ils libèrent de l'énergie sous forme de chaleur.

La combustion complète du méthane s'écrit :

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O + énergie

Cette réaction est utilisée dans les chaudières, les centrales électriques ou certains moteurs.

Les utilisations des hydrocarbures

Les hydrocarbures ne servent pas uniquement de combustibles. Ils sont aussi des matières premières de la pétrochimie.

Ils permettent de fabriquer des plastiques, des fibres synthétiques, des solvants, des peintures, des détergents ou encore certaines molécules utilisées dans les médicaments.

Les conséquences environnementales

La combustion massive des hydrocarbures rejette du dioxyde de carbone (CO₂), un gaz à effet de serre. Leur extraction et leur transport peuvent également provoquer des pollutions, comme les marées noires.

Ces impacts encouragent le développement de nouvelles sources d'énergie et de procédés permettant de réduire l'utilisation des ressources fossiles.