Aspects clés étudiés en chimie.
La composition de la matière.
L'objet premier de la chimie est de répondre à la question fondamentale de savoir de quoi la matière est faite, comment ses constituants sont organisés, et dans quelles proportions ils sont présents. C'est la base nécessaire pour comprendre les réactions chimiques, prédire les propriétés des matériaux, et innover en créant de nouvelles substances pour répondre aux besoins de la société. C'est un fil conducteur qui relie toutes les branches de la chimie et constitue la première étape indispensable à toute investigation scientifique sur la matière. 

Étudier la composition de la matière conduit à plonger au niveau le plus élémentaire pour identifier les briques constitutives : les atomes des différents éléments chimiques (l'oxygène, le carbone, le fer, etc.), qui sont définis par leur nombre de protons. Cela implique également de comprendre comment ces atomes s'assemblent pour former des entités plus complexes comme les molécules, les ions ou les réseaux cristallins, qui sont les véritables unités de base de la plupart des substances que nous rencontrons.

La connaissance de la composition de la matière va bien au-delà de la simple identification des éléments présents. Elle s'intéresse aux proportions relatives de chaque constituant (par exemple, dans l'eau H2O, il y a deux atomes d'hydrogène pour un atome d'oxygène) et à la manière dont ces atomes sont liés et arrangés dans l'espace (structure). Ces informations sont essentielles car la composition et la structure déterminent fondamentalement les propriétés physiques et chimiques d'une substance. Une petite modification dans la composition ou l'arrangement atomique peut entraîner des changements radicaux dans le comportement de la matière, comme le montre la différence entre le graphite mou et le diamant extrêmement dur, tous deux composés uniquement d'atomes de carbone mais arrangés différemment. La chimie s'intéresse aussi aux mélanges, qui sont des associations de substances qui ne sont pas liées chimiquement, comme l'air ou l'eau de mer.

L'étude de la composition de la matière est un pilier central de l'analyse chimique, qui développe et utilise des méthodes sophistiquées pour déterminer précisément quels éléments ou composés sont présents dans un échantillon et en quelle quantité (analyse qualitative et quantitative). Ces techniques vont de la simple pesée à des méthodes instrumentales complexes comme la spectroscopie, la chromatographie ou la spectrométrie de masse. Comprendre la composition de la matière est également essentiel en synthèse chimique, où le chimiste cherche à assembler des atomes et des molécules dans des arrangements spécifiques pour créer de nouvelles substances avec des compositions et des propriétés désirées.

La structure de la matière.
Un autre pilier de la chimie est l'étude et la compréhension de la structure de la matière, car c'est cette structure qui dicte en grande partie les propriétés et le comportement des substances. L'étude de la structure de la matière englobe plusieurs niveaux d'organisation, allant de l'arrangement subatomique jusqu'aux architectures complexes à l'échelle macroscopique. 

Au niveau le plus élémentaire, la chimie s'intéresse à la structure atomique, c'est-à-dire l'organisation des particules subatomiques (protons, neutrons dans le noyau, et électrons dans les couches et orbitales autour du noyau), et plus spécialement à la structure électronique des atomes, qui est ce qui détermine la capacité d'un atome à former des liaisons chimiques et, par conséquent, sa réactivité. L'étude des liaisons chimiques (covalentes, ioniques, métalliques) est essentielle pour comprendre comment les atomes s'assemblent pour former des molécules ou des solides.

À l'échelle moléculaire, la structure de la matière concerne la disposition tridimensionnelle des atomes au sein d'une molécule. Cela inclut la géométrie moléculaire (linéaire, plane, tétraédrique, etc.), la longueur et l'angle des liaisons, et la distribution de la densité électronique. Ces aspects structurels déterminent des propriétés comme la polarité de la molécule, sa capacité à interagir avec d'autres molécules par des forces intermoléculaires (comme les forces de van der Waals ou les liaisons hydrogène), sa capacité à absorber ou émettre de la lumière, et sa réactivité chimique. La stéréochimie, qui étudie l'arrangement spatial des atomes et l'existence d'isomères ayant la même formule brute mais des structures différentes, est également un aspect vital de la structure moléculaire, avec des implications majeures en biochimie et en pharmacologie.

Au-delà des molécules individuelles, la chimie examine les arrangements plus vastes, comme dans les solides cristallins où les atomes, ions ou molécules sont arrangés selon des motifs répétitifs réguliers (structures cristallines), ou dans les matériaux amorphes sans ordre à longue portée. L'étude de ces structures solides permet de comprendre des propriétés macroscopiques telles que les points de fusion, la dureté, la conductivité électrique ou thermique, ou les propriétés mécaniques. De même, la structure des polymères, constitués de longues chaînes répétitives, ou des biomolécules complexes comme les protéines et l'ADN avec leurs repliements spécifiques, est un domaine de recherche intensif en chimie.

L'importance de l'étude de la structure de la matière réside dans le lien direct et fondamental entre structure et propriétés. En connaissant la structure d'une substance, les chimistes peuvent expliquer pourquoi elle a un certain comportement physique ou chimique, prédire ses réactions, et même concevoir et synthétiser de nouvelles substances aux propriétés spécifiques souhaitées pour des applications variées, allant des nouveaux médicaments et matériaux fonctionnels aux catalyseurs et aux dispositifs électroniques. Des techniques analytiques avancées telles que la spectroscopie (RMN, IR, UV-Vis, Spectrométrie de masse) et la diffraction (rayons X, électrons) sont des outils indispensables pour déterminer cette structure intime de la matière. 

Les propriétés de la matière.
Les propriétés de la matière sont les caractéristiques qui définissent une substance et la distinguent des autres. Elles peuvent être physiques, c'est-à-dire observables ou mesurables sans changer la nature chimique de la substance (couleur, odeur, densité, points de fusion et d'ébullition, conductivité électrique, etc.), ou chimiques, décrivant la capacité d'une substance à réagir avec d'autres substances ou à se transformer en de nouvelles substances  (inflammabilité, réactivité avec les acides capacité à s'oxyder, etc.).

L'étude des propriétés de la matière est fondamentale en chimie car elle permet d'identifier les différentes substances. Chaque substance pure possède un ensemble unique de propriétés qui agit comme sa "carte d'identité". Comprendre ces propriétés permet également de prédire le comportement de la matière dans diverses conditions et d'anticiper les résultats des interactions entre différentes substances, c'est-à-dire les réactions chimiques. Les chimistes mesurent et analysent ces propriétés pour comprendre la structure interne de la matière, la nature des liaisons entre les atomes et les molécules, et comment ces structures influencent le comportement macroscopique.

De plus, la maîtrise des propriétés de la matière est essentielle pour la synthèse de nouveaux matériaux. En modifiant la composition ou la structure d'une substance, les chimistes cherchent à créer des matériaux avec des propriétés spécifiques désirées pour des applications technologiques, médicales ou industrielles. L'analyse chimique repose également largement sur la détermination des propriétés pour identifier les composants d'un échantillon inconnu. 

Les transformations de la matière (réactions chimiques).
Le coeur de la chimie réside dans l'étude des transformations que la matière peut subir, plus communément appelées réactions chimiques. Ce champ d'étude s'intéresse spécifiquement aux processus par lesquels une ou plusieurs substances (les réactifs) sont converties en une ou plusieurs substances différentes (les produits) par un réarrangement des atomes et la rupture ou la formation de liaisons chimiques. C'est un domaine si vaste et si essentiel qu'il imprègne toutes les branches de la chimie et constitue la base de nombreux processus naturels et industriels.

Une transformation chimique se distingue d'une transformation physique (comme un changement d'état ou une dissolution) par le fait qu'elle conduit à la formation de nouvelles substances aux propriétés différentes de celles initiales. À l'échelle atomique et moléculaire, cela implique une rupture de certaines liaisons chimiques dans les substances de départ, appelées réactifs, et la formation de nouvelles liaisons pour créer les substances finales, appelées produits. Il s'agit donc d'une réorganisation des atomes constituant la matière.

L'étude des transformations chimiques comprend plusieurs aspects clés. 

• Aspect qualitatif. - Identifier les réactifs et les produits d'une réaction donnée. Cela passe souvent par des observations macroscopiques (changement de couleur, dégagement gazeux, formation d'un précipité, variation de température) et par des méthodes d'analyse chimique pour identifier la nature des substances formées.

• Aspect quantitatif. - Déterminer les proportions dans lesquelles les réactifs se combinent et les produits se forment. C'est le domaine de la stoechiométrie, basée sur la loi de conservation de la masse (rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme) et la loi des proportions définies. L'équation chimique, qui utilise les symboles des éléments et des composés pour représenter la transformation, est l'outil fondamental pour décrire quantitativement une réaction et prévoir les quantités de substances impliquées ou produites.

• Aspect énergétique. - Comprendre les échanges d'énergie associés à une transformation chimique. La thermodynamique chimique permet de prédire si une réaction est susceptible de se produire spontanément sous certaines conditions (température, pression) et de quantifier l'énergie libérée (réaction exothermique) ou absorbée (réaction endothermique). Les concepts d'enthalpie, d'entropie et d'énergie libre sont centraux dans cette analyse. La connaissance de ces échanges énergétiques est nécessaire, par exemple, pour concevoir des systèmes de chauffage, des moteurs ou optimiser des procédés industriels.

• Aspect cinétique. - Etudier la vitesse à laquelle une réaction se déroule et les mécanismes réactionnels, c'est-à-dire l'enchaînement des étapes élémentaires par lesquelles les réactifs se transforment en produits. La cinétique chimique examine comment des facteurs tels que la concentration des réactifs, la température, la pression (pour les gaz), la surface de contact (pour les solides) et la présence de catalyseurs influencent la vitesse de réaction. La notion d'énergie d'activation, l'énergie minimale requise pour déclencher la réaction, est fondamentale en cinétique. Comprendre la vitesse d'une réaction est essentiel pour contrôler les processus chimiques, qu'il s'agisse d'accélérer une production industrielle ou de ralentir la dégradation d'un matériau.

• Aspect de l'équilibre. - De nombreuses réactions chimiques sont réversibles. Elles peuvent évoluer simultanément dans les deux sens (réactifs → produits et produits → réactifs). Dans un système fermé, ces réactions peuvent atteindre un état d'équilibre dynamique où les vitesses des réactions directe et inverse sont égales, entraînant une stabilisation des concentrations des réactifs et des produits. L'étude de l'équilibre chimique et des facteurs (température, pression, concentration) qui peuvent le déplacer selon le principe de Le Chatelier est un pan important de la chimie, avec des applications majeures dans l'optimisation des rendements de production.

L'étude des transformations de la matière est intrinsèquement liée à la méthodologie expérimentale. Les chimistes conçoivent des expériences pour réaliser des réactions (synthèse), pour isoler et purifier les produits, et pour caractériser ces substances et suivre le déroulement de la réaction à l'aide de diverses techniques (chromatographie, spectroscopie, diffraction X, etc.). Parallèlement, la modélisation théorique et les simulations numériques jouent un rôle croissant pour prédire le comportement des systèmes chimiques et élucider les mécanismes réactionnels.

Ce domaine d'étude est vital car les transformations chimiques sont au cœur de presque tous les processus naturels et technologiques. La vie elle-même dépend d'une cascade de réactions chimiques complexes (métabolisme, réplication de l'ADN, photosynthèse). L'industrie chimique produit une immense variété de matériaux (plastiques, fibres, céramiques), de produits pharmaceutiques, d'agrochimiques, de cosmétiques, etc., tous issus de transformations chimiques contrôlées. La production d'énergie (combustion, batteries, piles à combustible), la protection de l'environnement (traitement des eaux, dépollution de l'air et des sols) et le développement de nouvelles technologies (électronique, nanomatériaux) reposent également sur une compréhension approfondie et une maîtrise des réactions chimiques.

Pourquoi la chimie est-elle Importante?
La chimie est fondamentale pour comprendre le monde qui nous entoure car tout ce qui existe, de l'air que nous respirons aux objets les plus complexes, est fait de matière, et la chimie explique comment cette matière se comporte et interagit. C'est une science qui relie la physique (qui étudie l'énergie et la matière et les lois qyui les régissent au niveau le plus fondamental) à la biologie  (qui étudie les processus chimiques au sein des organismes vivants) et est essentielle dans de nombreux autres domaines comme la géologie (qui étudie la composition chimique des roches et minéraux) ou les sciences de l'environnement.

Son importance se manifeste dans presque tous les aspects de notre vie quotidienne. Elle est impliquée dans la respiration, la nourriture que nous mangeons (digestion, cuisson des aliments), les vêtements que nous portons (fibres textiles, teintures), 
la combustion du carburant, les détergents, les cosmétiques.

La chimie est également à la base de nombreuses industries vitales. Elle est indispensable pour produire des médicaments, fabriquer des matériaux comme les plastiques, lles céramiques ou les alliages, développer des sources d'énergie (batteries, carburants), et fabriquer une immense variété de produits que nous utilisons tous les jours. L'industrie pharmaceutique, l'agroalimentaire, la pétrochimie, l'électronique, l'énergie, etc. sont basées sur des processus chimiques.

Dans le domaine de la santé, elle permet de comprendre la façon dont notre corps fonctionne (biochimie) par l'étude des processus biologiques au niveau moléculaire, de concevoir et de synthétiser de nouveaux médicaments et thérapies, et d'améliorer les techniques de diagnostic.

Pour les défis environnementaux, la chimie est indispensable pour analyser la pollution, la qualité de l'eau, le cycle du carbone, comprendre les changements climatiques, développer des méthodes de dépollution de l'eau et de l'air, et créer des technologies plus propres et durables, comme les énergies renouvelables ou le recyclage des matériaux. 

Enfin, elle est un moteur d'innovation, permettant de découvrir et de créer de nouvelles substances et matériaux  (superconducteurs, nanomatériaux) aux propriétés inédites, , de nouvelles sources d'énergie, ouvrant la voie à des avancées technologiques dans des domaines aussi variés que la nanotechnologie, l'électronique ou l'agriculture.

Les principales branches de la chimie.
La chimie se divise en plusieurs branches principales, chacune se concentrant sur des aspects spécifiques du monde chimique. Ces branches, bien que distinctes par leur objet d'étude central, usant de méthodes et d'outils distincts, sont étroitement interconnectées et se nourrissent mutuellement, impliquant de nombreux recouvrements et reflétant la nature unifiée de la science chimique.

Chimie analytique.
La chimie analytique se concentre sur l'étude de la composition de la matière. Son objectif est de déterminer ce qui est présent (analyse qualitative) et en quelle quantité (analyse quantitative) dans un échantillon donné. Cette discipline développe et applique des techniques et des méthodes pour séparer, identifier et mesurer les substances chimiques. Les méthodes analytiques peuvent être classiques (comme la titration ou la gravimétrie) ou instrumentales, utilisant des appareils sophistiqués tels que les spectrophotomètres (UV-Vis, IR, RMN), les chromatographes (HPLC, GC) ou les spectromètres de masse. La chimie analytique est indispensable dans de nombreux domaines : contrôle qualité dans l'industrie, surveillance environnementale, médecine clinique (analyses sanguines, urinaires), science forensique, recherche pharmaceutique et agroalimentaire. Elle fournit les outils pour vérifier la composition et la pureté des substances, comprendre les réactions chimiques et diagnostiquer des problèmes.

Chimie organique.
La chimie organique est l'étude des composés du carbone. La capacité unique du carbone à former des liaisons stables avec lui-même et avec une grande variété d'autres éléments (hydrogène, oxygène, azote, soufre, phosphore, halogènes, etc.) donne naissance à une diversité immense de molécules. Cette branche s'intéresse à la structure, aux propriétés, à la composition, aux réactions et à la synthèse de ces composés. Les concepts clés incluent les groupes fonctionnels, les mécanismes réactionnels (substitutions, additions, éliminations), l'isomérie et la stéréochimie. La chimie organique est au coeur de la vie elle-même, car les molécules biologiques (protéines, glucides, lipides, acides nucléiques) sont des composés organiques. Elle est également fondamentale pour les industries pharmaceutique, pétrochimique, des polymères, des colorants, des arômes et des agrochimiques.

Chimie inorganique.
La chimie inorganique s'intéresse à l'étude des composés qui ne sont pas organiques, c'est-à-dire, à quelques exceptions près (comme les carbonates ou les cyanures), ceux qui ne contiennent pas de liaisons carbone-hydrogène. Elle couvre l'étude de tous les autres éléments du tableau périodique et de leurs composés, incluant les métaux, les non-métaux, les métalloïdes, les minéraux et les composés de coordination. La chimie inorganique étudie les structures cristallines, les liaisons ioniques, les liaisons métalliques, les acides et bases au sens large (Lewis), les réactions d'oxydoréduction impliquant des ions métalliques ou des non-métaux. Cette discipline joue un rôle essentiel dans la science des matériaux (céramiques, semi-conducteurs, catalyseurs inorganiques), la géochimie, la chimie de l'environnement (polluants inorganiques), la bioinorganique (rôle des ions métalliques dans les systèmes biologiques) et l'industrie (production de fertilisants, de pigments, de matériaux de construction).

Biochimie.
La biochimie se focalise sur les molécules et les réactions chimiques qui se produisent dans les organismes vivants. Elle étudie la structure et la fonction des macromolécules biologiques (protéines, glucides, lipides, acides nucléiques), les voies métaboliques (glycolyse, cycle de Krebs, photosynthèse), la bioénergétique (transfert d'énergie), la génétique moléculaire et la régulation de l'expression génique. Elle utilise des techniques analytiques et physico-chimiques pour isoler, purifier et étudier les composants cellulaires et les processus biologiques. La biochimie est fondamentale pour comprendre les maladies, développer des médicaments, améliorer les cultures agricoles, créer des biocarburants et exploiter les processus biologiques en biotechnologie. C'est une discipline qui se situe à l'intersection de la chimie, de la biologie et de la médecine.

Chimie physique.
La chimie physique applique les principes et les méthodes de la physique pour étudier les systèmes chimiques. Elle cherche à comprendre les phénomènes chimiques à un niveau fondamental, en utilisant des concepts issus de la thermodynamique, de la cinétique, de la mécanique quantique, de la mécanique statistique et de l'électrochimie. Cette branche explique pourquoi et comment les réactions chimiques se produisent, les propriétés physiques des matériaux en relation avec leur structure moléculaire, la nature des liaisons chimiques, et l'interaction de la lumière avec la matière (spectroscopie). La chimie physique fournit le cadre théorique pour interpréter les observations expérimentales en chimie et prédire le comportement des systèmes chimiques. Elle est essentielle pour comprendre les mécanismes réactionnels, optimiser les processus industriels, développer de nouveaux matériaux et étudier les états de la matière. 

Chimie théorique et computationnelle.
La chimie théorique et computationnelle utilise les principes fondamentaux de la physique (en particulier la mécanique quantique) et des algorithmes mathématiques implémentés sur des ordinateurs, pour modéliser et simuler des systèmes chimiques. L'objectif est de comprendre, décrire et prédire le comportement de la matière à l'échelle atomique et moléculaire sans nécessairement recourir à l'expérimentation physique initiale. La chimie théorique développe les modèles et les équations, tandis que la chimie computationnelle les met en œuvre à l'aide de logiciels spécialisés et de puissances de calcul considérables. Ce domaine inclut la chimie quantique (pour étudier la structure électronique et les liaisons chimiques), la mécanique moléculaire (pour modéliser de grands systèmes comme les protéines), et les simulations dynamiques (pour observer l'évolution temporelle des systèmes). Les applications sont très variées : calcul des propriétés moléculaires (énergies, géométries, spectres), étude des mécanismes réactionnels, conception de nouveaux médicaments (interaction avec des cibles biologiques), prédiction du comportement de nouveaux matériaux, compréhension des phénomènes en phase condensée. Ce domaine complète l'expérimentation en fournissant des interprétations des résultats observés et en suggérant de nouvelles pistes de recherche, réduisant ainsi le recours au tâtonnement expérimental.

Chimie industrielle.
La chimie industrielle s'intéresse à l'application des principes chimiques pour la production de matériaux et de substances à grande échelle, dans un contexte économique viable et en tenant compte des impératifs de sécurité et d'environnement. Elle englobe la conception, le développement, l'optimisation et le contrôle des processus chimiques qui transforment les matières premières en produits finis utilisés dans tous les aspects de la vie moderne, tels que les polymères (plastiques, fibres), les carburants, les engrais, les produits pharmaceutiques, les métaux, les détergents, les colorants, et une myriade d'autres produits chimiques intermédiaires ou finaux. Ce domaine collabore étroitement avec le génie chimique pour concevoir et exploiter les usines de production, en s'appuyant sur des concepts clés comme la cinétique des réactions, la thermodynamique, la catalyse, les phénomènes de transfert (masse, chaleur, quantité de mouvement), la séparation des produits, et le contrôle des procédés. Une attention croissante est portée à la chimie verte industrielle, visant à minimiser la production de déchets, à utiliser des ressources renouvelables et à développer des procédés plus économes en énergie et moins polluants, faisant de la chimie industrielle un pilier essentiel de l'économie mondiale et un moteur d'innovation technologique et environnementale.

Chimie des matériaux.
La chimie des matériaux est axée sur la synthèse, la caractérisation, la compréhension et l'application de matériaux nouveaux ou améliorés. Le coeur de cette discipline réside dans la relation entre la structure chimique et la composition d'un matériau, et ses propriétés macroscopiques (électriques, optiques, mécaniques, thermiques, magnétiques, catalytiques). Les chimistes des matériaux conçoivent des molécules et des architectures supramoléculaires qui, une fois assemblées, présentent des fonctionnalités spécifiques. Le domaine couvre une vaste gamme de matériaux : polymères, céramiques, métaux, composites, semi-conducteurs, biomatériaux, nanomatériaux, matériaux intelligents, etc. La synthèse de ces matériaux utilise diverses méthodes, allant de la chimie en solution aux réactions à l'état solide et à l'auto-assemblage. La caractérisation fait appel à des techniques sophistiquées (diffraction des rayons X, spectroscopies variées, microscopies électroniques, analyses thermiques) pour élucider la structure à l'échelle atomique, moléculaire et mésoscopique. Les applications de la chimie des matériaux sont omniprésentes, allant de l'électronique (écrans, batteries, panneaux solaires) à la médecine (implants, systèmes de délivrance de médicaments), en passant par l'aérospatiale, l'énergie, l'automobile et les biens de consommation.

Chimie alimentaire.
La chimie alimentaire étudie la composition chimique des aliments et les transformations chimiques et biochimiques qui s'y produisent lors de leur production, leur transformation, leur conservation et leur consommation. Elle analyse les différents constituants des aliments, tels que les glucides, les lipides, les protéines, les vitamines, les minéraux, les additifs, les arômes, et les pigments, et examine leur structure, leurs propriétés et leurs interactions. Ce domaine cherche à comprendre les réactions chimiques complexes responsables de l'altération des aliments (oxydation des lipides, brunissement enzymatique et non enzymatique, dégradation des vitamines) ainsi que celles qui améliorent leur qualité (réaction de Maillard lors de la cuisson, formation d'arômes). La chimie alimentaire joue un rôle important dans le développement de nouveaux produits alimentaires, l'amélioration des procédés de fabrication, le contrôle de la qualité et de la sécurité sanitaire des aliments, la détermination de leur valeur nutritionnelle et l'extension de leur durée de conservation. Elle s'appuie sur des techniques d'analyse sophistiquées pour identifier et quantifier les composants, détecter les contaminants ou les adultérations. C'est une discipline fortement interdisciplinaire, à la croisée de la chimie organique, de la biochimie, de la microbiologie, de la physique, de la toxicologie et de la nutrition.

Chimie pharmaceutique.
La chimie pharmaceutique ou chimie médicinale, est la science qui s'intéresse à la découverte, à la conception, à la synthèse, à l'identification, au développement et à l'analyse des substances utilisées comme médicaments. Elle se concentre sur la relation entre la structure chimique d'une molécule et son activité biologique ou pharmacologique. Les chimistes pharmaceutiques travaillent à identifier ou créer de nouvelles entités chimiques (NCE - New Chemical Entities) susceptibles d'interagir de manière spécifique avec des cibles biologiques (récepteurs, enzymes, acides nucléiques) afin de prévenir, diagnostiquer ou traiter des maladies. Leurs activités incluent la synthèse organique de molécules complexes, l'optimisation de la structure pour améliorer l'efficacité, réduire la toxicité et modifier les propriétés pharmacocinétiques (absorption, distribution, métabolisme, excrétion). Ils collaborent étroitement avec des pharmacologues pour évaluer l'activité biologique et comprendre le mécanisme d'action au niveau moléculaire. La chimie pharmaceutique est également impliquée dans la mise au point de méthodes de fabrication à l'échelle industrielle, le contrôle de la qualité et la formulation des médicaments pour assurer leur stabilité et leur biodisponibilité. C'est un domaine essentiel pour le progrès de la médecine et l'amélioration de la santé publique, qui nécessite des connaissances solides en chimie organique, biochimie, biologie moléculaire et principes de pharmacologie.

Chimie environnementale.
La chimie environnementale étudie la composition chimique de l'environnement naturel (air, eau, sol, systèmes vivants) et les processus chimiques qui s'y déroulent. Elle s'intéresse à la fois aux cycles chimiques naturels (carbone, azote, eau) et à l'impact des activités humaines, notamment la pollution. Le chimiste environnemental cherche à identifier la source, le transport, la transformation, les réactions et le devenir des substances chimiques, qu'elles soient d'origine naturelle ou anthropique, dans l'environnement. Cela inclut l'étude des polluants (métaux lourds, pesticides, plastiques, gaz à effet de serre, polluants organiques persistants), leurs interactions avec les écosystèmes, et leurs effets sur la santé humaine. Cette discipline est intrinsèquement interdisciplinaire, combinant des aspects de chimie analytique (pour mesurer des concentrations souvent très faibles de substances), de chimie physique (pour comprendre les processus de transport et les transformations), de photochimie, de géochimie et de biologie. Son importance est capitale pour comprendre et résoudre les défis environnementaux majeurs tels que le changement climatique, la qualité de l'air et de l'eau, la contamination des sols et la préservation de la biodiversité.

Chimie atmosphérique.
La chimie atmosphérique est l'étude de la composition chimique de l'atmosphère terrestre et des réactions chimiques qui s'y déroulent. Elle cherche à comprendre les processus qui régissent l'abondance des gaz à l'état de traces, des aérosols (particules solides ou liquides en suspension) et des précipitations, ainsi que leur impact sur le climat, la qualité de l'air, et les écosystèmes. Ce domaine analyse la dynamique des polluants atmosphériques, leur transport, leurs transformations chimiques sous l'effet du rayonnement solaire (photochimie) et des réactions avec d'autres espèces chimiques (réactions radicalaires, oxydations), et leur devenir (dépôt sec ou humide). Des phénomènes comme la formation du smog photochimique, la destruction de la couche d'ozone stratosphérique, les pluies acides, ou l'effet de serre sont au coeur des préoccupations de la chimie atmosphérique. Les chimistes atmosphériques utilisent des techniques de mesure in situ ou à distance pour caractériser la composition de l'atmosphère et développent des modèles numériques complexes pour simuler les processus chimiques et les interactions avec la dynamique atmosphérique. C'est un domaine central pour la compréhension et la gestion des grands problèmes environnementaux planétaires liés à la qualité de l'air et au changement climatique, et elle nécessite une forte interaction avec la physique de l'atmosphère (météorologie) et les sciences de l'environnement.

Géochimie.
La chimie géologique, ou géochimie, est l'étude de la composition chimique de la Terre et des processus qui ont régi la distribution des éléments chimiques dans les différentes enveloppes terrestres (lithosphère, hydrosphère, atmosphère, biosphère). Elle s'intéresse à l'abondance des éléments et de leurs isotopes dans les roches, les minéraux, les eaux, les sols et les gaz, et utilise ces données pour comprendre la formation et l'évolution de la Terre, l'origine des roches et des minéraux, les cycles biogéochimiques, la prospection des ressources naturelles (minerais, hydrocarbures, eau) et l'étude des phénomènes environnementaux (pollution des sols et des eaux, interactions entre la géosphère et la biosphère). Les géochimistes analysent la composition chimique à l'aide de techniques sophistiquées comme la spectrométrie de masse, la spectrométrie d'émission ou d'absorption, et appliquent les principes de la thermodynamique et de la cinétique chimique pour modéliser les réactions et les équilibres chimiques se produisant dans les systèmes géologiques sur de longues échelles de temps. La géochimie est une discipline clé pour comprendre le fonctionnement interne et externe de notre planète, son histoire passée et les défis environnementaux actuels, et elle joue aussi un rôle important dans l'exploration spatiale en analysant la composition chimique d'autres corps planétaires.

Chimie nucléaire.
La chimie nucléaire étudie la radioactivité, les processus nucléaires, les propriétés des éléments radioactifs et des isotopes, ainsi que les applications pratiques des substances radioactives. Contrairement à la chimie proprement dite qui s'intéresse aux transformations impliquant les électrons externes des atomes, la chimie nucléaire se penche sur les transformations qui affectent le noyau atomique lui-même (désintégration radioactive, fission, fusion, réactions nucléaires). Elle couvre des sujets tels que la détection et la mesure des rayonnements, la chimie des radioéléments (actinides, transuraniens), la séparation des isotopes, les effets des rayonnements sur la matière et les êtres vivants, et la radioprotection. Les applications de la chimie nucléaire sont diverses et significatives : production d'énergie dans les centrales nucléaires, médecine nucléaire (imagerie diagnostique comme la TEP, radiothérapie), datation (datation au carbone 14), traçage isotopique dans l'industrie et la recherche, stérilisation d'équipements médicaux ou d'aliments, et aspects liés à la sécurité et à la non-prolifération nucléaire (chimie forensique nucléaire, criminalistique nucléaire). C'est un domaine hautement spécialisé qui requiert une compréhension approfondie de la physique nucléaire et des protocoles de sécurité stricts.

Mireille Defranceschi, La chimie au quotidien, Ellipses, 2006.