Recherche sur la catalyse : au cœur du développement durable
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La catalyse, ce processus qui permet d'accélérer ou de privilégier une réaction chimique, est à la base de la majorité des procédés de chimie industrielle. S'appuyant sur l'utilisation d'un catalyseur, le stimulateur de réaction, la catalyse permet notamment d'augmenter les rendements et de réduire les temps de réaction. En écho à la première édition de la French Conference on CATalysis (FCCAT), un rendez-vous voué à réunir des spécialistes français et internationaux de la catalyse, la revue ChemCatChem a récemment consacré un numéro spécial aux dernières avancées et prospectives de ce domaine si porteur. Eclairage avec Catherine Pinel, directrice de l'Institut de recherches sur la catalyse et l'environnement de Lyon (IRCELYON), et Hélène Olivier-Bourbigou, chef du département de catalyse moléculaire à IFP Energies nouvelles et co-organisatrice de la FCCAT 2016. |
Dans son numéro spécial, la revue ChemCatChem publie un article dont vous êtes co-auteures et dans lequel vous mettez en avant le rôle central de la catalyse(*). Pourquoi ce procédé occupe-t-il une place si particulière ?
Hélène Olivier-Bourbigou : La catalyse est aujourd’hui au cœur des enjeux du développement durable. Parce qu’elle permet de piloter précisément les réactions chimiques, la catalyse peut contribuer à économiser les matières premières utilisées et à réduire les déchets produits par les réactions grâce au développement de catalyseurs de plus en plus sélectifs, mais aussi à limiter les quantités d’énergie et d’eau nécessaires aux réactions. Historiquement basée sur l’exploitation du carbone fossile, la chimie explore désormais le potentiel de ressources alternatives comme, par exemple, la biomasse, les déchets ou le dioxyde de carbone. Véritable challenge, ce contexte changeant impose de développer de nouveaux concepts et de repousser les limites de nos connaissances des procédés catalytiques, des catalyseurs et de leurs sites actifs (endroit spécifique où le catalyseur agit).
Comment la recherche s'organise-t-elle pour faire face à cette profonde mutation ?
Catherine Pinel : Le paysage de la recherche sur la catalyse s’est fortement redessiné ces dix dernières années. Pour répondre rapidement à ces enjeux fondamentaux, des instituts et des réseaux ont été créés et de nombreux programmes de recherche, nationaux ou européens, se sont structurés. Entre autres exemples remarquables : le projet Realcat, une plateforme unique au monde de criblage haut débit de catalyseurs destinés aux bioraffineries industrielles. Par ailleurs, souvent en collaboration avec des partenaires industriels, la recherche s’est organisée selon une approche multi-échelle qui mobilise des travaux des plus fondamentaux aux plus appliqués : de l’étude du fonctionnement des catalyseurs à l’échelle de l’atome au design des procédés industriels.
Quels sont les grands défis qui se présentent aujourd’hui à la communauté scientifique de la catalyse?
C. P : Caractériser les catalyseurs in situ / operando, autrement dit comprendre leur comportement dans les conditions les plus proches de la réalité, ou encore modéliser précisément les paramètres qui influencent leur activité et leur sélectivité font partie de nos défis. Il s’agit aussi désormais de concevoir des systèmes catalytiques répondant aux spécificités du développement durable, comme par exemple des systèmes capables d’utiliser la biomasse comme matière première, ce qui implique la mise au point de catalyseurs adaptés à la grande diversité de composition de cette ressource. Reflets des thématiques phares de la FCCAT 2016, ce sont là quelques-uns des grands défis qui sont développés dans la revue ChemCatChem.
H. O-B : Lever ces multiples verrous nécessite de créer des passerelles entre les différents types de catalyse (hétérogène, homogène, enzymatique…). Certes encore exploratoires, les concepts émergents de catalyses hybrides, à l’interface entre ces différentes approches, devraient permettre de concevoir des systèmes catalytiques inédits de plus en plus éco-efficients.
Rendez-vous est pris en 2019 pour la prochaine édition de la French Conference on CATalysis, l’occasion de faire le point sur ce domaine de recherche en pleine (r)évolution.
(*) The pivotal role of catalysis in France: selected examples of recent advances and future prospects, ChemCatChem, Volume 9, Issue 12, juin 2017