Marie Fustier BoutignonEnseignante-chercheuse au Laboratoire hétérochimie fondamentale et appliquée (CNRS/Université de Toulouse)
Avec son projet 4eCaFe, Marie Fustier Boutignon, enseignante-chercheuse au Laboratoire hétérochimie fondamentale et appliquée, est lauréate de l’appel à projet Emergence@INC2026. Par cet appel, CNRS Chimie accompagne des chercheuses et chercheurs - chargés de recherche ou maîtres de conférences - recrutés depuis 5 à 10 ans en finançant un projet novateur et en encourageant la prise de risque.
Votre projet 4eCaFe vise à concevoir un cycle catalytique innovant pour la fonctionnalisation du CO2. Pouvez-vous nous en dire plus ?
Le CO2 est une petite molécule que l’on considère généralement comme un déchet produit par la combustion, mais qui peut aussi être vue comme une « brique » contenant du carbone, et pouvant être réutilisée pour la construction de molécules organiques. C’est d’ailleurs ce qui se passe lors de la photosynthèse, qui permet aux plantes de transformer le CO2 en sucres. Une des difficultés principales de l’utilisation de cette molécule très stable comme brique élémentaire en chimie est d’arriver à séparer un premier atome d’oxygène du carbone. Franchir ce premier stade de transformation permet d’élargir considérablement le nombre d’applications possibles, mais nécessite le développement de catalyseurs polyfonctionnels, c’est-à-dire capables d’agir en même temps et de deux manières différentes sur le carbone d’une part, et sur l’oxygène d’autre part. Après quoi, il faut encore qu’un substrat suffisamment réactif achève la rupture de la liaison C-O pour arriver à un premier stade de fonctionnalisation.
Ce projet vise à explorer l’activité d’un nouveau type de catalyseur polyfonctionnel, dont les sites actifs sont formés d’un carbone hautement activé et d’atomes de fer. Ce type de carbone, qui porte 4 électrons actifs, jouerait le double rôle d’activateur et de substrat réactif. En simplifiant cette séquence, nous espérons la rendre plus efficace, mais également plus polyvalente.
En quoi cette recherche est-elle émergente et à risque ?
Ce projet allie la grande réactivité d’un ligand carboné riche en électrons aux propriétés particulières du fer. La configuration unique de ce ligand amène à questionner un certain nombre de paradigmes, et à renouveler notre regard sur les interactions carbone-fer et leur réactivité, mais aussi sur les interactions carbone-CO2 et fer-CO2. Si ces composés représentent un défi d’un point de vue expérimental, leur étude se révèle riche en découvertes contre-intuitives, comme par exemple l’aptitude de ce carbone activé à former des liaisons multiples mais totalement réversibles avec de nombreux atomes, dont… un autre carbone !
Quelles pourraient-en être les principales retombées ?
Sur le plan scientifique, ce projet montrera qu’il est possible d’inverser les rôles classiquement attribués au métal et au ligand qui le stabilise (ici le carbone). En catalyse, c’est usuellement le métal qui assure la redistribution des électrons entre les atomes, pour rompre et former les liaisons chimiques. Ici, c’est le carbone activé, stabilisé par le fer, qui est aux commandes. Cette nouvelle approche de la catalyse organométallique placerait mon équipe et le LHFA à la pointe de l’innovation en chimie organométallique du fer. A terme, nous disposerions d’un outil supplémentaire pour diversifier la fonctionnalisation et la réutilisation du CO2, en utilisant des catalyseurs à base de fer peu coûteux et peu toxiques.
Rédacteur : AVR