ALS - Magazine 6 - Septembre 2017

JULIAN LEDIEU Julian Ledieu, Institut Jean Lamour - Nancy Chargé de recherche au CNRS, il effectue une recherche originale sur de nouveaux catalyseurs issus des travaux de l’Institut Jean Lamour sur les alliages métalliques complexes. Les catalyseurs Chemin réactionnel Energie En fonction des phases en présence, la catalyse peut être homogène (par exemple, liquide- liquide), hétérogène (gaz-solide) ou enzymatique (molécules biologiques). Les catalyseurs, dont 90% fonc- tionnent en mode hétérogène 2 (Figure du bas), sont omniprésents dans la fabrication de près de 80% des produits chimiques 1 . Nous les retrouvons par exemple dans la production d’emballages plastiques, de produits pharmaceutiques, ou encore de produits d’entretien. Les catalyseurs ont aussi un impact dans la protection de l’environ- nement avec le traitement des eaux, des émissions gazeuses (industrie, véhicules) et dans le segment énergie (raffineries - production de carburants). Le rôle d’un catalyseur est d’accélérer une réaction chimique en abaissant la barrière énergétique associée à la réaction (Figure du dessus) et d’être sélectif afin d’obtenir uniquement la réaction souhaitée et a fortiori le produit attendu. Ces propriétés réduisent d’une part les coûts énergé- tiques et d’autre part limitent les sous-produits et déchets issus de la réaction chimique tout en augmentant le rendement. Le catalyseur, qui n’intervient pas dans le bilan réactionnel, doit aussi être stable dans le temps et dans les conditions d’utilisation. Les contraintes environnementales, économiques et technologiques conduisent les industriels et les chercheurs à optimiser constamment ces procédés catalytiques et à innover en cherchant de nouveaux catalyseurs. Par exemple, il a été récemment démontré que le remplacement de métaux onéreux comme le palladium par de nouveaux alliages de structures complexes permettrait de réduire le coût du catalyseur 3,4 . Les enjeux actuels et futurs en catalyse se trouvent aussi en chimie durable où le développement de nouveaux procédés cataly- tiques est attendu pour utiliser des matières premières renouvelables, issues de la biomasse 2 . Près de chez nous, les utili- sateurs de catalyseurs sont nombreux (Dow Chemical, DuPont...). A titre d’exemple, nous mentionnerons l’usine de Thann du groupe Cristal 5 qui produit du dioxyde de titane ultrafin, matériau au cœur des technologies catalytiques visant à éliminer les oxydes d’azote présents dans l’atmosphère et le sulfure d’hydrogène issu de l’industrie. L’établissement Butachimie (Solvay-Invista) à Chalampé concentre lui son activité sur la fabrication du nylon et la production d’intermédiaires polyamides 6 à l’aide de procédés catalytiques. Enfin, l’usine Arkema (Carling-Saint-Avold), producteur d’acide acrylique et de ses dérivés 7 , poursuit son optimisation des procédés acryliques et le développement de nou- veaux catalyseurs. 1/ Technologies clés 2010, Chiffres clés et Documentation (Nov. 2006), ©Ministère de l’Économie, des Finances et de l’Industrie, Direction Générale des Entreprises, 12/2006. https://archives.entreprises.gouv.fr/2012/www.industrie.gouv.fr/techno_cles_2010/html/sommaire.html 2/ La feuille de route de SusChem France 2010, Direction générale de la compétitivité de l’industrie et des services. 3/ M. Armbrüster, K. Kovnir, M. Friedrich, D. Teschner, G. Wowsnick, M. Hahne, P. Gille, L. Szentmikl si, M. Feuerbacher, M. Heggen, F. Girgsdies, D. Rosenthal, R. Schlögl, and Yu. Grin, Nat. Mater., vol. 11, p. 690, 2012. 4/ J. Ledieu, É. Gaudry, L. N. Serkovic Loli, S. Alarcón Villaseca, M.-C. de Weerd, M. Hahne, P. Gille, Y. Grin, J.-M. Dubois and V. Fournée. Phys. Rev. Lett., vol. 110, p. 076102, 2013. 5/ http://www.cristal.com/products-and-services/ultrafine-and-specialty-tio2/Pages/default.aspx 6/ http://www.solvay.fr/fr/implantations/chalampe/index.html 7/ http://www.arkema.fr/fr/arkema-en-france/implantations-est/carling/ Ci-dessus : Schématisation de l’abaissement de la barrière énergétique d’une réaction chimique (Ea) grâce aux catalyseurs. Ci-dessous : Illustration du principe de la catalyse hétérogène avec l’hydrogénation de l’acétylène en éthylène. Avec un marché mondial supérieur à 11 milliards d’euros 1 par an et en constante progression, la catalyse représente un secteur clé dans notre société. ALS Mag / 25