La catalyse à la loupe ! Un défi durable pour les chimistes

L’augmentation des gaz à effet de serre au niveau mondial et ses conséquences sur le climat activent un intérêt particulier sur ces questions. Il n’est alors pas rare que les industries chimiques soient mises en cause par la société, les accusant de consommer beaucoup trop d’une énergie précieuse et de fabriquer de grandes quantités de gaz polluants. Or, cette mauvaise réputation est largement contrastée, ces industries fournissant également les molécules de base qui entrent dans la composition de nombreux produits de consommation courante, piliers de notre économie. Ce paradoxe provient du constat qui veut que la chimie moderne, celle qui a révolutionnée notre confort quotidien, ait été développée depuis le début du XXè siècle à partir d’une matière première abondante – pensait-on à l’époque, et très bon marché : le pétrole. Ainsi, les molécules de base, nécessaires à la fabrication de plastiques ou pétrole et les voies de transformation de ces molécules en produits finis – parfois à très haute valeur ajoutée, ont donc été développées dans ce contexte.

C’est tout l’enjeu pour les chimistes : comment appréhender la fabrication de produits technologiques toujours plus performants tout en prenant en compte les grands enjeux sociétaux que sont les économies d’énergie et la gestion du climat ? Pourrait-on par exemple, réduire la facture énergétique et environnementale en transformant certains gaz polluants en molécules valorisables ? La naissance, d’une chimie dite « verte » dans les années 90 tend à répondre à ces questions. En particulier, l’utilisation des gaz à effet de serre, tels que le que le dioxyde de carbone (CO2) ou le méthane (CH4) dans des procédés de transformation chimique est au coeur de l’innovation. Certains exemples industriels existent déjà mais de nombreux efforts sont encore nécessaires. Par exemple, le méthane peut être utilisé lors du procédé Fischer-Tropsch pour produire le gaz de synthèse utilisé pour fabriquer des hydrocarbures légers, mais la consommation d’énergie est gigantesque !

En effet, la transformation de ces petites molécules (CO2, CH4) est excessivement énergivore. Une solution réside dans le développement de catalyseurs innovants et spécifiques, au coeur de nos travaux au Laboratoire de Chimie Moléculaire de l’Ecole polytechnique. Pour développer de tels catalyseurs il est nécessaire de se pencher sur l’observation des molécules à l’échelle des atomes qui les composent et d’étudier comment les liaisons entre ces atomes peuvent se rompre et se créer. La clé se trouve dans le déplacement des électrons qui constituent ces liaisons. Comprendre le transfert électronique est donc crucial pour concevoir des catalyseurs innovants qui seront capables de transformer efficacement le méthane en méthanol par exemple.

Ainsi, de nombreux chimistes recherchent aujourd’hui à développer des catalyseurs qui permettront une chimie plus durable. Cette recherche à très fort enjeu industriel implique de nombreuses spécialités de la chimie, chimie de synthèse, théorique, ou analytique. Elle implique également que les différents acteurs sachent se fédérer pour répondre au problème avec une efficacité accrue, avec un aller-retour profitable entre chimie industrielle et chimie fondamentale, un vrai défi de développement durable.

Au siècle dernier, les révolutions industrielles successives ont permis le développement rapide et confortable de notre société. Cependant, les modèles actuels de production sont de plus en plus remis en question. En cause, le problème de la consommation d’énergie et de la dégradation du climat, qui incitent nos industries à revoir leur façon de travailler. Une nouvelle révolution se prépare ; celle du développement durable. Or, le nouveau modèle est à construire et les chimistes sont à la source de cette révolution verte car ils doivent s’interroger sur les meilleures méthodes pour fabriquer les produits dont nous aurions bien des difficultés à nous passer, ceci en respectant les contraintes du développement durable.

Par Grégory Nocton,
Chercheur au Laboratoire de Chimie Moléculaire (École polytechnique/CNRS)