Catalyseurs ： des outils pour dépolluer les fumées d'usines - Science En Questions

0:00 Quel est le point commun entre les cellules de votre corps, le pot d'échappement de

0:03 votre voiture ou encore la fabrication de nombreux médicaments ?

0:06 La réponse tient en un mot, la catalyse, bon c'est vrai c'est un terme un peu mystérieux

0:10 et pourtant c'est un processus à la fois indispensable à la vie et omniprésent dans

0:14 l'industrie.

0:15 Mais comment ça marche, à quoi ça sert et surtout quel rôle la catalyse peut-elle

0:18 jouer pour répondre aux grands défis de notre époque ?

0:20 Entre modélisation numérique et expérience de laboratoire, dans cette émission, on vous

0:25 embarque dans les coulisses de la recherche aux côtés de deux scientifiques de IFP Énergie

0:29 Allez c'est parti, on commence avec notre premier invité.

0:46 Salut à toutes et à tous, ravis de vous retrouver pour une nouvelle plongée au cœur

0:49 de la science.

0:50 Pour nous accompagner et nous éclairer aujourd'hui et tout au long de cette émission, nous avons

0:55 le plaisir de recevoir Céline Chisalet, bonjour Céline.

0:58 Bonjour Jean.

0:59 Bienvenue sur le plateau de science en question.

1:01 Alors vous êtes chercheuse et chef de projet au sein de la direction catalyse, biocatalyse

1:06 et séparation IFP Énergie Nouvelles, c'est très précis comme ça.

1:10 Alors la catalyse c'est un sujet dont on n'a pas l'habitude d'entendre parler,

1:15 mais est-ce que du côté de la recherche et des chercheurs, il y a une communauté scientifique

1:19 bien organisée et active dans ce domaine ?

1:22 Oui tout à fait, à l'échelle française comme à l'échelle mondiale, la communauté

1:26 de catalyse est très active depuis des décennies, tant du point de vue de la recherche fondamentale

1:31 qu'appliquée et en particulier on en prend la mesure lorsqu'on fréquente les conférences

1:38 internationales de catalyse qui réunissent tous les quatre ans la communauté pour partager

1:43 les résultats les plus récents et les objectifs communs pour l'avenir.

1:47 Et justement j'ai participé très activement à l'organisation de l'une d'entre elles

1:51 en 2024 à Lyon, qui a réuni 2300 participants de 58 pays, ça donne une idée de...

1:59 C'est quand même quelque chose d'assez conséquent, et donc à l'occasion de ces congrès, l'objectif

2:04 c'est de donner un peu les grandes lignes directrices en matière de recherche.

2:09 Tout à fait, en s'appuyant sur les résultats innovants que chacun des chercheurs partage

2:14 avec ses pairs, de nouvelles perspectives émergent, des nouvelles collaborations également

2:19 parce qu'on promeut la mise en contact de chercheurs qui ont des intérêts communs

2:24 et des approches complémentaires, collaborations qui peuvent aller au-delà de la conférence

2:29 elle-même et au-delà des frontières nationales.

2:32 Et bien c'est ce qu'on a découvert tout au long de cette émission.

2:34 Bon par contre les mots catalyse et catalyseur ne parlent peut-être pas à tout le monde,

2:39 donc avant d'aller plus loin on a testé les connaissances du public avec un petit quiz

2:43 qu'on a posté sur Instagram en amont, on leur a tout simplement demandé s'ils savaient

2:48 ce qu'était un catalyseur et on avait 4 propositions possibles, un mini-réacteur

2:52 nucléaire, un outil pour concentrer l'énergie, un type de batterie ou une substance qui accélère

2:58 une réaction chimique.

2:59 On a été inspiré.

3:00 Voilà, on peut regarder la réponse, 72%, une substance qui accélère une réaction.

3:06 Alors est-ce que le public a bien répondu ?

3:08 Tout à fait, je suis assez épatée par le niveau de connaissance du public ou d'intuition

3:13 du public.

3:14 Effectivement, par définition, un catalyseur est une substance chimique qui accélère

3:20 une réaction chimique que va subir certains composés qu'on appelle des réactifs, c'est

3:27 un ensemble de molécules dont on part et on souhaite en obtenir d'autres qui sont

3:30 des produits.

3:31 La plupart du temps, les réactions chimiques sont lentes et pour les accélérer, certains

3:38 composés, donc les catalyseurs, ont l'aptitude en interagissant avec les réactifs d'accélérer

3:44 les réactions, mais sans être impliqués dans le bilan de la réaction, c'est-à-dire

3:49 qu'à la fin du processus, ils sont généralement régénérés.

3:52 Donc l'idée est d'accélérer ces réactions, ce qui se décline en termes pratiques par

3:59 l'abaissement de l'énergie requise pour activer ces réactions.

4:04 On a un petit graphique qui illustre ça, on va le regarder, vous allez nous le décrire.

4:08 C'est ce que vous disiez, on a deux courbes, vous pouvez nous les décrire et nous dire

4:12 ce que ça représente ?

4:13 Tout à fait, cette représentation, on représente l'énergie du système chimique que l'on

4:20 considère.

4:21 Le système c'est quoi ? C'est le réactif plus le catalyseur, c'est une soupe de molécule.

4:24 C'est exactement ça.

4:25 Dans le milieu ambiant, dans un réacteur, dans un récipient, vous avez plusieurs composés

4:31 qui peuvent être sous plusieurs formes, des liquides, des gaz, des solides.

4:36 Vous partez de la gauche du diagramme, de ce qu'on appelle les réactifs et à la fin,

4:41 vous arrivez sur les produits qui sont à droite.

4:44 Pour que le système puisse produire les produits à partir des réactifs, en l'absence de

4:51 catalyseur, il va suivre la courbe rouge et donc on grimpe une sorte de col.

4:57 C'est un peu comme quand on doit faire une randonnée en montagne, le système doit passer

5:02 par des cols pour passer d'une vallée, celle des réactifs, à une autre, celle des produits.

5:07 Il y a une différence d'altitude entre le col, qu'on appelle en chimie l'état de transition,

5:12 et puis la vallée initiale des réactifs et évidemment, plus ce col est élevé, plus

5:17 il sera difficile et lent de produire la réaction, de faire la réaction.

5:22 L'intérêt du catalyseur, c'est justement de nous faire basculer sur la courbe verte,

5:28 à savoir de dessiner un nouveau paysage de montagne, de dessiner de nouveaux cols grâce

5:34 à l'intervention de ces atomes constitutifs, de générer des nouvelles vallées aussi,

5:39 on envoie une au centre qui est d'altitude un petit peu plus élevée que celle des réactifs

5:44 et des produits, c'est ce qu'on appelle des intermédiaires réactionnels, et ainsi de

5:50 donner la possibilité au système de passer par des cols de plus basse altitude, donc

5:55 de plus basse énergie, dans le langage qui nous intéresse ici, et donc naturellement

5:59 tout randonneur saura que la randonnée verte est plus facile, elle sera faite plus rapidement

6:05 que la randonnée rouge, et c'est exactement ce qui se passe dans un processus catalytique.

6:10 Alors sans même qu'on le sache, la catalyse est présente un peu partout autour de nous,

6:16 dans quels domaines elle est utilisée, pour quelles applications s'en sert ?

6:19 Alors elles sont extrêmement nombreuses, d'abord la catalyse avant d'être utile, c'est vitale,

6:26 il faut savoir que l'ensemble des organismes vivants, et nous-mêmes pour commencer, fonctionnons

6:34 grâce à des catalyseurs, la vie est permise grâce aux catalyseurs, ce sont des catalyseurs

6:39 un peu particuliers, qu'on appelle des enzymes, et qui font fonctionner notre organisme, le

6:44 terme d'enzyme peut-être n'est pas étranger au public dans l'aspect digestion, par exemple

6:51 la fonction de digestion de notre estomac est assurée par des catalyseurs, également

6:55 tous nos organes fonctionnent grâce à des catalyseurs, donc sans catalyseur on ne pourrait

7:00 tout simplement pas vivre, et puis la catalyse c'est aussi utile, l'homme développe des

7:06 catalyseurs par des recherches assez avancées, pour préparer quasiment tous les produits

7:12 chimiques de notre quotidien, à peu près 90% des composés chimiques qui sont essentiels

7:18 à notre quotidien, l'ont été grâce à un ou plusieurs catalyseurs, par exemple des

7:24 carburants, de nombreux produits chimiques tels que médicaments, cosmétiques, matériaux,

7:33 par exemple les plastiques, ainsi qu'aussi des systèmes de dépollution automobile, le

7:39 terme de catalyseur est peut-être d'ailleurs plutôt connu dans ce contexte-là, de pots

7:43 catalytiques, tout à fait, dont l'objectif c'est quoi exactement ? Alors là l'objectif

7:47 des catalyseurs dans ces systèmes de dépollution automobile est de rendre les gaz d'échappement

7:54 moins toxiques que ce qu'ils ne sont en sortie de la chambre de combustion du moteur.

7:59 Donc très utile dans notre quotidien sans qu'on le sache forcément.

8:02 Tout à fait.

8:03 Alors il en existe trois grands types, vous avez commencé un peu à l'évoquer, est-ce

8:07 que vous pouvez nous présenter ces trois grands types de catalyseurs qui permettent

8:10 de faire la catalyse ?

8:11 Oui, tout à fait.

8:12 Donc le premier que j'ai évoqué, celui qui est essentiel à la vie, c'est un catalyseur

8:15 qu'on appelle une enzyme, et ça c'est un catalyseur qui évolue dans des conditions

8:19 compatibles avec la vie.

8:21 Ce sont des molécules d'assez grande taille et qui sont produites par des organismes tels

8:28 que des bactéries, des champignons ou des levures, et qui sont utiles à la vie mais

8:33 aussi à des procédés utiles pour les applications de tous les jours.

8:37 Et il y a d'autres types de catalyseurs qui peuvent aussi évoluer dans des conditions

8:41 qui ne sont pas forcément compatibles avec la vie, donc qui élargissent le champ des

8:45 applications possibles.

8:46 Vous nous avez rappelé des petits objets.

8:48 Voilà, j'ai amené à la fois des échantillons et des modèles, donc là vous avez les échantillons

8:52 réels, tels qu'on les manipule, et puis ici quelques modèles moléculaires.

8:56 Donc la deuxième famille de catalyseurs que l'on peut illustrer sont des catalyseurs

9:02 homogènes.

9:03 Alors ça ressemble à ce genre de composés tels que ceux qui sont présentés ici dans

9:09 des solutions.

9:10 Un catalyseur homogène, c'est un catalyseur qui est dans la même phase physico-chimique

9:15 que les réactifs qu'il va devoir transformer, et la plupart du temps, c'est dans une phase

9:20 liquide.

9:21 Donc on a affaire à des solutions qui peuvent avoir des couleurs variées.

9:27 Certaines peuvent être brunes, rouges, vertes, alors souvent, quand elles contiennent en

9:32 particulier des entités qu'on appelle des complexes de métaux de transition, ce sont

9:40 des molécules, mais j'en ai amené une pour vous montrer.

9:43 Alors ici, il s'agit d'un modèle moléculaire, donc c'est un zoom très très très grossi

9:47 de ce qui peut être contenu dans des solutions de catalyseurs homogènes.

9:50 Donc des choses qu'on ne voit pas du tout à l'oeil nu.

9:52 Exactement.

9:53 Là typiquement, l'objet que je vous montre représente un assemblage d'atomes, donc

9:58 chacune des billes que vous voyez représente un atome, et l'ensemble du catalyseur a une

10:03 taille typique d'environ un nanomètre, c'est-à-dire un milliardième de mètre.

10:08 Donc ça c'est la structure globale, est-ce qu'il y a, vous parliez du catalyseur homogène,

10:14 est-ce qu'il y en a d'autres types ?

10:15 Oui, tout à fait.

10:16 Il y a aussi les catalyseurs dits hétérogènes, qui par opposition au catalyseur homogène

10:21 impliquent un catalyseur qui se trouve dans une phase physico-chimique différente des

10:26 réactifs qu'il va devoir transformer, et le cas le plus fréquent, c'est celui où

10:30 on a un catalyseur solide qui agit par sa surface en interagissant avec des réactifs

10:37 liquides ou gazeux.

10:38 J'ai aussi quelques exemples à présenter, alors à l'échelle macroscopique ça peut

10:44 prendre plusieurs formes, par exemple un échantillon dit pulvérulant, c'est une poudre, vous

10:51 voyez ici, il s'agit d'une poudre d'un hydroxyde d'aluminium qu'on appelle la

10:56 beumite qui est un précurseur de catalyseur très employé, et après on peut mettre en

11:01 forme ce genre de poudre pour que ce soit plus pratique à employer, un peu comme quand

11:05 on fabrique des pâtes à partir de farine et d'autres ingrédients, donc par exemple

11:10 ici vous avez ce même solide mis en forme sous forme de monolithe, donc vous pouvez

11:16 voir ici des petits objets percés de trous pour permettre justement au réactif de bien

11:22 interagir avec la surface du solide, là ce sont des trous qu'on voit, on appelle ça

11:27 des macropores, les pores ça veut dire les trous, mais qui sont vraiment macroscopiques,

11:33 mais en fait il en existe de bien plus petits aussi dedans, si on fait un zoom sur ces solides

11:38 là, on peut voir des trous qui ont quelques nanomètres de diamètre et c'est ce qu'on

11:44 voit particulièrement sur ce modèle à l'échelle atomique d'un catalyseur hétérogène particulier

11:51 qui est le cas d'une zéolite, où là on voit, je vous vois à travers, les trous qui traversent

11:58 ce genre de structure, pour laisser passer les réactifs et servir de réacteurs à l'échelle

12:05 nanométrique. Donc si je résume, trois types de catalyseurs, enzymatiques, hétérogènes, homogènes,

12:12 aujourd'hui pourquoi il est si important de les étudier ces catalyseurs ? Alors d'abord on a

12:18 besoin de ces catalyseurs pour un grand ensemble d'applications, on en a déjà cité certaines,

12:22 mais c'est tout particulièrement valide aujourd'hui dans le contexte de la transition

12:29 énergétique à laquelle nous aspirons. La catalyse va être un outil de choix et d'ores et déjà un

12:37 outil de choix pour nous permettre d'opérer cette transition énergétique en convertissant des

12:42 ressources autres que le pétrole, donc des ressources non conventionnelles, en composés

12:50 dont on a besoin, donc toujours des carburants, par exemple des biocarburants ou des carburants

12:56 solaires ou des molécules telles que celles qu'on produit à partir de pétrole, mais en partant

13:01 d'autres ressources. Donc on en a absolument besoin et ces objets sont complexes, ils sont également

13:07 très divers, il en existe un très grand nombre de types et comme ils sont compliqués à comprendre

13:14 et à optimiser, on a vraiment besoin de beaucoup de travaux de recherche fondamentales pour comprendre

13:20 leur fonctionnement et proposer de nouveaux catalyseurs efficaces. Pendant longtemps on a

13:25 utilisé ces catalyseurs sans vraiment savoir comment ils fonctionnaient, mais aujourd'hui

13:30 les choses évoluent, on cherche à aller plus loin et à les étudier comme on disait, on en parle tout

13:34 de suite dans le Science en Action. Alors Céline, vous commencez à évoquer les grands enjeux sociétaux

13:43 autour de la recherche des catalyseurs, plus spécifiquement d'un point de vue vraiment très

13:49 scientifique, quels sont les enjeux scientifiques ? Qu'est-ce qu'on cherche à connaître, à mieux

13:54 connaître sur ces catalyseurs ? Alors on cherche d'abord à connaître l'identité des sites actifs,

14:00 ici sur le catalyseur homogène que je vous présentais, tout se passe autour du métal et

14:07 néanmoins le comportement du métal est très impacté par les espèces qui l'entourent. Ensuite les

14:14 réactifs qui vont interagir avec ces centres métalliques, ici par exemple j'ai une petite

14:19 molécule d'éthylène, vont avoir des interactions spécifiques qui ne sont pas connues a priori. On

14:24 a besoin de comprendre le fonctionnement de ces catalyseurs pour ensuite optimiser leur

14:30 fonctionnement, voire choisir un autre catalyseur qui aurait des chances de mieux fonctionner.

14:35 Je m'engage dans une analogie, je ne suis pas sûr que ça fonctionne, vous allez me dire,

14:38 mais c'est comme anticiper ce qui pourrait se passer lors d'une première rencontre entre

14:43 deux individus, est-ce que ça va matcher ou pas ? Tout à fait et en particulier par exemple pour

14:48 illustrer la catalyse, on a besoin d'accélérer les réactions, donc on va être intéressé par

14:53 avoir une vitesse maximale de rencontre, par exemple ici entre cette molécule et celle-ci,

15:01 qui est une molécule de dihydrogène, pour pouvoir produire cette molécule qui est dite

15:08 hydrogénée. Mais on a aussi besoin d'optimiser la sélectivité de la réaction. Alors la sélectivité,

15:16 ça désigne le fait qu'un ensemble de réactifs peut donner lieu aux produits que nous souhaitons,

15:23 mais aussi à une myriade d'autres produits que nous ne désirons pas. On n'obtient pas

15:28 systématiquement le même résultat à la fin ? Exactement et en particulier lorsqu'on fait la

15:33 réaction sans catalyseur, elle est souvent d'une part lente, mais en plus peu sélective,

15:38 c'est-à-dire qu'on obtient une myriade de produits très divers. Le catalyseur va généralement

15:45 orienter la formation d'un des produits parmi l'ensemble des produits possibles. On dit alors

15:51 qu'il est très sélectif. Là, si on reprend l'analogie montagnard de tout à l'heure,

15:56 ça signifie qu'on part d'une même vallée des réactifs. Je crois qu'on a une image qui est

16:01 illustrée. Voilà, tout à fait. On part d'une même vallée des réactifs, mais on peut imaginer accéder

16:07 à plusieurs vallées. Sur le schéma, il y en a trois. Celle des produits 1, celle des produits 2,

16:13 celle des produits 3. Ça correspond en termes chimiques à des structures moléculaires

16:17 différentes. Par exemple, on pourrait imaginer, à partir de cette molécule, aboutir à celle-ci.

16:24 Alors, si on imagine que les petites boules grises et les petites boules vertes que j'ai

16:29 mises ici en couleur pour illustrer autre chose, mais sont les mêmes que les boules blanches ici,

16:33 au lieu d'obtenir cette molécule. Alors, tout dépend de laquelle on souhaite, mais un catalyseur,

16:39 selon le choix que vous allez faire de l'identité du catalyseur, va vous orienter soit vers le produit

16:46 1, soit vers le 2, soit vers le 3. Et ainsi, vous pouvez choisir la sélectivité de votre procédé.

16:52 Donc, on a tout intérêt à bien connaître notre catalyseur et à le produire de la manière la

16:56 plus précise possible, on va dire. Exactement. Alors, on se doute, vous nous l'avez expliqué,

17:01 que vous travaillez à très petite échelle. Ça doit être très compliqué de le faire en

17:06 laboratoire, j'imagine. Donc, pour ça, vous travaillez plutôt sur des modèles numériques.

17:11 Est-ce que vous pouvez nous expliquer ce que c'est ? Oui, tout à fait. Alors, la thématique de

17:15 catalyse, le thème de recherche lié à la catalyse est très varié. Ma spécialisation plus personnelle,

17:21 c'est celle de la modélisation à l'échelle atomique des catalyseurs et de leur fonctionnement.

17:26 Alors, l'idée dans ce genre de travaux, dont un des résultats est présenté à l'écran.

17:32 Donc, ça, c'est un modèle, c'est un catalyseur, ce qu'on voit. Voilà, c'est un modèle de

17:36 catalyseur. Voilà, modélisé sur ordinateur. Exactement. Donc, on imagine, de par des

17:42 connaissances antérieures qu'on a, la structure, l'agencement atomique qui pourrait constituer le

17:48 catalyseur. Ce que je présentais tout à l'heure, c'est effectivement aussi le produit d'un ensemble

17:53 d'investigations, mais on peut le faire aussi par le calcul. Et ensuite, on résout une équation qui

18:00 caractérise le comportement de ces atomes. Comme on est à l'échelle atomique, les lois qui sont

18:07 valides à l'échelle macroscopique, les lois de la mécanique, typiquement, ne sont plus vraiment les

18:12 mêmes. La gravité, par exemple, c'est quelque chose qui ne s'applique plus à cette toute petite

18:17 échelle. C'est ça, on est sur des objets vraiment extrêmement légers pour lesquels la gravité n'a

18:21 que peu d'effet. Et donc, les calculs dont vous parlez, ils permettent de reproduire un peu ces

18:26 lois physiques, c'est ça ? Exactement. Alors, en pratique, on résout l'équation de Schrödinger,

18:30 qui était un chercheur autrichien qui a été récompensé du prix Nobel pour ces théories-là,

18:35 sur l'ensemble d'atomes qu'on imagine, ce qui nous permet d'une part de quantifier l'énergie du

18:42 catalyseur qu'on est en train de considérer et de voir aussi si sa géométrie a été imaginée

18:48 correctement ou bien si les atomes doivent être repositionnés pour donner lieu au système le plus

18:53 stable possible. Vous ne partez pas de zéro pour produire ces modèles. Qu'est-ce que vous

18:58 utilisez ? Les fameuses lois qui sont définies, mais est-ce que vous avez d'autres informations à

19:03 votre disposition pour construire ce modèle ? Tout à fait. Déjà, on va se baser sur l'ensemble

19:07 des connaissances expérimentales qui ont déjà été documentées par des collègues, par l'analyse

19:13 reportée dans la littérature. Ce sont des données qui peuvent provenir d'un grand nombre

19:19 d'expérimentations, notamment de spectroscopie. Les spectroscopies, ce sont des techniques

19:24 d'analyse qui consistent à étudier les entités chimiques, dont les catalyseurs, avec de la lumière

19:32 à différentes énergies. Ça nous renseigne énormément sur la composition du catalyseur

19:39 et déjà certains agencements d'atomes les uns par rapport aux autres. Si je comprends bien,

19:43 on regarde comment se comporte le catalyseur en conditions réelles et on se dit si il se

19:48 comporte ou s'il réagit comme ça, c'est probablement qu'il y a tel atome, tel atome,

19:51 agencé comme ci ou comme ça. Tout à fait. On peut même avoir certaines techniques de

19:57 microscopie qui font des images presque à l'échelle atomique, avec une résolution atomique. C'est de

20:05 plus en plus développé avec des techniques de pointe. Vous avez directement la photo de l'agencement

20:11 des atomes. Exactement, même s'il s'agit d'une photo souvent bidimensionnelle. Certaines techniques

20:17 parviennent aussi à nous donner des idées tridimensionnelles. Néanmoins, même avec toutes

20:21 ces techniques de pointe, il demeure souvent assez difficile de proposer un modèle non

20:28 ambigu ou suffisant pour appréhender toutes les propriétés à l'échelle atomique. C'est en cela

20:33 que les calculs théoriques, menés main dans la main avec ces approches expérimentales,

20:38 apportent des informations considérables. Mais l'idée, c'est de reproduire le plus

20:43 fidèlement possible le catalyseur sur ordinateur pour après, j'imagine, faire tout un tas de tests.

20:50 On va l'évoquer. Est-ce que vous travaillez sur un catalyseur en particulier ? Je crois que celui-là,

20:54 vous l'aimez bien. Oui, je l'aime bien parce que j'ai élaboré ce modèle personnellement. Je

21:03 travaille surtout dans le domaine de la définition des catalyseurs hétérogènes, qui appartiennent par

21:08 exemple à la famille de ceux-ci. Ceux qui sont montrés à l'écran, c'est un modèle de

21:15 silice allumine amorphe. C'est un catalyseur très compliqué. On s'en sert pour quoi, par exemple ?

21:21 On s'en sert, par exemple, pour promouvoir des réactions de déshydratation d'alcool en

21:26 molécules carbonées, utiles pour faire des carburants ou des polymères par la suite. Ou

21:33 également pour couper de grosses molécules en molécules plus petites, lorsqu'on veut

21:37 ajuster la taille de ces dernières, pour des applications diverses aussi en chimie ou dans

21:43 le domaine des carburants. Dans le nom de silice allumine amorphe, ça vous indique qu'on a un peu

21:50 de silicium, un peu d'aluminium, mais que le tout est amorphe, donc sans forme. Donc, il est très

21:57 compliqué expérimentalement de définir la structure à l'échelle atomique de ces entités. Un certain

22:05 mystère tourne autour du fonctionnement de ces entités-là. C'est en cela que le calcul à

22:11 l'échelle atomique peut apporter des éclairages, même si il est complexe d'établir un modèle de

22:16 ces systèmes-là, puisqu'ils n'ont pas de forme. A l'inverse, celui-ci, la zéolite, a quasiment la

22:25 même composition que celui qui est illustré là, mais il a une forme, il a un agencement mieux

22:32 défini. Alors, comment vous l'utilisez ce modèle ensuite ? On a commencé à l'évoquer pour le

22:36 construire, mais comment vous l'utilisez et qu'est-ce que vous étudiez ? Une fois qu'on a un

22:42 modèle dans lequel on a confiance, de par la comparaison avec l'expérience, on va essayer de

22:48 calculer comment il interagit avec les réactifs. Par exemple, avec cette molécule, quelles vont

22:56 être les interactions des atomes du catalyseur avec les atomes de la molécule ? Et puis, on va

23:01 essayer de décrire le petit paysage de montagne que j'évoquais tout à l'heure, donc de trouver

23:06 l'état de transition qui relie le réactif au produit, de le définir tant en termes d'énergie

23:14 que de structures d'agencement atomique. C'est-à-dire quoi ? Que vous allez chercher quelle partie du

23:20 catalyseur interagit avec le réactif ? Tout à fait, et puis ensuite, comment ce réactif, en

23:26 interaction avec le catalyseur, ensemble, change de structure pour fournir d'abord l'état de

23:32 transition, le col, puis pour fournir le produit de réaction, la deuxième vallée. On arrive à

23:38 calculer tout ça. Donc vous regardez tout au long de la réaction ce qui se passe ?

23:42 Tout à fait, et ça nous permet également de quantifier l'énergie, donc l'énergie dite

23:47 d'activation entre l'état de transition et le réactif, que l'on peut alors comparer aux expériences

23:52 de nouveau. Et donc ça, ça vous donne une idée de la performance du catalyseur ? Tout à fait,

23:57 on recherche généralement des énergies d'activation les plus faibles possibles pour

24:03 avoir une randonnée la plus facile possible, la plus rapide. Et j'imagine que donc tout ça,

24:09 ça vous amène à améliorer la sélectivité aussi dont vous parliez tout à l'heure ? Tout à fait.

24:14 Si on connaît mieux la façon dont évolue la forme, la structure, et puis comment ça interagit avec

24:20 l'air réactif, on arrive à mieux se dire qu'on aura tel produit à la fin. Tout à fait, on peut

24:25 quantifier la sélectivité à partir de ces calculs. Pour cela, il faut calculer l'ensemble des chemins

24:30 de randonnée possibles que l'on imagine et comparer les barrières respectives de ces chemins,

24:37 celle qui est la plus faible, nous indiquant quelle est la plus probable. Encore faut-il

24:44 réussir à passer du modèle que vous avez construit sur ordinateur à quelque chose de

24:50 physique, dans un bécher ou dans un contenant, en laboratoire. Comment on passe de l'un à l'autre ?

24:58 Vous n'avez pas une imprimante à catalyseur ? Non, tout à fait. On va suggérer ainsi à nos

25:04 collègues quels sont les sites actifs à promouvoir pour avoir la réaction la plus

25:09 rapide possible. Le site actif, c'est sur un catalyseur, ce sont les atomes et ensemble

25:16 d'atomes qui jouent vraiment un rôle par rapport au réactif. Donc là, par exemple, sur cette

25:19 entité, c'est vraiment l'atome de rhodium qui est ici représenté en gris. Ils ne sont pas tous impliqués

25:25 forcément dans la réaction ? Exactement, pas tous directement. Les atomes les plus éloignés du rhodium

25:30 ont un rôle indirect mais moins direct par rapport au réactif. Donc connaissant leur fonctionnement,

25:36 on peut faire ainsi la proposition de structures à viser pour nos collègues expérimentateurs et

25:44 ensuite le travail va devoir reprendre au laboratoire pour essayer de préparer les

25:50 catalyseurs correspondants, ce qui n'est pas toujours une tâche aisée, et de caractériser

25:58 les systèmes expérimentaux obtenus pour voir s'ils correspondent aux prédictions théoriques.

26:03 Ce qui est assez confortable dans le calcul théorique, c'est aussi qu'on peut calculer le

26:07 comportement d'un catalyseur dont on ne sait pas s'il existe encore ou pas. Il suffit d'imaginer

26:13 une composition nouvelle, de calculer son comportement et si elle est prometteuse, c'est-à-dire si elle

26:19 produit des randonnées de basse altitude, d'essayer de motiver nos collègues expérimentateurs à tenter

26:26 de les préparer. Donc on peut aussi orienter le design théorique de catalyseurs.

26:32 On va découvrir un peu plus tard ce qu'il va se passer dans le laboratoire, mais comment vous voyez

26:36 évoluer dans les années à venir la recherche sur la catalyse ? La recherche sur la

26:41 catalyse est en plein mouvement, très dynamique, comme je le disais tout à l'heure, c'est un acteur

26:45 clé de la transition énergétique. Et effectivement, c'est dans ce sens que la catalyse évolue très

26:51 largement. Alors selon un ensemble d'objectifs que la conférence de 2024 nous a permis de bien cibler,

26:57 la première c'est déjà d'essayer d'optimiser les procédés catalytiques existants, de manière à

27:04 faire en sorte d'avoir cette énergie d'activation qui baisse justement pour qu'on ait moins besoin

27:10 de chauffer le système pour que la réaction soit aussi rapide, si ce n'est plus rapide. Donc ça c'est

27:17 dans un contexte d'économie d'énergie. Et puis bien sûr, les grandes voies de recherche qui sont

27:22 ouvertes sont celles des ressources alternatives au pétrole, notamment celles de la transformation

27:29 de biomasse et des déchets de biomasse en biocarburant et en bioproduits. La transformation

27:36 aussi du dioxyde de carbone, dont il sera question un petit peu plus tard, gaz à effet de serre, en

27:43 produits valorisables, la catalyse a un rôle essentiel à jouer. Également pour la production

27:47 d'hydrogène comme carburant alternatif dans des véhicules dédiés. Et on voit également un très

27:54 grand champ de recherche s'ouvrir sur le fait d'utiliser des moyens autres que la température

28:01 pour activer nos catalyseurs, c'est-à-dire autre que juste chauffer le système, mais d'utiliser des

28:08 sources telles que la lumière, l'électricité ou les micro-ondes pour activer le fonctionnement

28:13 de nos catalyseurs. Donc des méthodes d'activation non conventionnelles, ça donne lieu à énormément

28:18 de travaux de recherche qui doivent se poursuivre à l'avenir, tant sur le plan très fondamental,

28:22 la compréhension, que sur le plan très appliqué, comment industrialiser des systèmes catalytiques

28:28 performants avec tout le continuum qui est entre cette recherche très fondamentale jusqu'à

28:33 l'appliqué. On en verra justement un exemple dans la suite de l'émission. Merci Céline pour ces

28:38 explications. Merci à vous. Alors on va passer maintenant au vrai ou faux, je vous propose de

28:44 découvrir ça tout de suite. Alors le principe est simple, on va afficher trois affirmations et puis

28:54 on va vous demander Céline de nous dire si c'est vrai ou si c'est faux. Alors à la maison on va

28:58 vous laisser cinq secondes pour jouer, ça va être très rapide donc tenez-vous prêts. On commence

29:03 avec la première affirmation, donc elle s'affiche, un catalyseur avec des défauts est moins performant

29:09 qu'un catalyseur parfait. Bon c'est vrai que, bah non je ne sais pas en fait, je vous laisse nous

29:15 dire si c'est vrai ou faux. Alors en fait c'est faux, une fois n'est pas coutume, la perfection n'est

29:22 pas toujours un atout et au contraire un catalyseur a intérêt à présenter des défauts par rapport à

29:29 une structure qui serait vraiment idéale au sens chimique du terme, puisque le défaut est

29:34 généralement un concentré d'énergie et rend le site en question beaucoup plus réactif, donc plus

29:41 enclin à interagir avec les réactifs pour arriver à catalyser rapidement la réaction. Qu'est-ce

29:49 qu'on appelle un défaut sur un catalyseur ? Alors un défaut ça peut être par exemple le fait que

29:55 ici vous partez d'une entité où l'atome ici est entouré d'un nombre de voisins qui lui convient

30:02 bien pour le stabiliser, mais là il est trop stable alors ça n'est pas très facile pour lui

30:08 de réagir. La première chose qui va se passer pour vraiment générer le catalyseur, là en fait on a

30:12 juste une molécule qui est le précurseur d'un catalyseur, eh bien on va faire en sorte qu'un

30:18 de ces groupes puisse quitter la sphère de coordination du métal et ça, ça constitue un

30:24 défaut sur lequel les molécules de réactif vont se ruer pour stabiliser à la fois la molécule et

30:32 le site catalytique. C'est vrai aussi pour le catalyseur hétérogène qui présente par exemple

30:38 des défauts ici en bordure de cristal, donc ce sont généralement des voisins qui manquent à des

30:46 atomes qui le rendent enclin à avoir un nouveau voisin, celle de la molécule de réactif.

30:52 Donc c'est mieux parfois d'avoir des imperfections. Tout à fait. Passons à l'affirmation numéro 2, après

30:58 utilisation un catalyseur devient un déchet, donc un déchet dans le sens quelque chose qu'on ne va

31:03 pas réutiliser ou qu'on va jeter, est-ce que c'est vrai ou est-ce que c'est faux ?

31:06 Alors là encore c'est de nouveau faux, en théorie et par définition un catalyseur

31:14 accélère une réaction sans entrer dans le bilan de la réaction, donc une fois qu'il a interagi avec

31:19 les réactifs et qu'il les a transformés en produits, les produits sont évacués vers le milieu extérieur

31:24 et un nouveau cycle catalytique peut s'amorcer pour convertir une nouvelle molécule de réactif.

31:31 En théorie à l'infini, la théorie n'est en pratique pas complètement vérifiée, des phénomènes

31:39 parasites de désactivation du catalyseur se produisent, ce qui amène à un affaissement des

31:46 performances du catalyseur au cours du temps, mais dans ce cas là aussi on a une solution pour

31:51 faire en sorte que le catalyseur ne soit pas un déchet, pour de très nombreux catalyseurs on sait

31:56 régénérer ou recycler ces catalyseurs pour qu'ils retrouvent leur performance initiale et qu'ils

32:03 puissent ainsi de nouveau être impliqués avec une durée de vie assez prolongée dans un grand

32:09 nombre de sites catalytiques. Il faut du recyclage des déchets. Tout à fait. Alors troisième et

32:14 dernière affirmation, un catalyseur peut aussi ralentir une réaction chimique, c'est vrai que

32:19 jusqu'à présent on a parlé d'accélérer, pourquoi pas ralentir, est-ce que c'est vrai ou est-ce que

32:25 c'est faux ? Alors de nouveau ce sera faux, je suis désolée, tous les choix ont été faits dans ce sens là.

32:31 Alors il existe des entités chimiques qui effectivement ralentissent une réaction par

32:37 rapport à une situation où cette entité chimique serait absente, mais de fait on ne l'appelle pas

32:42 un catalyseur. Un catalyseur par définition, par la définition d'ailleurs qui en a été donnée dès

32:48 le 19e siècle, est une entité qui est capable d'accélérer une réaction. Les entités qui

32:54 ralentissent les réactions on les appelle plutôt des inhibiteurs. Certaines d'entre elles peuvent

32:59 aussi ralentir le fonctionnement du catalyseur lui-même, donc se constituer comme des poisons,

33:05 donc on va chercher à les éviter dans le milieu réactionnel. Parfait, merci beaucoup Céline,

33:10 c'était très clair jusqu'à présent. On y voit déjà un peu plus clair sur ce qui se cache derrière

33:14 le mot catalyseur. À présent on va découvrir comment ce travail de modélisation peut aider

33:19 celui des chimistes au laboratoire. Plus précisément on va s'intéresser à un type de catalyseur assez

33:24 fascinant, ce sont les photocatalyseurs. Mais à quoi servent-ils, comment les conçoit-on en

33:29 laboratoire et quelles sont les potentielles applications pour la transition écologique ?

33:32 On en parle avec l'un de vos collègues à IFP Énergie Nouvelle, tout de suite dans l'esprit d'équipe.

33:37 Bonjour Sébastien Roth, bienvenue sur le plateau de Science en Question. Vous êtes ingénieur de

33:46 recherche à IFP Énergie Nouvelle et votre domaine à vous c'est la photocatalyse, un type particulier

33:51 de catalyse. Pour commencer, est-ce que tout simplement vous pouvez nous expliquer ce qu'est

33:56 la photocatalyse et la différence avec la catalyse classique ? La photocatalyse c'est une sous

34:01 catégorie de la catalyse où on va donc utiliser l'énergie du soleil pour venir activer le

34:07 catalyseur pour faire la réaction d'intérêt. On parlera plus de catalyseur mais de photocatalyseur

34:12 pour photocatalyse. On l'a dit, dans la catalyse classique, ce qui active le catalyseur c'est la

34:19 température ? Voilà c'est ça, dans la catalyse classique ça va être la température donc on va

34:24 même parler de catalyse thermique et dans notre cas donc c'est l'énergie du soleil donc on parle

34:29 de photocatalyse. L'avantage ici c'est que l'énergie solaire est une énergie renouvelable,

34:34 ça veut dire que dans la catalyse classique, quand on utilise une énergie thermique est-ce

34:40 que souvent on utilise des sources d'énergie carbonée ? Oui, la plupart du temps on utilise

34:45 des sources d'énergie carbonée et donc maintenant avec le contexte de transition énergétique et bien

34:50 on cherche à utiliser d'autres sources d'énergie dont les énergies renouvelables et dont le soleil

34:54 qui est une source d'énergie d'ailleurs abondante. Si on fait un petit calcul on peut se rendre compte

34:59 qu'une heure d'ensoleillement sur la globalité de la planète ça équivaut à peu près à la

35:04 consommation énergétique mondiale sur une année entière. Et alors quelles sont les applications

35:08 de la photocatalyse ? Dans quelles réactions chimiques par exemple on les utilise ? Alors

35:12 la photocatalyse peut servir à convertir des petites molécules comme du CO2, de l'azote ou

35:18 de l'eau en soit molécules plateformes donc c'est à dire des molécules qui vont être centrales

35:25 au niveau des applications chimiques donc pour faire de nombreux composés à la fois en pharmaceutique,

35:32 dans les bâtiments, le textile, les plastiques etc ou alors en carburant donc qui vont être des

35:39 combustibles et dans ce cas là quand ils sont formés à partir de photocatalyse on parlera de

35:43 carburants solaires puisqu'ils ont été produits à partir de l'énergie du soleil. Est-ce qu'il y a

35:47 d'autres utilisations, d'autres applications de cette photocatalyse plus concrètement ? Alors ça

35:54 peut aussi servir à dépolluer les eaux, à saignir l'air ou aussi à nettoyer les surfaces et par

36:00 exemple il y a un exemple concret d'un bâtiment en Italie qui est recouvert de photocatalyse

36:07 et qui va donc avoir des propriétés auto nettoyantes. C'est l'église qu'on voit juste ici

36:11 à Rome ? Voilà exactement donc en fait avec la pollution on peut avoir des composés organiques

36:16 qui vont se déposer à la surface du bâtiment qui vont avoir tendance à le noircir et donc grâce

36:21 au revêtement du photocatalyse ça va permettre de le nettoyer sous la lumière du soleil tout seul.

36:27 Donc là si je comprends bien on a la lumière du soleil qui va éclairer le photocatalyse et la

36:36 matière organique ça va déclencher une réaction, ça va dégrader les polluants ? C'est ça, ça va

36:40 dégrader la matière organique qui a été déposée et donc permettre au bâtiment de rester blanc plus

36:45 longtemps. Ça économise du temps de nettoyage. Ça veut dire que c'est quelque chose qui est

36:49 incorporé dans la peinture ? Oui c'est ça par exemple ça peut être incorporé dans la peinture.

36:53 Alors Sébastien vous vous travaillez plus spécifiquement sur la photocatalyse du CO2,

36:58 du dioxyde de carbone donc si je résume voilà en faisant réagir du CO2 avec des photocatalyseurs

37:05 qui sont activés par la lumière du soleil, vous cherchez à convertir le CO2 en autre chose on l'a

37:10 dit soit des molécules plateformes soit des carburants. Est-ce que vous pouvez nous donner

37:15 quelques exemples de molécules ou de carburants qu'on peut obtenir en convertissant le CO2 ? Oui

37:21 alors comme molécule plateforme on peut obtenir de l'acide formique, du méthanol ou du formaldéhyde

37:26 par exemple qui vont donc tous les trois avoir des applications donc soit comme je le disais

37:31 en pharmaceutique, textile et construction et comme carburant solaire on peut obtenir du méthane

37:37 et de l'éthane par exemple qui sont utilisés comme combustibles pour produire de la chaleur par

37:42 exemple. La photocatalyse du dioxyde de carbone elle est parfois surnommée la photosynthèse

37:48 artificielle, pourquoi est-ce qu'on compare avec ce mécanisme là ? Oui alors c'est parce que la

37:53 photocatalyse du dioxyde de carbone ça s'inspire de ce que fait la nature avec la photosynthèse

37:58 donc ça je pense que ça parle peut-être à tout le monde plus que la photocatalyse du CO2 où

38:03 donc les plantes vont utiliser le CO2 pour le convertir à l'aide de la lumière du soleil pour

38:08 former des sucres qui sont utiles à leur métabolisme et leur permettre de grandir et de vivre et donc

38:13 nous on va chercher à faire la même chose avec les photocatalyseurs et donc c'est d'ailleurs pour ça

38:17 qu'on parle donc de photosynthèse artificielle et le photocatalyseur on peut l'imager par du coup

38:22 une feuille artificielle ou une plante artificielle puisqu'il a exactement le même rôle que les

38:28 végétaux dans la nature. Alors ça veut pas dire pour autant qu'on va remplacer les arbres par des

38:32 systèmes de photocatalyse, déjà ça ferait des forêts un peu un peu étranges mais surtout la

38:37 photocatalyse elle est plutôt destinée à des applications où le CO2 est assez concentré c'est

38:41 ça ? Oui voilà c'est ça donc la grande différence c'est que les plantes elles sont capables de

38:45 convertir le CO2 qui les entoure dans l'air donc en très faible quantité puisque dans l'air on est

38:50 principalement composé d'oxygène et d'azote alors que les photocatalyseurs eux ils vont être plus

38:55 performants avec du CO2 sous forme concentrée donc c'est pour ça que nous ce qu'on viserait

39:01 plutôt comme application c'est de se placer directement en sortie de cheminée d'usine où

39:05 donc les fumées sont déjà disposent déjà de CO2 concentré pour être converti directement.

39:11 Justement c'est un projet sur lequel vous travaillez en laboratoire donc concrètement

39:15 on mettrait une zone de filtre c'est ça à quoi ça ressemblerait c'est pour récupérer le CO2 émis

39:21 par les cheminées d'usine et le convertir en autre chose est ce que vous pouvez nous en dire

39:26 un peu plus ? Oui alors l'image que ça va avoir je sais pas exactement mais il y a par exemple un

39:32 premier exemple à l'échelle semi industrielle de photocatalyse qui existe donc c'est pas pour

39:38 convertir le CO2 c'est plutôt pour convertir l'eau en hydrogène mais là ça va s'apparenter à une

39:43 sorte de ferme photovoltaïque donc avec des genres de panneaux solaires mais plutôt que d'avoir un

39:48 matériau photovoltaïque ce qu'on va contenir le panneau ça va être le photocatalyseur donc ça

39:54 pourrait s'apparenter à des fermes photovoltaïques qui sont juste à côté de l'usine donc on

39:59 récupérerait les fumées et on les enverrait directement à l'intérieur de ces panneaux là

40:04 et donc dans un schéma idéal ce qu'on aimerait bien c'est que les composés soit ils soient

40:09 réutilisés ailleurs mais qu'ils puissent aussi être directement réutilisés au sein même de

40:14 l'usine donc leur utilisation pourra reproduire potentiellement du CO2 qui sera donc à nouveau

40:19 reconverti et avoir en quelque sorte une boucle fermée de laquelle le CO2 ne sortirait pas.

40:26 Oui potentiellement on pourrait réutiliser, recycler presque à l'infini le CO2 sans qu'il

40:32 n'agisse jamais comme un gaz à effet de serre parce que c'est ça le...

40:35 Voilà donc ça c'est si on atteint le 100% de conversion.

40:37 Alors évidemment il y a un fort enjeu écologique derrière le développement de cette technologie

40:42 étant donné qu'on le rappelle le dioxyde de carbone c'est l'un des principaux gaz à effet de

40:46 serre et il contribue fortement au dérèglement climatique. Alors concrètement comment ça se

40:50 passe au laboratoire ? Votre objectif c'est de tester différents photocatalyseurs et le but

40:57 c'est quoi ? C'est de voir lesquels convertissent le mieux le CO2 ?

41:00 Oui voilà alors nous on travaille sur la synthèse des photocatalyseurs donc au laboratoire leur

41:06 caractérisation pour avoir leur propriété dont parlait Céline tout à l'heure par exemple et

41:10 ensuite on vient les tester sur une unité qu'on a qui est dédiée à IFP Energies Nouvelles qui

41:15 vient donc être représentative un peu de l'application qui est visée donc de sortie

41:19 de cheminée d'usine. Donc justement là on a un schéma qui explique ce sur quoi vous travaillez

41:23 est-ce que vous pouvez nous décrire ce qui se passe ? Oui donc on envoie le CO2 en phase gaz

41:28 qui va se mélanger à de l'eau donc tous les deux en phase gaz donc ça ça va être nos deux réactifs

41:33 ils vont être envoyés vers le réacteur qui est au centre de l'image donc à l'intérieur on va avoir

41:39 notre photocatalyseur qui va être déposé en couches minces et donc ce photocatalyseur il va

41:44 être illuminé par une lampe qui vient simuler l'énergie du soleil sur une certaine gamme de

41:49 longueur d'onde et donc après la réaction va se passer au niveau du réacteur et en sortie de

41:55 réacteur on va récupérer les produits qu'on a qu'on a formés et les analyser par chromatographie

42:00 phase gaz. Vous l'avez dit pour avant de tester ces photocatalyseurs vous les synthétisez

42:07 donc vous les fabriquez en fait en laboratoire déjà comment on trouve de nouveaux photocatalyseurs

42:12 c'est là que peut-être les travaux de Céline peuvent vous aider ? Oui exactement c'est une

42:17 des possibilités ça peut être du coup les travaux de Céline qui vont nous orienter vers

42:21 des candidats potentiels qui seraient intéressants de synthétiser et de tester en photocatalyse ou

42:28 alors ça peut être des inspirations lorsqu'on va lire la bibliographie sur des publications

42:33 de nos pères. Et ensuite comment vous fabriquez le photocatalyseur parce qu'on a vu que c'était

42:41 vraiment à des échelles atomiques moi j'imagine vraiment quelqu'un qui a une pince à épiler même

42:45 si bon c'est beaucoup plus gros mais qui manipulerait des atomes comme ça comment on les fabrique ?

42:49 Alors il y a plein de voies de synthèse différentes mais ça va pas être avec une pince à épiler ça va

42:56 plutôt être avec des manipulations classiques qu'on peut faire en laboratoire de chimie comme

43:00 tout le monde faisait à l'école avec des ballons des béchères etc pour pour donner une image simple.

43:06 Et alors quelles sont les propriétés que vous vous cherchez dans un photocatalyseur par exemple

43:12 quel serait le photocatalyseur parfait ? Et bien déjà il faut chercher à ce que le photocatalyseur

43:20 il absorbe bien la lumière du soleil ça ça va être la première étape et qu'il ait aussi une bonne

43:24 affinité avec le dioxyde de carbone donc celui ci puisse être en bonne interaction avec notre

43:29 photocatalyseur vu que ça va être notre réactif et ensuite d'avoir une plus grande surface possible

43:36 donc pas la surface qu'on va voir à l'oeil nu mais par rapport à tous les micropores dont on parlait

43:41 tout à l'heure Céline on va avoir une surface qui va se former à l'intérieur du catalyseur et ça

43:46 ça va être la surface active du matériau donc d'avoir une grande surface pour pouvoir avoir

43:54 plus de plus de réaction. Le but c'est d'avoir le plus de rendement ou le plus d'efficacité avec

43:59 j'imagine le moins de quantité de catalyseur exactement. Le photocatalyseur parfait doit

44:05 justement surtout pas être parfait. Au stade où en sont vos travaux est-ce que vous avez

44:13 déjà identifié des photocatalyseurs des candidats intéressants pour l'application dont on a parlé

44:18 donc à la sortie des cheminées d'usine ? On a plusieurs candidats intéressants mais pour le

44:23 moment on n'a pas de solution miracle on va dire de photocatalyseurs qui excellent dans la

44:31 conversion du CO2 donc on travaille toujours dessus mais oui on a des pistes et donc notamment

44:36 dans le solaire on a les photovoltaïques donc des fois on essaye de s'inspirer des matériaux qui

44:42 sont faits dans le photovoltaïque par exemple. Pour revenir à l'enjeu environnemental un des

44:48 objectifs de l'accord de Paris c'est d'atteindre zéro émission nette de gaz à effet de serre d'ici

44:52 2050 comme vous disiez voilà ce projet de photocatalyse du CO2 il est encore au stade

44:57 expérimental est-ce que si on se projette un peu est-ce que vous pensez que d'ici 2050 ce projet

45:03 là pourrait contribuer à la réduction des émissions ? Alors j'espère mais de manière plus

45:08 raisonnable je pense que je peux dire que les premières industrialisations elles seront sûrement

45:12 à horizon 2050 et qu'on aura vraiment une technologie plus mature un peu après ces eaux là

45:18 et donc ça pourra participer à ce net zéro si on ne l'a pas encore atteint et sinon dans tous

45:24 les cas ça permettra de diversifier les modes de production d'énergie sans pour autant venir

45:29 impacter le net zéro qui sera déjà atteint. Alors actuel quelles sont les grandes barrières

45:36 qui empêchent de passer à l'échelle supérieure à l'échelle de l'industrialisation ? Alors pour

45:40 le moment en termes d'efficacité énergétique on arrive à environ entre 1 et 5 % d'efficacité

45:47 c'est ce que la nature fait avec la photosynthèse également donc on est aussi bon que la nature

45:51 mais on estime que pour pouvoir industrialiser et commercialiser ce genre de procédés il faudra

45:56 atteindre au moins 10 % d'efficacité donc pour qu'à la fois le procédé soit viable et qu'on ait

46:01 une empreinte au sol qui soit minime donc tout à l'heure on parlait de surface donc pour éviter

46:06 d'occuper une trop grande surface pour collecter l'énergie solaire il faut avoir quelque chose

46:10 de très efficace pour pouvoir le concentrer sur une plus petite surface. On le rappelle comme

46:15 toujours quand on fait des émissions sur des technologies comme celle-ci on n'est pas là pour

46:18 présenter une solution miracle qui va forcément remplacer toutes les énergies fossiles ce sera

46:24 un levier parmi d'autres dans le contexte de la transition énergétique donc voilà on n'attend

46:31 pas non plus il n'y a pas des promesses. Il n'y a pas de solution miracle mais il y a plusieurs

46:35 solutions qui peuvent toutes entre elles parvenir à améliorer cela. En tout cas c'est une piste

46:41 intéressante à explorer comme pas mal d'autres technologies pour réduire nos émissions de gaz

46:46 à effet de serre et d'ailleurs ça fait l'objet de la question qu'on a posée au public, on est

46:51 allé les rencontrer dans la rue pour savoir ce qu'ils pensaient justement de la technologie pour

46:56 réduire nos émissions de gaz à effet de serre je vous propose d'écouter leur réponse. Je pense

47:00 que oui avec toutes les évolutions technologiques qui arrivent que moi je ne m'y connais pas beaucoup

47:05 mais je pense que c'est le début à plein de solutions à des problèmes qu'on pouvait pas

47:10 résoudre avant donc oui je pense que ça va main dans la main. Déjà alors je vais peut-être dire

47:15 une bêtise mais déjà le premier truc qui me vient à l'esprit c'est les voitures électriques même

47:18 s'il y a de trucs qui polluent dans les voitures électriques je pense que c'est déjà un début. Oui

47:23 oui à part que les voitures électriques c'est pareil il faut des trucs métaux rares et qu'il

47:28 faut aller les chercher donc c'est compliqué. Clairement oui et j'ai bon espoir pour trouver

47:34 que les gens vont trouver des solutions sur plein de moyens, des nouvelles énergies qui

47:42 seront moins polluantes bien évidemment quoi d'autre encore sur de l'optimisation et sur

47:47 des moyens de transport différents. On a toujours inventé des choses pour améliorer pour contre

47:55 carrer les inconvénients du progrès donc je pense que c'est on finira par trouver des solutions. Je

48:03 pense que c'est plus défavorable à l'écologie j'ai l'impression la technologie en général ne

48:07 serait-ce que de par la consommation d'énergie dont elles ont besoin qu'elle génère. Je pense

48:12 c'est une bonne partie mais il y a surtout l'acte humain en fait je pense que derrière il faut

48:15 vraiment que l'humain se prenne conscience qu'en fait on va dans un gouffre quoi on va dans un

48:21 gouffre et que c'est à nous la nouvelle génération de régler pas mal de problèmes qui ont été faits

48:26 il y a longtemps et que en fait il faut qu'on se rende compte de l'enfer que c'est quoi. Céline

48:32 une petite réaction par rapport à ce que vous venez d'entendre ? Je pense qu'effectivement on a

48:35 un ensemble de remarques pleines de bon sens qui sont faites et qui sont sans doute motivées par

48:40 l'ensemble d'informations dont le grand public dispose donc effectivement il y a un vrai besoin

48:46 de transition énergétique. Comme ça a été mentionné alors le fait que les technologies

48:51 nous fassent consommer de l'énergie c'est vrai dans une certaine mesure mais justement certaines

48:57 d'entre elles ont pour objectif notamment grâce aux catalyseurs de les rendre plus frugales d'essayer

49:03 de faire en sorte que les technologies consomment moins d'énergie mais il est vrai qu'il y a un

49:09 équilibre à jouer sur ces développements technologiques et puis sur notre frugalité

49:14 à nous comme consommateurs qui pourra aussi aider cette transition qui paraît très difficile à

49:22 réaliser mais sur laquelle on peut essayer de tendre. Bon la photocatalyse est un des outils

49:28 tout à fait clé dans ce domaine. Alors une dame a dit quelque chose d'intéressant on a toujours

49:32 inventé des choses pour contrecarrer les inconvénients du progrès donc avec l'idée que

49:36 le progrès doit un peu réparer ses propres erreurs c'est un peu un peu le serpent qui se

49:39 mord la queue. Est-ce que ce sont des réflexions que vous avez dans le cadre de vos pratiques ?

49:44 La question du coût bénéfice et de l'énergie qu'on dépense par exemple je pense à vous

49:50 Céline pour faire des calculs on utilise des supercalculateurs par exemple qui peuvent être

49:54 consommateurs. Est-ce qu'il y a des démarches de sobriété ou des réflexions autour de ça dans

49:59 votre activité ? Oui tout à fait alors déjà dans la gestion et le choix des technologies pour le

50:05 supercalcul il y a une réflexion autour de l'économie d'énergie qui est faite dans la

50:11 conception de ces objets donc par des spécialistes qui conçoivent les supercalculateurs et puis par

50:17 ailleurs on voit aussi émerger des champs de recherche dans les thématiques respectives alors

50:22 la catalyse en fait partie sur comment optimiser justement la ressource supercalculateur qu'on va

50:28 exploiter ce qui induit un coût des émissions de co2 en corollaire par rapport aux besoins qu'on a

50:35 en termes de précision donc l'idée est dans ce genre de recherche de ne pas forcément faire le

50:40 plus gros calcul possible mais le calcul nécessaire à la description réaliste du système au niveau de

50:49 théories adaptées donc d'adapter justement la complexité du calcul qu'on fait donc la consommation

50:56 énergétique également face aux résultats visés donc ce sont des réflexions un peu récentes mais

51:01 qui alimentent aussi nos domaines de recherche. On n'a pas encore de catalyseur informatique pour

51:07 réduire l'énergie dont on a besoin ? Tout à fait, le catalyseur informatique n'est qu'une vue de l'esprit et

51:15 après ce qui compte c'est sa déclinaison pratique à l'échelle expérimentale. Bon alors maintenant on

51:20 va s'intéresser à vos parcours respectifs pour comprendre ce qui vous a amené dans ce domaine là

51:25 on découvre ça tout de suite dans la séquence en coulisses. Alors cette séquence on la commence

51:33 toujours par un petit défi on va vous laisser à chacun 30 secondes montre en main pour vous

51:38 présenter. Céline c'est vous qui passez en premier est-ce qu'on peut lancer le chrono ?

51:43 On va essayer. Je suis originaire du département de la Loire je viens d'un milieu ouvrier et

51:49 agricole donc les sciences c'était pas très évident. J'ai découvert à l'occasion de ma

51:54 scolarité donc un bac scientifique puis des classes préparatoires aux grandes écoles à Saint-Etienne

51:58 et ensuite j'ai intégré l'école normale supérieure de Paris où j'ai suivi le cursus de chimie qui

52:04 m'a mené jusqu'à l'agrégation et au doctorat de chimie en catalyse que j'ai soutenu à l'université

52:10 Paris 6 avant d'intégrer IFP Énergie Nouvelle où je suis actuellement chef de projet.

52:14 Sébastien on va enchaîner tout de suite avec vous, est-ce que vous êtes prêt ?

52:21 Oui et promis je vais pas répéter exactement mot pour mot ce que Céline a dit.

52:25 On lance le chrono alors.

52:29 Alors moi après un bac scientifique j'ai fait les classes préparatoires aux grandes écoles

52:34 et j'ai intégré l'ENS de Lyon où en parcours sciences de la matière en physique et chimie

52:40 donc plus orienté chimie. J'ai également fait un double diplôme avec l'école polytechnique de

52:45 Milan en Italie donc je me suis plus spécialisé en ingénieur des matériaux et j'ai terminé par

52:50 une thèse en photocatalyse du CO2 déjà à IFP Énergie Nouvelle et donc depuis quelques mois

52:56 je suis ingénieur chercheur à IFP Énergie Nouvelle.

52:58 Merci d'avoir relevé le défi, on va encore approfondir quelques points de votre parcours.

53:09 Déjà on note que vous avez tous les deux des parcours assez proches, vous êtes tous les deux

53:13 passés par l'ENS mais c'est pas forcément le parcours typique quand on veut faire de la

53:17 recherche en laboratoire c'est ça ?

53:19 En fait il y a de nombreuses opportunités qui permettent d'aboutir à ce métier.

53:24 Les cursus les plus évidents pour faire de la recherche sont les cursus universitaires,

53:29 le fait de faire des études dans une école normale supérieure est finalement un moyen

53:34 comme un autre d'accéder à ces formations, ce sont des formations de qualité mais qui mènent

53:39 aussi à ces métiers-là, qui mènent aussi au métier de l'enseignement et puis on peut

53:42 aussi accéder au métier de la recherche via les écoles d'ingénieurs. Le parcours de Sébastien

53:49 a aussi cette double facette contrairement au mien. L'ingrédient essentiel pour être

53:56 chercheur c'est de disposer du diplôme de doctorat Bac plus 8 et puis par ailleurs il

54:02 faut aussi je pense mentionner que pour accéder à un travail de laboratoire il y a aussi d'autres

54:06 formations qui s'orientent plutôt vers les métiers de technicien de laboratoire ce qui

54:11 permet de vraiment manipuler ses fioles au quotidien donc là on est plutôt sur des

54:17 diplômes de type Bac plus 2, Bac plus 3, brevet de technicien supérieur, diplôme universitaire

54:26 de technologie. Oui donc il y a une grande diversité de métiers et de parcours et de

54:32 façons d'y aller. De travailler sur la catalyse de plein de façons différentes. Tout à fait. Céline

54:36 vous le disiez vous venez d'un milieu ouvrier agricole sans forcément de modèles qui auraient

54:41 pu vous orienter directement vers les sciences. Aujourd'hui vous êtes quand même dans un domaine

54:44 scientifique très pointu alors comment vous est venu le goût des sciences ? Alors le goût des

54:48 sciences m'est vraiment venu grâce aux enseignants que j'ai croisé alors je dirais presque dès

54:53 l'école primaire puisque j'avais un enseignant dans mon village qui était vraiment très enclin

54:58 à nous faire expérimenter ensuite évidemment au collège les différents professeurs de mathématiques

55:03 sciences physiques sciences de la vie et de la terre ont joué un rôle complètement décisif

55:07 donc je les remercie je ne les remerciera jamais assez tous ceux qui m'ont accompagné sur tout

55:12 mon parcours ont été vraiment décisifs. Initialement votre votre premier coup de coeur

55:18 c'était pas la chimie ? Oui mon premier coup de coeur c'était la géologie alors j'avais

55:23 l'habitude étant petite de revenir les poches pleines de cailloux après chacune de mes promenades

55:27 je ramenais aussi des bouquets de fleurs à ma maman mais je gardais les cailloux pour moi et

55:32 d'ailleurs ma chambre d'enfant en est toujours envahie et effectivement j'avais vraiment une

55:38 affinité pour la géologie. La chimie était ma passion également donc j'ai pas eu de difficulté

55:44 à passer sur la chimie et bon peut-être que j'aurais été heureuse aussi comme géologue,

55:50 on a de nombreux collègues géologues à IFP énergie nouvelle mais néanmoins la chimie m'a

55:56 donné pleinement satisfaction je me suis d'ailleurs tournée plutôt vers la chimie minérale liée à

56:01 des cristaux à des matériaux ce qui est aussi directement connecté à la géologie qui étudie

56:07 par un autre prisme des matériaux également. Alors Sébastien comme Céline vous avez un cursus

56:13 en physique chimie qu'est ce qui vous a fait pencher et aller vers plus vers la chimie ?

56:18 Depuis tout petit moi j'aimais beaucoup comprendre le monde qui m'entourait comment les choses

56:24 fonctionnaient etc et donc la physique chimie c'est ce qui permet d'expliquer tous les phénomènes qui

56:28 nous entourent donc j'ai eu très vite un attrait pour pour cette matière à l'école voilà et après

56:33 j'ai beaucoup hésité avec la médecine aussi mais finalement c'est la physique chimique qui a

56:38 gagné. Aujourd'hui qu'est ce qui vous plaît le plus dans votre activité quotidienne ? Ce que j'aime

56:44 le plus c'est qu'on apprend tous les jours en fait de nouvelles choses et alors on s'imagine peut-être

56:51 pas ça quand on parle du métier de chercheur mais en fait on a beaucoup d'interactions avec les gens

56:54 et donc on s'enrichit aussi beaucoup les uns les autres de par nos interactions donc ça c'est ce

57:00 que j'aime le plus dans notre métier. Et plus spécifiquement comment vous vous êtes orienté

57:05 vers la photocatalyse et qu'est ce qui vous a plu dans ce domaine qui est finalement très très

57:09 spécifique ? Oui alors ça ça a été un peu par hasard si je puis dire. C'est mon premier stage

57:17 que j'ai fait c'était un stage en photovoltaïque donc on utilise aussi l'énergie solaire et pendant

57:23 mon cursus donc à l'école normale supérieure mon problème c'était l'aspect un peu trop

57:28 fondamental des cours qui nous étaient dispensés donc c'est pour ça que j'avais fait un double

57:31 diplôme d'ingénieur où cette fois-ci j'ai trouvé que c'était un petit peu trop appliqué donc j'ai

57:36 cherché un institut qui était un peu à la frontière entre l'appliqué et le fondamental et donc j'ai vu

57:41 que IFP Énergie Nouvelle répondait à ce critère là et comme du coup j'avais déjà eu un passif avec

57:46 l'énergie solaire il y avait un sujet sur photocatalyse donc voilà j'ai postulé. Céline

57:53 même question qu'est ce qui vous plaît plus dans votre métier ? C'est justement dans le même

57:57 ordre d'idée que ce que Sébastien a mentionné c'est la très grande diversité de notre quotidien

58:02 le fait qu'on apprenne tout au long de notre vie professionnelle je pense qu'on peut passer toute une

58:08 vie professionnelle dans le domaine de la recherche en étant en posture d'apprentissage constant et la

58:13 diversité s'exprime aussi entre les phases où on est effectivement très concentré sur l'analyse

58:19 d'un problème scientifique complexe donc un peu seul à seul et puis les phases où on est en partage

58:24 avec l'équipe avec laquelle on travaille notamment des jeunes chercheurs et puis aussi des chercheurs

58:30 plus expérimentés où les idées fourmillent et où de ces discussions émergent de nouvelles idées

58:34 les moments où on communique aussi de manière très formalisée en conférence nos résultats les

58:40 moments où on répond à des interviews sur des plateaux comme aujourd'hui sont plus rares mais

58:44 également très appréciables ça fait partie des de la diversité du métier et puis des moments où

58:49 on rédige où on écrit pour faire le report scientifique aussi rigoureux et clair que possible

58:56 pour ancrer nos résultats pour la postérité et faire en sorte qu'ils puissent contribuer à des

59:02 progrès par des pairs par d'autres personnes qui pourraient être inspirés alors Céline vous l'avez

59:07 dit vous aimez bien apprendre mais vous aimez bien aussi enseigner vous auriez pu ne pas travailler

59:12 dans un laboratoire mais dans une dans une salle de classe vous avez donc longtemps hésité entre la

59:17 recherche et l'enseignement oui tout à fait à l'école normale supérieure de paris justement on forme à

59:23 la fois des enseignants et des chercheurs aussi des enseignants chercheurs et effectivement j'ai

59:28 beaucoup hésité sur l'une ou l'autre des voies si bien que j'ai passé le concours de l'agrégation

59:34 en 2003 pour devenir enseignante avant d'enchaîner sur un diplôme de doctorat pour découvrir la

59:40 facette recherche du métier j'ai un petit peu enseigné aussi pendant cette phase et les hésitations

59:46 ont continué suite au diplôme de doctorat parce que les deux métiers me paraissait intéressant

59:52 avec une gestion du quotidien différente et donc pour cette raison j'ai j'ai aussi souhaité découvrir

59:58 la pratique de la recherche dans un contexte un petit peu différent et donc là j'ai pu avoir

1:00:04 cette opportunité à IFP Energies Nouvelles ce qui m'a également plu mais je continue d'enseigner

1:00:08 quand même un petit peu pas beaucoup par an mais au contact des étudiants on découvre déjà que la

1:00:17 manière qu'on doit choisir d'expliquer les choses nous amène à mieux les comprendre également pour

1:00:22 nous-mêmes et puis le fait de partager les connaissances qu'on a pour les générations

1:00:26 futures c'est extrêmement important donc c'est une facette du métier qui m'intéresse particulièrement

1:00:29 vous voyez vous y consacrer à 100% un jour ? c'est tout à fait envisageable mais je pense que

1:00:36 j'aurais quand même du remords et de la tristesse à laisser tomber la stimulation que produit

1:00:41 l'activité de recherche donc je ne suis pas dans cet état d'esprit aujourd'hui parce que je suis

1:00:45 encore très motivée par le fait de faire des petites découvertes de fourmis mais de contribuer

1:00:52 à l'édifice de l'augmentation de la connaissance est une grande stimulation également. Et vous

1:00:57 Sébastien si vous deviez vous réorienter ce serait dans quel métier ? dans la médecine ?

1:01:04 oui voilà donc ce serait peut-être un peu plus difficile mais si j'avais dû choisir une autre

1:01:08 voie oui je pense que ça aurait été la médecine pour pouvoir non pas du coup aider les gens

1:01:13 indirectement comme là on essaye de le faire mais aider plus directement les gens les soignants.

1:01:18 Bon merci beaucoup avant de se quitter on vous a demandé de nous partager une

1:01:22 recommandation culturelle donc on va découvrir ça tout de suite dans la reco des invités

1:01:26 Alors Céline quelle recommandation avez-vous souhaité nous partager ?

1:01:34 donc j'ai choisi de partager avec vous un ouvrage d'un philosophe qui est assez médiatisé qui

1:01:41 s'appelle Charles Pépin donc l'ouvrage que j'ai choisi de mettre en avant s'appelle les

1:01:44 vertus de l'échec alors il est en lien avec notre quotidien de chercheurs puisque des échecs dans

1:01:49 la vie du chercheur il y en a beaucoup même si aujourd'hui nous donnons une version édulcorée

1:01:53 de notre métier nous montrons que ces facettes les plus luisantes il y a quand même des moments de

1:01:57 doute des moments où on ne comprend vraiment pas le comportement de ces objets complexes que sont

1:02:03 les catalyseurs c'est vrai pour tous travaux de recherche et on a l'impression d'être dans une

1:02:08 situation d'échec et dans ces cas là il faut trouver la force de rebondir mais justement c'est

1:02:13 de l'échec que peut venir aussi l'inspiration pour aller plus loin alors Charles Pépin ne parle pas

1:02:20 de catalyseurs dans cet ouvrage mais néanmoins l'analogie est tout à fait directe alors cet

1:02:25 ouvrage m'a aussi je l'ai trouvé très aidant sur le plan personnel pas seulement sur le plan

1:02:29 professionnel donc je pense qu'il peut inspirer de nombreux lecteurs il est exprimé dans un langage

1:02:35 très clair très imagé avec des exemples à la fois tirés de la littérature assez élaborée notamment

1:02:44 de citations philosophes dont Charles Pépin s'inspire mais aussi de fait du quotidien qui

1:02:50 parle au grand public et c'est un ouvrage vraiment tranquillisant qui aide à progresser dans des

1:02:56 situations difficiles merci beaucoup et vous Sébastien qu'est ce que vous avez choisi de nous

1:03:00 partager alors moi c'est la série de documentaires netflix notre planète qui je trouve vraiment très

1:03:06 bien très bien fait et qui en fait permet d'apprécier la beauté de la nature et son fonctionnement donc

1:03:11 présente à la fois la diversité des espèces présentes sur la terre et aussi comment la nature

1:03:17 fonctionne et qui permet aussi d'éveiller un petit peu aux problématiques de changement climatique

1:03:22 etc mais sans se vouloir trop moralisateur donc je le recommande vraiment à tout type de public

1:03:29 alors merci Sébastien merci Céline pour ces recommandations et pour toutes ces informations

1:03:32 au long de l'émission on arrive justement à la fin de cette émission merci à vous d'avoir

1:03:37 suivi cette émission jusqu'au bout on se retrouve bientôt pour un nouveau numéro de

1:03:41 sciences en question tout aussi passionnant

Catalyseurs ： des outils pour dépolluer les fumées d'usines - Science En Questions

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