Sebastien Paul, lors du lancement officiel de la chaire industrielle SmartDigiCat le 31 aout dernier à Centrale Lille

La catalyse est un procédé industriel utilisé par un grand nombre de secteurs, mais qui est de plus en plus critiqué pour le rejet de divers polluants. L’école Centrale Lille s’est associée à trois industriels pour améliorer l’efficacité et l’impact environnemental des procédés de catalyse, ainsi que l’utilisation de la biomasse.

Centrale Lille vient de donner le coup d’envoi à la chaire industrielle Smart Digicat. La chaire, portée par l’équipe Vaalbio de l’UMR Unite de catalyse et Chimie du solide (Université de Lille/CNRS), en coopération avec le laboratoire CRIStAL, l’institut Eugène Chevreul et l’Inria, ainsi qu’avec les industriels Solvay, Horiba et la start-up Teamcat Solutions, a pour objectif de contribuer au développement de solutions de catalyse plus écologiques.

Le secteur de la catalyse est un marché gigantesque, de près de 35 milliards d’euros. « Un tiers du PIB mondial est lié directement ou indirectement à la catalyse, les produits qui en sont issus sont omniprésents dans notre quotidien », souligne Sébastien Paul, directeur de la valorisation et de l’innovation de Centrale Lille. La catalyse est à l’origine de produits aussi essentiels que les engrais, les carburants, les polymères ou, encore, les médicaments.

Les utilisateurs restent toutefois souvent critiqués pour le coût environnemental de ces procédés. La chimie représente ainsi aujourd’hui 25 % des émissions totales de l’industrie. Le secteur, dans son ensemble, s’est engagé à réduire ses émissions de CO2 de 26 % en 2030 (par rapport à 2015), ainsi que de N2O et de NFC. En attendant la neutralité carbone pour 2050. « La chimie part de loin », reconnaît toutefois le chercheur.

Profiter du numérique

La chaire devrait ainsi aider à accroître les efforts consentis pour tendre vers la chimie verte. L’équipe Vaalbio a pris la tête de la chaire, car elle travaille plus particulièrement sur ce secteur. Elle s’est spécialisée par exemple sur la catalyse de la biomasse, procédé sur lequel plusieurs projets devraient porter. Les projets s’appuieront aussi sur des travaux en chimie théorique pour imaginer de nouveaux modèles de catalyse.

La chaire doit également ouvrir la voie à l’utilisation plus intensive de technologies numériques pour améliorer le traitement des données. C’est le sens de l’arrivée du laboratoire Cristal et de l’Inria dans le programme. Ces deux acteurs devront notamment permettre d’analyser les montagnes de données produites par les technologies de criblages à haut-débit. « Lors de ma thèse, il y a vingt-cinq ans, nous étions capables de réaliser 3 à 4 mesures expérimentales des performances des catalyseurs par semaine. Aujourd’hui, les instruments robotisés tournent en permanence, et mes doctorants travaillent sur près de 180 mesures par semaine. L’étape limitante [dans l’innovation dans la catalyse] concerne désormais le traitement des données », confirme Sébastien Paul.

Plusieurs projets sont déjà sur les rails. « Nous avons commencé à travailler sur des systèmes auto-adaptatifs (en termes de débit de réactif, de température…) pour développer des boucles d’auto-optimisation », poursuit Sébastien Paul. À terme, les applications de ces nouvelles approches pourraient trouver des applications en santé, dans l’alimentation ou, encore, en énergie, voire bénéficier à d’autres secteurs peu concernés par la catalyse jusqu’à présent.

Spécialité sur la catalyse

C’est dans la collaboration de longue date de Centrale Lille et de Solvay qu’il faut chercher l’origine de ce projet financé à hauteur de 2,3 millions d’euros sur trois ans et demi. Les deux partenaires ont toutefois souhaité se renforcer en intégrant le laboratoire Cristal et l’Inria pour apporter une expertise en IA et l’institut Eugène Chevreul en caractérisation des matériaux. La start-up Teamcat Solutions, co-fondée par Sebastien Paul lui-même en 2015, fournira son expertise en matière d’instrumentation de criblage à haut-débit. Elle a d’ailleurs récemment mis sur le marché deux équipements multi-échantillons de traitement thermique et de mesures des performances des catalyseurs. Dernier venu, l’entreprise Horiba propose son expertise en instrumentation pour la microscopie et la spectroscopie Raman. « Nous avons profité de l’installation de son centre de R&D à Loos pour l’intégrer dans le projet », souligne Sébastien Paul.

Le projet est financé en partie par la Métropole de Lille et l’I-Site de l’Université, et doit s’étendre de 2021 à 2024.