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Posté par Michel le Jeudi 05/08/2010 à 00:00
Un laser fait la lumière sur les catalyseurs
Dans nos voitures ou dans l’industrie chimique, les catalyseurs sont omniprésents. Pourtant, la réaction chimique est mal comprise. Une découverte faite à l’EPFL (Ecole Polytechique Fédérale de Lausanne) pourrait permettre de faire la lumière sur un domaine aux enjeux économiques et écologiques considérables.

Omniprésent dans l’industrie, ce phénomène chimique est étonnamment mal connu. Production de matières plastiques, conversion de gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent naturellement dans des roches poreuses sous forme gazeuse.) en hydrogène, voire même synthèse de la margarine… Ce ne sont que quelques exemples de procédés faisant appel à un catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction...). L’application la plus connue du grand public reste cependant le pot (POTS est un sigle anglais qui signifie Plain Old Telephone System que l'on peut traduire en français par le bon vieux téléphone. Dans certains pays on parle de réseau fixe ou de...) catalytique, qui s’est imposé dans nos véhicules. Des chercheurs de l’EPFL ont publié dans Science une découverte qui devrait permettre de mieux comprendre le processus. Ce travail pourrait ouvrir la voie à de nouvelles techniques plus performantes ou moins onéreuses.

L’un des types les plus courants de catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction....) fait intervenir un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de...) et un solide –on la désigne sous le terme de «catalyse hétérogène». Par exemple dans les pots d’échappement de nos voitures: les émanations nocives sont transformées au contact d’une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) de platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.) ou de palladium. Le processus est bien connu, mais au niveau moléculaire le mécanisme reste obscur.


Grâce au laser, une réaction 10 000 fois plus rapide


Les chercheurs de l’EPFL se sont penchés sur une catalyse hétérogène. Le méthane, mélangé à de la vapeur () d’eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), se transforme en hydrogène et en CO2 au contact d’une surface de nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.). Avec un puissant laser, les chimistes on pu exciter et orienter les molécules de gaz – un peu comme avec un joystick. Surprise: le procédé démultiplie l’efficacité de la réaction. «L’amélioration est impressionnante, commente Rainer Beck, en charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un...) du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de...) à l’EPFL. Avec le laser, la rapidité de la catalyse est augmentée par un facteur allant de 1000 à 10 000 !»

Cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête...) va à l’encontre de la théorie communément admise au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des mammifères qui englobe...) du monde (Le mot monde peut désigner :) scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.). En effet, on considère généralement que seule une augmentation de l’énergie – de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) – du gaz peut accélérer la réaction. Cette découverte démontre que notre compréhension du phénomène est assez sommaire, selon Rainer Beck. «Pour construire des catalyseurs performants, on privilégie une méthode basée sur des essais successifs plutôt que sur une conception en amont, parce que nous ne comprenons pas comment le processus marche (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un mode de locomotion naturel. Il consiste en un déplacement en appui alternatif sur les jambes, en position debout et...) dans les détails.»

Des enjeux environnementaux et industriels


La transformation du méthane présente un grand intérêt environnemental. En effet ce gaz, massivement utilisé comme combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la...), dégage une importante quantité de CO2. «Nous pourrions imaginer le transformer sur les sites de captage, ce qui nous permettrait alors de capter le CO2 à la source et de nous servir de l’hydrogène, un combustible qui ne rejette que de l’eau.» Le procédé mis au point (Graphie) à l’EPFL ne peut pas s’appliquer à une échelle industrielle. Mais les travaux de Rainer Beck laissent entrevoir de futures améliorations.

L’intérêt de la découverte ne s’arrête pas là. Un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) important de catalyses pourraient être également concernées. Dans l’industrie chimique, plus de 90% des procédés font intervenir une catalyse à un moment ou un autre. Rainer Beck reprend l’exemple de la voiture (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport...): «Pour l’instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une...), on utilise du platine ou du palladium, des métaux rares et coûteux. Si nous sommes capables de mieux comprendre ce qui se passe, cela pourrait nous permettre de trouver une solution impliquant des matériaux meilleurs marché.»

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Source et illustration: EPFL