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Posté par Michel le Mercredi 05/10/2011 à 00:00
Recycler le CO2: une nouvelle approche
Convertir du dioxyde de carbone (CO2) pour obtenir une classe de molécules à la base de la fabrication de textiles, médicaments, et colles: c'est le défi d'une équipe de chercheurs du CEA et du CNRS (1), dont les travaux mis en ligne ces jours-ci, font l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par...) d'une publication qualifiée de "Very Important Paper " (VIP) par les experts de la revue Angewandte Chemie de janvier 2012. Alors que nos ressources pétrolières deviennent insuffisantes et que nous souhaitons limiter les émissions de CO2 associées à leur usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.), l'utilisation de ce déchet (Un déchet (détritus, résidu..) est un objet en fin de vie ou une substance issue d'un processus, jugés devenus inutiles ou dangereux ou encombrants, et dont on...) pour produire des composés chimiques réutilisables, est une alternative prometteuse à la pétrochimie (La pétrochimie est la science qui s'intéresse à l'utilisation des composés chimiques de base issus du pétrole pour fabriquer d'autres composés synthétiques qui peuvent exister ou non dans la...). L'approche 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.) présentée est une démarche innovante qui satisfait les exigences de la "chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) verte".

Le CO2 est le déchet ultime de la combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire...) des hydrocarbures, tels que le pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de cette énergie fossile est l’un des piliers de l’économie industrielle contemporaine, car le...) ou le 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.), mais aussi de toute autre activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) industrielle utilisant des ressources carbonées fossiles. Ce produit, de basse énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), est faiblement réactif. Il s'accumule dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) et, en tant que 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 volume...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du...), participe au réchauffement climatique (Le réchauffement climatique, également appelé réchauffement planétaire, ou réchauffement global, est un phénomène d'augmentation de la température...). Réduire nos émissions de CO2 et utiliser le CO2 existant sont donc deux défis actuels majeurs. Une voie audacieuse pour répondre d'un coup à ce double défi est de trouver le bon procédé capable d'apporter suffisamment d'énergie pour fonctionnaliser la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus...) de CO2 et la convertir en carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie...) ou en consommable chimique, issus aujourd'hui des produits pétroliers.

Une nouvelle façon de recycler le CO2

Jusqu'à présent, deux approches étaient régulièrement privilégiées pour recycler le CO2: la première consistait à incorporer le CO2 dans des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) sans valeur énergétique (comme les plastiques à base de polycarbonate par exemple). La deuxième approche visait, quant à elle, à utiliser le CO2 comme vecteur énergétique (Tout ce qui est capable de véhiculer de l’énergie peut être considéré comme un vecteur énergétique.), pour produire de nouveaux carburants (l'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les...) formique et le méthanol). L'inconvénient de ces deux procédés, bien distincts, est qu'ils permettent de produire un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) très limité de molécules et que la majorité des produits de base de l'industrie chimique reste issue de la pétrochimie.

Aujourd'hui, grâce aux recherches menées par l'équipe du CEA / CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) du SIS2M, une approche alternative est possible. Selon un procédé chimique original, la voie proposée vise à incorporer des molécules de CO2 dans des matériaux, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en lui fournissant de l'énergie. A noter que la réaction mise au point (Graphie) repose sur une source d'énergie d'origine chimique. Cette démarche, qui permet dans le principe de produire une grande diversité de molécules, a été validée par les expériences conduites cette année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) dans les laboratoires de l'unité mixte de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) CEA / CNRS. Ainsi, il est désormais possible de convertir du CO2 en formamides, c'est-à-dire en molécules issues habituellement de la pétrochimie. Ces molécules sont à la base de la production de colles (Colles (pluriel collis) est un mot d'origine latine désignant une petite colline ou une légère surélévation de la surface.), de peintures ou encore de produits textiles.

Une voie conforme aux exigences de la chimie verte

La synthèse industrielle des formamides repose généralement sur des méthodes pétrochimiques, en plusieurs étapes, mettant en jeu un gaz toxique (Un gaz toxique est un gaz dont les propriétés toxiques sont utilisées comme arme lors de combats, ou contre des populations civiles...) (le monoxyde de carbone) utilisé à haute température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud,...) et haute pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.). A contrario, la méthode de conversion du CO2 employée par les chercheurs du CEA / CNRS répond aux exigences de la chimie verte, du fait qu'elle s'effectue en une seule étape et que l'utilisation d'un catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs et n'apparaît donc pas dans l'équation-bilan de...) permet à la réaction d'avoir lieu à basse température et à basse pression. De plus, le catalyseur utilisé par l'équipe du CEA/CNRS est purement organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.), ce qui évite le recours à des matières métalliques toxiques et coûteuses, comme l'or, le platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.) ou le cobalt. Enfin et grâce à ce procédé, la réaction peut s'effectuer sans solvant et limiter ainsi le rejet de déchets.

Cette nouvelle voie pour le recyclage (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui permet de réintroduire, dans le cycle de production d'un...) du CO2 pourrait contribuer à résoudre le problème de la raréfaction des ressources pétrochimiques et à la réduction des gaz à effet de serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production agricole. Elle vise à soustraire aux éléments climatiques les cultures produites pour l'alimentation ou le plaisir de l'homme pour une...). La réaction mise au point reposant actuellement sur une source d'énergie d'origine chimique, le prochain travail des chercheurs vise à réussir la conversion du CO2 à partir d'une source d'énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail : déplacer une charge, fournir de la lumière, calculer. Ce travail est proportionnel à la...) décarbonée telle que l'énergie nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) ou photovoltaïque. Validé en laboratoire, ce procédé ouvre la voie à de nombreux développements technologiques et industriels, indispensables pour répondre aux contraintes économiques et écologiques auxquels doivent faire face les sociétés industrialisées.


Note:

(1) SiS2M (Service Interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) sur les Systèmes Moléculaires et les Matériaux)


Référence:

A Diagonal Approach to Chemical Recycling of Carbon Dioxide: New Organocatalytic Transformation for the Reductive Functionalization of CO2
C. Das Neves Gomes, O. Jacquet, C. Villiers, P. Thuéry, M. Ephritikhine, and T. Cantat*
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Source: CNRS