La catalyse est l’une des clés du développement de procédés intensifiés. Elle permet d’accroître la vitesse de réaction tout en limitant la consommation d’énergie et la formation de sous-produits.
La catalyse : un pilier de la chimie verte, durable et circulaire
La catalyse joue un rôle fondamental dans notre société moderne et demeure un levier majeur pour relever les défis du développement durable. Les catalyseurs permettent d’accélérer les réactions chimiques – et, dans de nombreux cas, d’en améliorer ou d’en orienter la sélectivité – en empruntant des voies réactionnelles alternatives à plus faible énergie d’activation, le tout sans être consommés au cours du processus. Ils rendent ainsi possible le fonctionnement à des températures et des pressions plus modérées, ce qui réduit la consommation énergétique tout en améliorant l’efficacité globale des procédés. De la production industrielle à grande échelle aux systèmes biologiques, la catalyse est au cœur de nombreuses transformations indispensables à notre quotidien.
En améliorant le rendement et la sélectivité des réactions, les catalyseurs limitent la formation de sous-produits et la génération de déchets, tout en réduisant le nombre d’étapes de purification nécessaires. Il en résulte une diminution de la consommation d’énergie et de matières premières, ainsi qu’une réduction de l’impact environnemental. À ce titre, la catalyse constitue un levier majeur de l’intensification des procédés, visant à accroitre les performances tout en optimisant l’utilisation des ressources et les coûts associés.
La catalyse est également au cœur des innovations liées à la transition vers une utilisation durable des ressources renouvelables, la mise en place d’une économie du carbone circulaire et de solutions compatibles avec la neutralité climatique. Elle permet notamment la valorisation de matières premières alternatives telles que la biomasse, les déchets (y compris plastiques) ou le CO₂, ainsi que l’exploitation efficace des énergies renouvelables, sous forme d’électrons ou de photons, pour activer les réactions chimiques.
En rendant les réactions à la fois réalisables, sélectives, transposables à grande échelle et économiquement viables, la catalyse ouvre la voie à de nouveaux procédés plus durables tout en favorisant une gestion plus responsable des ressources limitées de notre planète.
Types de catalyseurs
Les catalyseurs sont généralement classés en trois grandes catégories : homogènes, hétérogènes et biocatalyseurs :
- Catalyseurs homogènes (incluant les organocatalyseurs et les catalyseurs organométalliques) : ils opèrent dans la même phase que les réactifs, généralement en solution. Ils offrent un contrôle précis au niveau moléculaire des propriétés catalytiques, permettant d’ajuster finement l’activité et la sélectivité. Cependant, malgré ces avantages, leur récupération et leur réutilisation restent difficiles.
- Catalyseurs hétérogènes : ils opèrent dans une phase différente de celle des réactifs, le plus souvent sous forme solide en interaction avec des réactifs gazeux ou liquides – la réaction ayant lieu à la surface du catalyseur solide. Ces systèmes sont robustes, faciles à séparer du milieu réactionnel et bien adaptés aux procédés continus. On distingue les catalyseurs non supportés (bulk) et les catalyseurs supportés. Pour ces derniers, la phase active est dispersée sur un support à grande surface spécifique, ce qui améliore la dispersion, la stabilité et souvent les performances catalytiques. Le support peut également jouer un rôle actif dans la réaction.
- Biocatalyse : elle repose sur l’utilisation de cellules (par exemple des micro-organismes comme des bactéries et des champignons) ou d’enzymes isolées pour catalyser des transformations chimiques. Fonctionnant dans des conditions douces, en milieu aqueux, ces systèmes offrent des niveaux élevés de chimio-, régio- et stéréosélectivités, permettant de simplifier les procédés en limitant notamment l’usage de groupes protecteurs et les étapes de purification. Les avancées en biologie de synthèse, en ingénierie métabolique et en ingénierie des protéines permettent aujourd’hui de concevoir des biocatalyseurs sur mesure, plus stables, plus performants et capables de catalyser des réactions inédites, renforçant leur potentiel pour des applications industrielles durables.
Catalyse @ Certech
La catalyse, sous ses différents aspects, constitue un domaine stratégique de recherche et d’innovation à Certech. En s’appuyant sur une expertise reconnue en catalyse et sur des compétences étendues en chimie organique et inorganique, en science des matériaux et des surfaces, en génie chimique ainsi qu’en procédés intensifiés et continus, Certech accompagne ses partenaires industriels dans le développement et la montée en échelle de leurs produits et procédés, du laboratoire jusqu’à l’échelle pilote.
Pour soutenir ces activités, Certech dispose de plateformes analytiques et technologiques de pointe permettant la caractérisation approfondie des catalyseurs, l’évaluation de leurs performances, l’optimisation des procédés et leur validation à des échelles représentatives.
