La chaire d'excellence "Chi­mie et pro­cé­dés verts" (CPC) vise à ampli­fier l'approche mul­ti­dis­ci­pli­naire mise en œuvre par l'UTC et l'ESCOM au sein du labo­ra­toire TIMR, et ain­si déve­lop­per les connais­sances scien­ti­fiques dans les domaines d'applications mul­ti-échelles et répondre aux besoins des acteurs socio-éco­no­miques territoriaux.

Contexte et objectifs

Ensei­gnant res­pon­sable de la chaire : Erwann Guénin

Le déve­lop­pe­ment de maté­riaux et sub­stances chi­miques a joué un rôle cen­tral dans le pro­grès social et la crois­sance éco­no­mique depuis le début de l'ère indus­trielle. De nos jours, la raré­fac­tion des res­sources, et la néces­si­té de prendre en compte les impacts envi­ron­ne­men­taux des acti­vi­tés humaines ont conduit à repen­ser le modèle indus­triel de pro­duc­tion, dont une avan­cée majeure est concré­ti­sée par l'essor des bio­raf­fi­ne­ries. Cette approche a conduit au déve­lop­pe­ment de tech­no­lo­gies alter­na­tives et de pro­cé­dés propres et sûrs de trans­for­ma­tion de la matière (que ce soient des trans­for­ma­tions chi­miques, phy­siques ou bio­lo­giques), dans une démarche de ratio­na­li­sa­tion des matières pre­mières et de l'énergie, mais des ver­rous sub­sistent avant que ces tech­no­lo­gies puissent être mises en œuvre de façon opti­male au niveau industriel. 

L'objectif de cette chaire est d'amplifier l'approche mul­ti­dis­pli­naire mise en œuvre par l'UTC et l'ESCOM au sein du labo­ra­toire TIMR pour déve­lop­per et affir­mer plus avant encore les savoirs scien­ti­fiques, via les méthodes, modèles, para­mètres, outils et pro­cé­dés adé­quats pour relier les connais­sances de base d'avec les pro­prié­tés d'usage, pour des domaines d'applications mul­ti-échelles, et répon­dant aux besoins des acteurs socio-éco­no­miques et ter­ri­to­riaux.

Positionnement dans la stratégie régionale

Cette chaire s'inscrit dans l'axe 3.1 "Bioé­co­no­mie et bio­raf­fi­ne­rie ter­ri­to­ria­li­sée" de la "stra­té­gie de spé­cia­li­sa­tion intel­li­gente" de la Région Hauts-de-France. Elle vise à ren­for­cer le posi­tion­ne­ment scien­ti­fique de la Région, mais aus­si à déve­lop­per un savoir-faire inno­vant et opé­ra­tion­nel dans le domaine de la chi­mie et des pro­cé­dés verts. 

Sur la période 2015–2020, la Région Hauts-de-France va s'appuyer, en matière d'enseignement supé­rieur, de recherche et d'innovation, sur une poli­tique de site s'appuyant sur la com­plé­men­ta­ri­té des acteurs aca­dé­miques et du monde socio-éco­no­mique. Les com­pé­tences et acti­vi­tés en matière de chi­mie et de pro­cé­dés durables de l'UTC et de l'ESCOM se posi­tionnent en totale cohé­rence avec un des volets de la stra­té­gie de spé­cia­li­sa­tion éla­bo­rée en Hauts-de-France dans la pers­pec­tive de la pro­gram­ma­tion 2014–2020 des fonds euro­péens.

En effet, les com­pé­tences et résul­tats des tra­vaux de recherche effec­tués anté­rieu­re­ment par ces deux éta­blis­se­ments – et en par­ti­cu­lier depuis 2008 – s'inscrivent dans la thé­ma­tique géné­rale du déve­lop­pe­ment de la bioé­co­no­mie et plus spé­ci­fi­que­ment dans celle du concept de bio­raf­fi­ne­rie ter­ri­to­ria­li­sée. Ils ont per­mis de contri­buer à éla­bo­rer et mettre en œuvre l'Ins­ti­tut de tran­si­tion éner­gé­tique (ITE) PIVERT dont ils sont deux membres actifs. 

Cette poli­tique régio­nale, qui a voca­tion à mobi­li­ser et fédé­rer l'ensemble des acteurs de l'enseignement supé­rieur, de la recherche et de l'innovation sur des grands axes stra­té­giques choi­sis en cohé­rence avec les forces du ter­ri­toire et por­teurs de valeur, donne aux éta­blis­se­ments UTC et ESCOM un levier puis­sant pour déve­lop­per leurs acti­vi­tés en tirant le meilleur par­ti de leurs réseaux res­pec­tifs aus­si bien au niveau natio­nal qu'international. Le pro­ces­sus de recherche et d'innovation est en effet abor­dé dans sa glo­ba­li­té, de la recherche aca­dé­mique à la mise sur les mar­chés de pro­duits et de services. 

La stra­té­gie affi­chée par l'UTC et l'ESCOM, et maté­ria­li­sée par la nou­velle conven­tion d'association liant les deux éta­blis­se­ments autour de leurs mis­sions de for­ma­tion et de recherche, est de déve­lop­per un pôle d'excellence encore mieux struc­tu­ré, davan­tage ancré dans le ter­ri­toire et plus attrac­tif car plus visible à l'international. Cette ambi­tion néces­site que les moyens dans les domaines de la recherche et de la for­ma­tion soient ren­for­cés par l'apport de nou­velles com­pé­tences dans le cadre de la mise en place d'une chaire de recherche et de for­ma­tion. La chaire "Chi­mie et pro­cé­dés verts" répond tout à fait à ce cahier des charges. Elle per­met en effet, dans un envi­ron­ne­ment scien­ti­fique et tech­no­lo­gique pro­pice, de ren­for­cer et élar­gir les sujets de recherche déjà tra­vaillés dans la thé­ma­tique indi­quée ci-des­sus et d'éta­blir un lien fort avec les pro­grammes et actions de for­ma­tion. elle assure ain­si que les futurs ingé­nieurs soient conve­na­ble­ment pré­pa­rés aux défis scien­ti­fiques et tech­niques asso­ciés au déploie­ment des dif­fé­rents volets du concept de bioraffinerie.

Environnement scientifique

Le choix fait par la Région Hauts-de-France de rete­nir la bioé­co­no­mie comme prio­ri­té stra­té­gique a entraî­né un grand nombre d’acteurs à déve­lop­per leurs com­pé­tences dans divers volets de cette thé­ma­tique dont la "Chi­mie et pro­cé­dés verts", per­met­tant ain­si l’émergence et le ren­for­ce­ment d’une réelle exper­tise recon­nue au plan natio­nal. Cela a entraî­né aus­si bien le déve­lop­pe­ment d’équipes de recherche comme de struc­tures trans­ver­sales créa­trices de col­la­bo­ra­tions et syner­gies. Les labo­ra­toires com­muns à plu­sieurs uni­ver­si­tés, la struc­ture fédé­ra­trice de recherche (SFR) Condor­cet, le pôle de com­pé­ti­ti­vi­té IAR en sont de bons exemples. 

La chaire évo­lue­ra donc dans un envi­ron­ne­ment scien­ti­fique et tech­no­lo­gique très riche, à la fois au tra­vers des acti­vi­tés propres, en for­ma­tion et recherche des éta­blis­se­ments et les réseaux aux­quels cha­cun des par­te­naires appar­tient (COMUE PSU, SFGP, SFC, FGL…). De plus, la cohé­rence entre la thé­ma­tique de la chaire et l’orientation stra­té­gique de plu­sieurs acteurs aca­dé­miques est ren­for­cée par la pré­sence sur le ter­ri­toire d’acteurs indus­triels ayant un inté­rêt dans la bioé­co­no­mie et avec les­quels de nom­breux liens existent. Leur pré­sence qui s’exprime éga­le­ment par des défis tech­no­lo­giques spé­ci­fiques consti­tue une autre com­po­sante scien­ti­fique favo­rable de l’environnement dans lequel évo­lue­ra la chaire. 

Les acti­vi­tés de la chaire s’appuieront sur les com­pé­tences trans­ver­sales des ensei­gnants-cher­cheurs de l’équipe "Trans­for­ma­tions inté­grées de la matière renou­ve­lable" de l’UTC et de l’ESCOM. Dans le domaine de la chi­mie notam­ment, les tra­vaux se sont orien­tés selon dif­fé­rents axes majeurs interdépendants :

• le déve­lop­pe­ment de nou­velles molé­cules, ou non, issues de la bio­masse : hydrates de car­bone, itols, lipides, acides gras libres. 
• le déve­lop­pe­ment de nou­velles molé­cules, ou non, issues de res­sources fos­siles non dis­po­nibles dans le domaine biosourcé. 
• la cata­lyse hété­ro­gène, homo­gène, micel­laire et enzymatique 
• l’utilisation de sol­vants verts : eau…
• le déve­lop­pe­ment de nou­velles tech­no­lo­giques alter­na­tives ambi­tieuses : sol­vants. cri­tiques, flux conti­nu, micro-onde, ultra­sons, broyeur à boules…

Il est pro­po­sé d’accueillir cette chaire dans le cadre de l’équipe TIMR de l’UTC / ESCOM, tant du point de vue de l’intégration scien­ti­fique que de la logis­tique (locaux UTC du Centre de recherche de Royal­lieu). Les moyens tech­niques, scien­ti­fiques et ana­ly­tiques de l'équipe TIMR seront mis à dis­po­si­tion de la chaire.

Effet structurant en région

Assez for­te­ment concen­trés sur quelques thé­ma­tiques d'excellence, les acteurs aca­dé­miques qui sont en petit nombre, ont déjà tis­sé des liens struc­tu­rants qui fonc­tionnent dans les domaines de la recherche et de l'enseignement. Ain­si les réseaux impli­quant les uni­ver­si­tés picardes (UPJV, UTC) et les grandes écoles (ESCOM, IPLB) sont déjà en place.

La chaire "Chi­mie et pro­cé­dés verts" ren­for­ce­ra ces struc­tures car elle per­met­tra de déve­lop­per les acti­vi­tés et élar­gir les com­pé­tences dans ces domaines. D'autres acteurs vien­dront élar­gir ce cercle. En rai­son de la visi­bi­li­té qui sera don­née à la chaire, cette der­nière contri­bue­ra à ren­for­cer l'attractivité des éta­blis­se­ments et de la Région pour les acteurs du domaine. Elle ouvri­ra de nou­velles oppor­tu­ni­tés pour des col­la­bo­ra­tions indus­trielles et ren­for­ce­ra ain­si les liens entre les acteurs. Les nou­velles com­pé­tences appor­tées per­met­tront en outre de créer des liens avec des par­te­naires aca­dé­miques et indus­triels de la nou­velle région élar­gie, ren­for­çant ain­si le poten­tiel de recherche et de for­ma­tion dans le domaine de la bioéconomie.

Actions de recherche

Le titu­laire de la chaire déve­lop­pe­ra des actions de recherche en s'appuyant sur les acti­vi­tés du labo­ra­toire TIMR. Il déve­lop­pe­ra notam­ment le génie de la réac­tion chi­mique visant notam­ment l'optimisation des para­mètres de la réac­tion comme la taille des réac­teurs. Ce tra­vail s'articulera sur les leviers suivants :

• déve­lop­pe­ment de nou­veaux pro­cé­dés inno­vants incluant les phases de concep­tion, déve­lop­pe­ment à l'échelle du labo­ra­toire, scale-up et/ou num­be­ring-up.
• déve­lop­pe­ment de tech­no­lo­gies inno­vantes tels les micro-réac­teurs, les réac­teurs à cavi­ta­tion, les réac­teurs oscil­lants, les réac­teurs à membrane…
• amé­lio­ra­tion de l'"efficacité matière" des pro­cé­dés : uti­li­sa­tion pré­fé­ren­tielle de matières pre­mières bio­sour­cées ou de déchets, réduc­tion des dimen­sions des réacteurs,des volumes de sol­vant, y com­pris l'eau, limi­ta­tion des rejets, inten­si­fi­ca­tion des trans­ferts… Cette étape passe par une meilleure com­pré­hen­sion des pro­ces­sus de trans­for­ma­tion de la matière au niveau molé­cu­laire et de l'impact des para­mètres pro­cé­dés sur les conver­sions et leur sélec­ti­vi­té, avec une approche mul­ti-échelle per­met­tant d'extrapoler depuis l'échelle du labo­ra­toire jusqu'à l'échelle industrielle.
• cou­plage des étapes suc­ces­sives de pro­cé­dés dès la concep­tion : inté­gra­tion des pro­cé­dés de sépa­ra­tion, de puri­fi­ca­tion, de recy­clage des effluents, tout en opti­mi­sant la consom­ma­tion d'énergie.
• éva­lua­tion des per­for­mances glo­bales des sys­tèmes étu­diés, par un sui­vi expé­ri­men­tal "en ligne" (déve­lop­pe­ment de cap­teurs) ou à l'aide d'outils de modé­li­sa­tion, afin de pou­voir simu­ler leur com­por­te­ment dans dif­fé­rentes condi­tions et en opti­mi­ser le dimen­sion­ne­ment (scale-up).
• éva­lua­tion des bilans envi­ron­ne­men­taux et des risques liés à ces tech­no­lo­gies émer­gentes.

Un des objec­tifs sera le déve­lop­pe­ment d'une pla­te­forme tech­no­lo­gique asso­ciée à ces recherches. Les résul­tats des tra­vaux de recherche de la chaire seront valo­ri­sés natu­rel­le­ment via des publi­ca­tions de haut niveau mais pour­ront éga­le­ment l'être via la SATT Lutech, dans le cadre de pro­gramme de maturation/transfert.

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