Une Chaire en chimie et procédés verts

La Chaire d'Excellence "Chimie et Procédés verts" (CPC) vise à amplifier l'approche multidisciplinaire mise en oeuvre 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.

Enseignant responsable de la Chaire : Erwann Guenin

Contexte et objectifs

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 procédés propres et sûrs de transformation de la matière (que ce soit 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 oeuvre de façon optimale au niveau industriel.

L'objectif de cette chaire est d'amplifier l'approche multidisplinaire mise en oeuvre 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 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 du concept de bioraffinerie territorialisée. Ils ont permis de contribuer à élaborer et mettre en oeuvre 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 assurant 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 entrainé 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 entrainé 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 de par les 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’Equipe TIMR de l’UTC / ESCOM, tant du point de vue de l’intégration scientifique que de la logistique (locaux UTC du Centre de Recherches 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 comme 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. De par la visibilité qui sera donnée à la Chaire, celle-ci 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 matière première biosourcée 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 les 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.

La Recherche à l'UTC

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Les Investissements d'Avenir

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