Transformations Intégrées de la Matière Renouvelable (TIMR) - EA 4297

L'Équipe d'Accueil Transformations Intégrées de la Matière Renouvelable (TIMR) se positionne dans une convergence des pratiques et des savoirs du génie des procédés et de la chimie vers un objectif de valorisation des agroressources, dans une stratégie de développement durable. Par ses activités, elle s'insère dans le Pôle de Compétitivité à vocation mondiale Industries et AgroRessources (IAR).

Objectifs

L'unité TIMR associe les compétences de l'UTC en Génie des Procédés et celles de l'École Supérieure de Chimie Organique et Minérale (ESCOM) dans le domaine de la chimie. Un rapprochement des deux institutions sur un même site à Compiègne a d'ailleurs donné naissance en 2007 au premier pôle européen de la chimie verte PIVERT.

Equipes et thèmes de recherche

Les équipes de recherche abordent au sein du laboratoire TIMR la synthèse de molécules, la formulation de produits, matériaux et spécialités, les procédés de transformation, de conservation et de traitement, de mise en œuvre et de mise en forme, et les risques des filières émergentes.

  • Activités microbiennes et bioprocédés (MAB) : développement, optimisation, et validation d'outils permettant la maîtrise de l'activité microbienne dans les bioprocédés

  • Interfaces et milieux divisés (IMiD) : mise en oeuvre et mise en forme de systèmes micro et nano-hétérogènes
    Deux axes principaux : aspects physicochimiques des systèmes hétérogènes / procédés et systèmes divisés, approche expérimentale et modélisation

  • Technologies agro-industrielles (TAI) : maîtrise des procédés d'extraction/purification et de conservation des agroressources, mise en oeuvre de transformations physiques non conventionnelles.
    Deux axes principaux : procédés d'extraction et de séparation des biomolécules / procédés émergents d'intensification des transferts

  • Transformations chimiques de la matière renouvelable (TC) : développement de nouvelles molécules issues de la biomasse (hydrates de carbone, itols en utilisant des techniques alternatives comme l'eau sub-critique ou l'irradiation micro-onde) et catalyse organométallique en phase aqueuse

  • Transformations thermiques et catalytiques (TTC) : de la maîtrise du processus thermique à l'échelle laboratoire à la validation en conditions réelles à l'échelle semi-industrielle (séchage, torréfaction, combustion à l'air et oxygène, incinération, pyrolyse, gazéification...)

  • Évaluation prédictive des risques des filières émergentes (EPRIFE) : développement de savoirs permettant d'évaluer les risques présentés par les filières industrielles "émergentes" selon trois directions : évaluation de la dangerosité de substances nouvelles, méthodes d'identification de scénarios d'accident et prédiction des conséquences de phénomènes dangereux

L'équipe TIMR s'insère dans le pôle de compétitivité mondial Industries et Agro-Ressources (IAR) et développe de nombreux projets avec d'autres laboratoires de l'UTC, ses partenaires académiques en France et à l'étranger.

Projet ANR

Le projet SICMO propose le développement d'un réacteur continu miniaturisé en carbure de silicium chauffé sous micro-onde permettant une mise en œuvre sûre de toute chimie rapide à température élevée.

Projets ITE Pivert, programme Genesys

› Vers une synthèse éco-compatible du divinylglycol biosource dont l'objectif est de fournir une solution créative et respectueuse de l'environnement à la synthèse d'un pot de divinylglycol de glycérol par l'acroléine, en évitant la manipulation et le stockage de cet intermédiaire hautement toxique.

› Vers une synthèse éco-compatible de quinoleine biosource a pour but de fournir une solution créative et respectueuse de l'environnement à la synthèse d'un pot de dérivés de quinoléine substitués de glycérol via l'acroléine en utilisant la stratégie Skraup. Cet itinéraire permet d'éviter la manipulation et le stockage de l'acroléine, un intermédiaire hautement toxique.

› Les travaux menés dans le cadre du projet EVALBIORAF permettent de mettre en place des modèles et outils génériques, pour l'optimisation de la bioraffinerie (en terme de coûts et d'émissions de polluants), son évaluation environnementale et pour l'évaluation des risques industriels.

› Le projet AMPHIPRED a pour objectif le développement d'une bioraffinerie à base de plantes oléagineuses qui doit conduire à la production de nouvelles molécules, lipidiques et amphiphiles (BDLs), conçues pour répondre à des besoins spécifiques.

› Le projet MetaLipPro-PL1 constitue une phase d'acquisition de connaissances qui permettra de compléter les connaissances du métabolisme lipidique à la fois chez les plantes et chez les levures. Il s'agira aussi d'établir les bases en vue de développer une plateforme pilote pour la production de lipides et leur extraction.

Programmes de la Direction Générale des Entreprises (DGE)

Projet PSPC

Le projet VALODIM (VAleur Optimale des Digestats Issus de la Méthanisation), a pour ambition de structurer une filière nationale de valorisation des digestats par la création et l'organisation d'écosystèmes locaux de production de fertilisants organiques.

Projet éco-industrie

La problématique visée dans le cadre du projet PEIGAS est d'éviter l'utilisation de matières premières toxiques en partant de glycérine végétale ainsi que l'intensification de leur procédé de préparation en réduisant les volumes d'effluents et de déchets.

Projet FUI

Le projet GreenWax a pour objectif de développer une solution se substituant à la paraffine minérale sur une base végétale, présentant un caractère suffisamment générique pour permettre son utilisation dans de multiples applications industrielles (bougie, alimentaire, cire à greffer, ...)

Projets Région Hauts-de-France

› Le projet MOTAMORPHE s'intéresse à la problématique fondamentale du mottage des poudres, en particulier celles composées de matériaux amorphes. En termes généraux, le mottage (caking en anglais) correspond au processus non désiré de la formation spontanée et progressive d'une masse cohérente à partir d'un ensemble de grains individuels. Cette agglomération non désirée des particules d'une poudre est souvent irréversible et difficilement prévisible.

› Les enjeux scientifiques relatifs au projet D.E.HT (étude de l'effet des Décharges Électriques de Hautes Tensions en milieu liquide complexe et transposition du procédé à l'échelle pilote en continue) visent à comprendre davantage le mode d'action principale des décharges électriques, étudier l'impact des phénomènes physiques secondaires des décharges électriques sur la déstructuration des tissus cellulaires (effet des ondes de chocs, des bulles de cavitation, de la turbulence), comprendre les synergies pouvant se produire entre les phénomènes physiques, chimiques et électriques lors de la décharge électrique et déterminer leur impact sur l'efficacité du traitement.

› Les explosions de poussières affectent tout le tissu industriel et constituent un enjeu sociétal. Il a ainsi été montré que, pour beaucoup de types de particules, la flamme dans le nuage se propage comme dans les gaz ce qui a contribué à de réels progrès au plan de la prévention. Mais, pour certains types de particules, les explosions n'obéiraient pas aux mêmes lois. Des indices forts suggèrent que c'est la prééminence des transferts de chaleur par rayonnement, relativement ignorés jusqu'alors, qui en serait la cause. L'objectif du projet RADIAN est de préciser le rôle du rayonnement dans les mécanismes des explosions de poussières.

Bioraffinerie

Les plantes vont-elles sauver la chimie ? C'est le pari de la bioraffinerie qui va être construite dans le cadre du projet Pivert (Picardie Innovations Végétales Enseignements et Recherches Technologiques), récemment devenu, dans le cadre des investissements d'avenir, unique ITE (Institut pour la transition énergétique) dédié à la chimie du végétal à l'échelle du territoire. " Il s'agit à la fois de remplacer des molécules issues de la pétrochimie par des molécules végétales, d'imaginer des nouveaux process moins gourmands en énergie grâce aux plantes et de travailler sur des chaudières alimentées par des résidus végétaux ", expliquait Daniel Thomas, ancien vice-président du conseil scientifique et professeur au sein du laboratoire Génie Enzymatique et Cellulaire (GEC) de UTC.

À Compiègne, la recherche se focalise sur les oléagineux (colza, tournesol, lin...). Sofiprotéol, qui rassemble la filière oléagineuse, a déjà investi, à Venette, à proximité de Compiègne, là où s'est installée la plateforme Pivert. " Arkema, Rhodia, Solvay ou Chimex, la division chimie L'Oréal : les grand noms de la chimie seront là ! ", soulignait Daniel Thomas.

" A l'UTC, nous travaillons sur la plante elle-même, en agronomie. Comment la pousser à produire plus de molécules intéressantes à l'image, par exemple, des acides gras ramifiés, voisins des acides gras insaturés qui peuvent être utilisés dans les lubrifiants, les cires ou les plastifiants. " Autre piste, travailler sur des techniques propres (eau subcritique, champs électriques, micro onde) pour séparer les constituants de la plante. " Nous allons également étudier l'utilisation de la catalyse et de la biocatalyse (qui se sert des enzymes) afin de consommer moins d'énergie pour transformer la plante. "

Le professeur Daniel Thomas annonçait que le projet allait également s'appuyer sur les capacités d'auto-assemblage des lipides pour créer nanostructures biodégradables ou inventer de nouvelles formulations dont l'industrie cosmétique est très friande. Enfin, Pivert aurait un objectif plus global d'écologie industrielle. Une bioraffinerie devra être un lieu d'utilisation rationnelle de la matière première : à proximité, recyclage de tous les résidus en énergie ou en nouveaux produits.

La méthanisation

Le fumier, c'est de l'or ou plutôt de l'électricité. Depuis deux ans, l'équipe de Maurice Nonus, du laboratoire TIMR propose aux agriculteurs français une solution souple de méthanisation à la ferme.

La méthanisation, qui est le processus de transformation de la matière organique en biogaz, n'a rien de révolutionnaire puisqu'elle existe à l'état naturel avec le phénomène dit de gaz de marais. La méthanisation à la ferme est très développée en Allemagne. Là-bas, plus de 7000 agriculteurs alimentent des méthaniseurs avec le fumier de leurs bêtes et les productions végétales dites énergétiques dans des grosses unités fixes. Le gaz dégagé alimente un moteur qui produit de l'électricité. " Certains ont même abandonné l'élevage et cultivent des plantes qu'ils mettent entières dans le méthaniseur, par exemple du maïs, se transformant ainsi en producteurs d'électricité et de chaleur. " En France, on n'en est encore pas là. Certes, EDF rachète l'électricité mais il n'est pas encore autorisé de cultiver des plantes énergétiques uniquement pour alimenter les méthaniseurs.

" Nous avons imaginé un concept modulaire et mobile ", explique Maurice Nonus. Le module de méthanisation se présente sous la forme d'un conteneur traditionnel. L'éleveur le remplit, en une fois, soit une trentaine de tonnes de fumier puis le ferme (la méthanisation se fait en milieu confiné). " Nous avons travaillé pour intégrer dans le conteneur des dispositifs pour arroser et ensemencer le fumier, chauffer les jus, mesurer, analyser, et récupérer le biogaz. L'agriculteur n'a plus qu'à programmer son cycle de production. " Le méthane part dans un moteur qui produit de l'énergie électrique et la chaleur est récupérée pour être valorisée, soit deux sources de revenus supplémentaires pour l'exploitation. Les résidus sont ensuite épandus dans les champs.

Les agriculteurs ne sont pas restés insensibles à l'argument financier du dispositif. " Pour avoir une production intéressante, il faut avoir entre 70 et 100 têtes de bétails. " Et il est possible d'ajuster ses investissements à l'évolution de la taille de son cheptel, en achetant progressivement des conteneurs supplémentaires. Autre bon point, le fumier est immédiatement utilisé. Ce système, en piégeant le méthane permet aussi de limiter l'effet de serre.

Contact

Directeur du Laboratoire TIMR
André Pauss
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La Recherche à l'UTC

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