Chimie: De nouvelles perspectives se dessinent à l'EPFZ
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ChimieDe nouvelles perspectives se dessinent à l'EPFZ

Une toute nouvelle méthode de catalyse, mise au point à l'Ecole polytechnique de Zurich, ouvre de nouveaux chemins à la chimie.

L'Institut Paul Scherrer (PSI) de Villigen (AG) est au centre de cette nouvelle technologie.

L'Institut Paul Scherrer (PSI) de Villigen (AG) est au centre de cette nouvelle technologie.

Keystone

Des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer et de l'EPFZ ont développé une méthode de catalyse qui entraîne, selon eux, une énorme avancée pour la chimie. Ils mettent en même temps fin à une controverse de plus de 50 ans, indique mercredi l'institut PSI.

La catalyse est essentielle à l'industrie chimique. Près de 80% des produits sont fabriqués via cette technique, des matières plastiques aux alcools en passant par les acides ou les engrais. Un procédé également indispensable dans la conversion énergétique et l'épuration des gaz d'échappement, écrit l'Institut Paul Scherrer (PSI) de Villigen (AG) mercredi dans un communiqué.

L'importance d'une catalyse aussi rapide et efficace que possible, qui permet de ménager l'environnement et d'économiser du temps et des ressources, encourage donc la recherche. L'industrie teste continuellement de nouvelles substances et configurations susceptibles de déboucher sur de nouveaux procédés catalytiques plus performants.

Publication dans la revue Nature

Dans cette compétition, des chercheurs du PSI et de l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ) viennent de marquer des points précieux qui valent à leur approche une description dans la dernière édition de la revue spécialisée Nature. En fait, ils ont mis au point une nouvelle méthode qui facilite la recherche et l'optimisation de procédés de catalyses dans l'industrie chimique.

«Nous avons trouvé un moyen de construire des systèmes modèles c'est-à-dire des dispositifs expérimentaux catalytiques avec une précision de l'ordre du nanomètre», explique, dans le communiqué du PSI, Waiz Karim, qui travaille au Laboratoire de micro et nanotechnologie au PSI et à l'Institut de chimie et de bioingénierie à l'EPFZ. L'équipe a ensuite réussi à suivre les réactions de chaque nanoparticule.

Dans les moindres détails

Cette méthode permet d'optimiser l'efficacité des procédés de catalyse de manière ciblée. La nouvelle approche est susceptible de fournir les détails nécessaires à une meilleure compréhension de ce qui se passe au niveau moléculaire, explique dans le communiqué Jeroen van Bokhoven, directeur du Laboratoire de catalyse et de chimie durable au PSI et professeur de catalyse hétérogène à l'EPFZ, qui a dirigé l'étude.

Les chercheurs ont en effet construit un système modèle qui permet d'analyser la catalyse jusque dans les moindres détails. Le point fort du modèle des chercheurs est le recours à la lithographie ultra-moderne par faisceau d'électrons, une méthode surtout utilisée dans la technique des semi-conducteurs. Ils ont ainsi réussi à appliquer de minuscules particules composées seulement de quelques atomes sur un matériau de support.

Effet d'épandage enfin compris

Avec son nouveau modèle, l'équipe de chercheurs a constaté que, même dans des dimensions aussi petites, de l'ordre de deux millièmes du diamètre d'un cheveu humain, certains phénomènes chimiques sont à l'oeuvre, à l'instar de l'effet d'épandage (ou spillover) d'hydrogène. Découvert en 1964, cet effet contribue de manière décisive à l'efficacité d'une catalyse avec de l'hydrogène.

On n'avait cependant pas réussi jusqu'à présent à le comprendre ni à le visualiser. D'où cette controverse, depuis plus de 50 ans, sur les conditions de son apparition effective.

Ainsi, le nouveau modèle permet pour la première fois d'analyser cet effet avec la précision nécessaire. «Nous avons pu démontrer que la distance sur laquelle l'hydrogène s'écoulait dépendait du matériau de support», détaille Waiz Karim.

Plus l'hydrogène s'écoule loin, plus l'effet spillover peut contribuer à la catalyse. Avec un support en oxyde d'aluminium (oxyde irréductible), par exemple, l'hydrogène ne va pas au-delà de 15 nanomètres. En revanche, dans le cas de l'oxyde de titane (oxyde réductible), l'hydrogène s'écoule sur toute la surface.

Une nouvelle dimension

«Pour certains matériaux de support, la densité des particules qu'ils portent à leur surface représente donc un facteur important», souligne le chercheur. Dans l'ensemble, leur méthode devrait faire énormément avancer la chimie en tant que science, affirme le PSI.

«Avec elle, nous ouvrons une toute nouvelle dimension pour étudier et comprendre la catalyse, affirme Waiz Karim. Et ces connaissances permettront ensuite d'améliorer les procédés de fabrication de manière beaucoup plus ciblée.»

(ats)

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