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Un catalyseur plus propre et plus efficace pour les plastiques

Les réactions de polymérisation ou d’hydrogénation d’hydrocarbures, réactions fondamentales dans de nombreux processus industriels pour les plastiques, nécessitent souvent des catalyseurs qui sont soit coûteux, soit toxiques. Des chercheurs de l’Unité de Catalyse et de Chimie du Solide (CNRS / Université Lille 1) et du Laboratoire « Chimie, Catalyse, Polymères et Procédés » (CNRS / Université Lyon 1/CPE Lyon) viennent de mettre au point un nouveau catalyseur à base d’alumine, matériau très répandu et non polluant, et d’en expliquer son fonctionnement. Ces résultats viennent de paraître dans la revue Angewandte Chemie, International Edition comme « Very important paper ».

Les plastiques (polymères) sont des systèmes formés par la répétition d’un ensemble de molécules de même nature chimique. Les polymères thermoplastiques de grande consommation comme le polyéthylène et le polypropylène, constituent la plus importante famille de polymères. Ils sont devenus l'élément essentiel d'un nombre très important d'objets de la vie courante et sont présents dans de nombreux domaines industriels. Pour les synthétiser, il est nécessaire d’utiliser des catalyseurs qui accélèrent la vitesse de réaction. La plupart du temps, ils sont soit coûteux car constitués de métaux nobles (platine, rhodium…), soit polluants (métaux comme le nickel ou le chrome).

Des chercheurs de Villeurbanne et de Villeneuve d’Ascq viennent de mettre au point une méthode de synthèse qui génère, par le biais de réactions très simples et dans des conditions de mise en œuvre aisée (moins d’une atmosphère de pression d’hydrogène, avec un chauffage à 350°C), un catalyseur de polymérisation ne comportant pas de métal de transition, à partir d’alumine, réactif peu onéreux et facilement accessible. Grâce à ce catalyseur, les chercheurs ont pu générer du polyéthylène, dans des conditions douces, matériau thermoplastique qui trouve des applications dans des domaines aussi variés que le biomédical (prothèses), la production de fibres résistantes, ou les revêtements de skis.

Mieux encore, en réalisant des expériences complexes de résonance magnétique nucléaire (RMN) du solide(1), ils ont mis pour la première fois en évidence la présence d'entités de surface particulièrement réactives, des hydrures d'aluminium (Al-H). Grâce à des méthodes de corrélations qui jouent le rôle de filtres du signal RMN, à la fois pour les noyaux aluminium et proton, cette technique spectroscopique particulièrement puissante a permis de mieux comprendre la structure locale des centres actifs, et de montrer que ces espèces étaient à l’origine de la réactivité exceptionnelle de ce catalyseur.

Ces travaux marquent un pas dans la recherche de nouveaux catalyseurs toujours plus efficaces et plus propres et répondent à une demande sociétale forte dans un contexte de développement durable. Reste maintenant à étudier leur efficacité dans d'autres grandes réactions catalytiques liées aux oléfines(2), composés qui peuvent être obtenus à partir des ressources pétrolières mais aussi de la biomasse.

(1) Ce travail a été réalisé dans le cadre de la Fédération TGIR Très Hauts Champs (Très Grande Infrastructure de Recherche) auquel est associée l’Université de Lille 1 et qui permet aux chercheurs de bénéficier de l’accès à des champs magnétiques intenses sur une plateforme de spectromètres RMN unique en Europe pour la caractérisation de la structure des matériaux à l’échelle atomique.

(2) Hydrocarbure insaturé qui comprend au moins une double liaison carbone-carbone.

delevoye

Référence

E. Mazoyer, J.Trébosc, A. Baudouin, O. Boyron, J. Pelletier, J.-M. Basset, M. J. Vitorino, C. P. Nicholas, R. M. Gauvin, M. Taoufik, L. Delevoye
Heteronuclear NMR Correlations To Probe the Local Structure of Catalytically Active Surface Aluminum Hydride Species on g-Alumina
Angew. Chem. Int. Ed. 2010, DOI : dx.doi.org/10.1002/anie.201004310