Chaque année, le 4 mars, on célèbre partout dans le monde la Journée mondiale de l’ingénierie pour le développement durable (WED) proclamée en 2019 par l’UNESCO. Cette journée est l’occasion de mettre en lumière les réalisations des ingénieurs et de mettre un coup de projecteur sur l’un de nos experts, Christophe Thomas – Professeur et Chercheur à de Chimie ParisTech – PSL et responsable de l’équipe Chimie Organométallique et Catalyse de Polymérisation (COCP) de l’IRCP – qui nous explique en quoi l’ingénierie et la technologie sont au cœur de la vie moderne et du développement durable.

Christophe Thomas est Professeur de Chimie ParisTech – PSL et responsable de l’équipe Chimie Organométallique et Catalyse de Polymérisation (COCP) de l’IRCP spécialisée en polymères renouvelables et/ou biodégradables. Ses travaux portent notamment sur la catalyse homogène et la chimie des polymères, en particulier sur les transformations catalytiques « one-pot » et la synthèse de polymères recyclables obtenus à partir de bioressources.

• Christophe Thomas, vous enseignez à la fois dans le cycle ingénieur, et vous êtes également enseignant – chercheur : selon vous quelle est l’importance de l’ingénierie pour le développement durable ?

L’ingénierie joue un rôle essentiel dans le développement durable en aidant à concevoir des technologies innovantes et en utilisant des pratiques durables pour réduire l’impact sur l’environnement et améliorer la qualité de vie des populations.

• Quels sont les débouchés qu’offre la formation d’ingénieur de Chimie ParisTech – PSL sur le versant du développement durable ? Et plus largement quelle est la contribution des ingénieurs pour un monde meilleur et durable ?

La formation d’ingénieur chimiste à Chimie ParisTech – PSL offre aux étudiants des débouchés variés dans le domaine du développement durable, notamment dans les secteurs de l’énergie, de l’environnement, de la santé et de la sécurité, de la chimie et des matériaux, de l’agriculture et de l’alimentation. Ils peuvent également trouver des emplois dans des domaines concernés par le développement durable tels que la recherche et le développement, la gestion de projet, la gestion de la chaine d’approvisionnement et la gestion des risques.Les ingénieurs peuvent jouer un rôle important en développant des procédés qui réduisent la consommation d’énergie et les émissions de gaz à effet de serre, en améliorant la qualité de l’air et de l’eau, et en développant des produits et des matériaux plus durables.

• En quoi vos travaux de recherche à la pointe de l’innovation technologique (notamment en termes de conception de nouvelles technologies) permettent-ils d’intervenir en matière de changement climatique et de développement durable : plastiques verts, polymères biodégradables, ressources renouvelables etc. ?

Nos recherches s’inscrivent dans un contexte où une approche plus verte est primordiale pour le développement de l’industrie chimique, à la fois pour la valorisation de petites molécules issus de la biomasse et pour la conception de matériaux recyclables et/ou biodégradables. Or, pour que l’industrie chimique puisse développer des transformations plus efficaces en termes d’énergie et de couts, l’intensification des procédés est devenue une étape cruciale vers la durabilité des réactions chimiques existantes et à venir. L’intensification englobe des concepts d’ingénierie des réactions et des matériaux, de conception et de gestion de l’énergie, qui visent à améliorer la sécurité et l’efficacité, et à diminuer l’impact environnemental des procédés de synthèse. Un rôle central dans l’intensification des procédés est réservé à l’utilisation de catalyseurs pour accélérer et diriger les réactions chimiques de manière sélective vers le ou les produits souhaités. Une stratégie d’intensification remarquable propose l’intégration de plusieurs catalyseurs (ou l’intervention de plusieurs cycles catalytiques) dans un seul réacteur, pour effectuer des réactions consécutives dites « one-pot ». En tant que ressource abondante et renouvelable, la biomasse est constituée d’une diversité de molécules beaucoup plus large/importante que celle des hydrocarbures, ce qui rend nécessaire (économiquement) l’identification d’une série de voies catalytiques pour parvenir à sa valorisation complète. C’est pourquoi les réactions « one-pot » doivent faire partie intégrante des stratégies de synthèse de la recherche en catalyse des bioressources, en particulier pour la production de polymères avec de nouvelles structures et fonctions. En effet, le principal avantage de la combinaison de plusieurs cycles catalytiques est la possibilité d’élargir la gamme de substrats qui peuvent être convertis, ainsi que les fonctions chimiques qui peuvent être obtenues, et donc de diversifier les voies de synthèse disponibles. En plus d’obtenir d’importantes économies d’énergie et des rendements plus élevés en moins de temps, les procédés « one pot » utilisent et étendent les qualités intrinsèques des catalyseurs et impliquent souvent des effets synergiques entre les centres catalytiques, ce qui peut permettre d’obtenir des produits difficilement accessibles autrement.

• Quelles sont les applications de vos recherches qui ont une action concrète pour la planète et participent au déploiement d’une société plus inclusive, plus juste et plus durable ?

La catalyse « one-pot » a récemment pris une importance croissante dans plusieurs domaines de la chimie organique, tels que la synthèse de produits naturels ou de médicaments. Cependant, ces approches restent très peu utilisées pour la synthèse de polymères durables. C’est pourquoi nous avons décidé de concevoir et développer de nouveaux systèmes catalytiques « one-pot » pour produire des polymères renouvelables aux structures bien définies, tout en tenant compte des préoccupations grandissantes concernant le développement durable et la protection de l’environnement.

Les stratégies « one-pot » que nous développons permettent d’accéder facilement à un ensemble de structures macromoléculaires uniques qui peuvent être utilisées pour répondre à la demande croissante de nouvelles applications pour les polymères commerciaux. C’est pourquoi, les procédures synthétiques que nous avons développées sont beaucoup plus évolutives que les différents procédés utilisés habituellement qui nécessitent un processus exigeant (faible conversion, purification entre chaque formation de bloc et ainsi de suite). Ces approches permettent ainsi de créer de nouvelles classes de matériaux, dont la fonctionnalité peut être conçue « à la demande ». Nous l’avons notamment démontré pour la synthèse de polymères très utilisés pour la fabrication des vernis, adhésifs et peintures. Les réactions « one-pot » sont donc simples à mettre en œuvre, consomment moins d’énergie, économisent les ressources et réduisent les déchets en éliminant les séparations intermédiaires. En tant que telles, elles sont à la fois plus rentables, plus efficaces et plus respectueuses de l’environnement. Mais ces stratégies synthétiques peuvent également être utiles pour la gestion durable des plastiques en fin de vie. En effet, contrairement au recyclage mécanique, le recyclage chimique préserve la qualité du produit recyclé et permet la dépolymérisation en monomères ou la conversion en produits chimiques utiles. C’est pourquoi nous avons conçu et synthétiser des polymères très utilisés notamment comme revêtements, et nous avons réussi à les dégrader directement dans des conditions douces en leurs propres matériaux de départ.

Pour aller plus loin Bibliographie sélective

https://www.inc.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/des-nouveaux-plastiques-verts-en-une-etape

https://www.chemistryviews.org/details/ezine/11310241/How_Green_Is_Your_Plastic/

https://www.chemistryviews.org/details/ezine/11334659/Degradable_Polymers_from_Renewable_Resources/

Angewandte Chemie International Edition 2022, 61, e202113443

Accounts of Chemical Research 2022, 55, 2168-2179

Angewandte Chemie International Edition 2021, 60, 19374-19382

Angewandte Chemie International Edition 2019, 58, 12585-12589

Journal of the American Chemical Society 2017, 139, 6217-6225

Nature Communications 2011, 2, 586

Retrouvez les portraits d’ ingénieurs pour un avenir durable de ParisTech