Projet ARCHI-CM
L’Institut Michel-Eugène Chevreul est porteur du Projet ARCHI-CM (Chimie et Matériaux Architecturés) qui a été retenu et subventionné dans le cadre du Contrat de Plan Etat-Région 2014-2020. C’est un projet structurant qui est centré sur le périmètre des laboratoires de l’Institut (UCCS, UMET, LASIR et MSAP et qui mobilise une part significative du secteur Chimie et Matériaux (environ 80 ETPT).
Le projet ARCHI-CM vise à répondre à des défis sociétaux, dans les domaines de la bio-économie, de la réponse aux défis énergétiques et des matériaux avancés. C’est un projet interdisciplinaire, dont la spécificité scientifique réside dans la combinaison des concepts d’architectures à la fois pour réaliser des matériaux innovants (assemblages de blocs fonctionnels, texturation multi-échelle, …) et pour induire des réactivités chimiques originales (milieux confinés, catalyseurs multifonctionnels,…).
Le projet ARCHI-CM s’articule en 3 programmes de travail (WP) centrés sur les défis auxquels il s’adresse :
L’objectif du
WP1 du projet ARCHI-CM est de mettre en œuvre le concept scientifique original d’architecture des réactions et des matériaux (ici essentiellement catalytiques) pour aboutir à des avancées significatives dans le domaine de la bio-économie. L’implantation de bioraffineries basées sur les ressources locales procurera de nouvelles sources d’activités économiques aux zones rurales, en créant ainsi des emplois spécialisés dans ces zones. C’est typiquement le cas de la région Hauts-de-France à fort potentiel agricole, lequel se verrait renforcé par la mise en œuvre de nouvelles technologies.
Le programme de travail WP1 s’appuie sur un actif de stature internationale tant dans le domaine scientifique (valorisation catalytique de la biomasse et du biogaz, production de matériaux à partir d’agro-ressources, chimie utilisant des synthons biosourcés) que partenarial (projet Européen de bioraffinerie). Une action phare de ce WP sera la plateforme partenariale UPCAT, qui vise à produire des catalyseurs pour la valorisation de la biomasse. Unique à l’échelle internationale, elle se situera dans la continuité technologique directe de REALCAT (Equipex) et du Hall Pilote Catalyse en se plaçant directement en aval, et permettra de combler le chaînon manquant entre le stade laboratoire (gramme) et industriel (centaine de kilogrammes).
Les travaux proposés dans le WP2 s’inscrivent dans la démarche de transition énergétique décrite notamment dans le programme de la « Troisième Révolution Industrielle ». Ils relèvent du développement des filières hydrogène et biogaz notamment en région Hauts-de-France comme vecteur énergétique. Ils concernent la conception de matériaux innovants, d’une part pour des applications dans les électrolyseurs de type Electrolyse à Haute Température (SOEC) ou les piles à combustibles à oxyde solide (SOFC), et d’autre part pour le traitement catalytique du biogaz. L’objectif est de proposer des nouveaux matériaux d’électrode conducteurs mixtes à topologie spécifique (1D, 2D, 3D, modulaire…) électrochimiquement actifs dès les moyennes températures (350°-500°C). Nous développerons également des nouveaux matériaux d’anode pour l’alimentation en biogaz dans des dispositifs à plus haute température, résistant au soufre et à la formation de coke. Les performances de tels dispositifs ne dépendent pas uniquement de leurs propriétés intrinsèques mais également de leur mise en forme (porosité, microstructure, texturation). La plateforme ELCAMAT permettra la caractérisation fine de ces nouveaux matériaux en relation avec leurs propriétés électrochimiques et/ou catalytiques
L’objectif global du WP3, qui mobilise des compétences multidisciplinaires, est de concevoir des matériaux fonctionnels avancés à propriétés et performances ajustables en fonction des applications visées. Les concepts d’architecture des matériaux (agencement des briques élémentaires) sont mis en œuvre par des méthodes d’élaboration et de transformations originales, en relation étroite avec leurs propriétés et performances. Le support de techniques de caractérisation avancées de haut niveau est un élément incontournable de ce WP. Le recours à la modélisation prédictive multi-échelles et multi physiques constituera en outre un axe directeur et transversal de la démarche. Les matériaux visés concernent principalement les matériaux hybrides, les nanomatériaux, les matériaux fonctionnels (intumescents, multiferroïques, catalytiques, auto-cicatrisants, photo-fonctionnels, à usage mécanique). Dans ce WP3, nous projetons la mise en place d’une plateforme partenariale (FIRE-RESIST) qui constituera un centre de référence Européen de design et de conception de solutions « retard au feu » industrielles pour de multiples secteurs d’applications. Elle fera le pont entre la recherche fondamentale et la conception à l’échelle labo (TRL 1 à 4) jusqu’à la certification et la production industrielle (TRL 6 à 9).
Ces 3 programmes de travail complémentaires sont alimentés par des projets de recherche à caractère scientifique et technologique, menés par les laboratoires partenaires du projet.
Ils s’appuient sur 3 plateformes :
La plateforme d’ELaboration et de CAractérisation avancée de MATériaux ELCAMAT prévue dans le cadre du projet ARCHI-CM constitue un outil transversal mettant à disposition de l’ensemble des acteurs impliqués dans les différents WP, des nouveaux équipements différentiants permettant des avancées significatives dans la compréhension de la structure fine de la matière. Ces nouveaux équipements de caractérisation viennent accroître encore davantage le potentiel des plateformes analytiques de l’Institut, renforçant ainsi leur visibilité au plan régional et national. Les principaux investissements concerneront les mesures magnétiques, la microscopie électronique, la diffraction des rayons X, l’XPS, les spectroscopies ultrarapides ainsi que la modélisation multi-échelle et multi-physique. La plateforme ELCAMAT concerne également la création de sept plateaux d’élaboration à fort potentiel scientifique et/ou partenarial. Ces plateaux ont pour certains d’entre eux vocation à devenir des laboratoires communs avec des partenaires du secteur socio-économique ou de futures plateformes partenariales au même titre que UPCAT ou FIRE-RESIST. Ces plateaux d’élaboration concernent les thématiques suivantes : Détergence et formulation ; Matériaux pour l’énergie ; Chimie pour les filières nucléaires ; Matériaux sous haute pression ; Synthèse macromoléculaire avancée ; Plasturgie réactive ; Pigments innovants.
La plateforme partenariale UPCAT aura pour objectif de produire des catalyseurs pour la valorisation de la biomasse. Unique à l’échelle internationale, elle se situera dans la continuité technologique directe de REALCAT (Equipex) et du Hall Pilote Catalyse en se plaçant directement en aval, et permettra de combler le chaînon manquant entre le stade laboratoire (gramme) et industriel (centaine de kilogrammes). La plateforme partenariale FIRE-RESIST constituera un centre de référence Européen de design et de conception de solutions « retard au feu » industrielles pour de multiples secteurs d’applications. Elle fera le pont entre la recherche fondamentale et la conception à l’échelle labo (TRL 1 à 4) jusqu’à la certification et la production industrielle (TRL 6 à 9).
- Ce projet est cofinancé par l’Union européenne avec le Fonds européen de développement régional.
