Projet ARCHI-CM
L’Institut Michel-Eugène Chevreul a porté le 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’était un projet structurant centré sur le périmètre des laboratoires de l’Institut (UCCS, UMET, LASIRE et MSAP) et qui a mobilisé une part significative du secteur Chimie et Matériaux.
Le projet ARCHI-CM visait à répondre à des défis sociétaux, dans les domaines de la bio-économie, de la réponse aux défis énergétiques et des matériaux avancés. C’était un projet interdisciplinaire, dont la spécificité scientifique résidait 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 était de mettre en œuvre des développements pour aboutir à des avancées significatives dans le domaine de la bio-économie. L’implantation de bioraffineries basées sur les ressources locales procure 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 voit renforcé par la mise en œuvre de nouvelles technologies.
Le programme de travail s’appuyait sur un actif de stature internationale tant dans le domaine scientifique (valorisation catalytique de la biomasse et du biogaz, de la 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 a été la création de la plateforme technologique UPCAT qui est dédiée à l’étude de la préparation de supports et de catalyseurs pour la catalyse hétérogène. Unique à l’échelle internationale, elle est positionnée dans la continuité technologique directe de de la plateforme REALCAT et du Hall Pilote Catalyse de l’UCCS en se plaçant directement en aval, et a permis de combler le chaînon manquant entre le stade laboratoire (gramme) et industriel (centaine de kilogrammes).
Les travaux proposés dans le WP2 se sont inscrits dans la démarche de transition énergétique décrite notamment dans le programme de la « Troisième Révolution Industrielle ». Ils relevaient du développement des filières hydrogène et biogaz notamment en région Hauts-de-France comme vecteur énergétique. Ils concernaient 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. Le projet a contribué au développement de nouveaux matériaux conducteurs mixtes à topologie spécifique (1D, 2D, 3D, modulaire…) électrochimiquement actifs dès les moyennes températures (350°-500°C). Nous avons développé également des anodes 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 de caractérisation avancée a permis la caractérisation fine de ces nouveaux matériaux en relation avec leurs propriétés électrochimiques et/ou catalytiques.
L’objectif global du WP3 était 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) ont été mis en œuvre par des méthodes d’élaboration et de transformations, en relation étroite avec leurs propriétés et performances. Le support de techniques de caractérisation avancée de haut niveau a été un élément incontournable de ce WP. Le recours à la modélisation prédictive multi-échelles et multi physiques a constitué en outre un axe directeur et transversal de la démarche. Les matériaux concernés ont été principalement les matériaux hybrides, les nanomatériaux, les matériaux fonctionnels (intumescents, multiferroïques, catalytiques, auto-cicatrisants, photo-fonctionnels, à usage mécanique). Ce WP3 a permis la mise en place d’une plateforme technologique (FIRE-RESIST) qui devrait s’imposer comme un centre de référence de design et de conception de solutions « retard au feu » pour de multiples secteurs d’application. Elle fait 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.
Le projet ARCHI-CM a permis le développement de plateformes et de plâteaux de recherche :
Les travaux qui ont été conduits dans le cadre du projet ARCHI-CM se sont largement appuyés sur des outils de caractérisation de la matière (RMN, microscopie électronique, RPE, diffraction des RX, …). La plateforme PCA a été utilisée comme un outil transversal mettant à disposition de l’ensemble des acteurs impliqués dans les différents WP, des nouveaux équipements permettant des avancées significatives dans la compréhension de la structure fine de la matière. Les principaux investissements ont concerné les mesures magnétiques, la microscopie électronique, la diffraction des rayons X, l’analyse de surface et la spectroscopie ultrarapide. Outre les investissements réalisés, le projet ARCHI-CM a largement contribué à la poursuite de la structuration de la plateforme de caractérisation avancée (PCA). Une étape importante de cette évolution a été une profonde réforme de son mode de fonctionnement qui a conduit à sa labellisation par l’Université de Lille. Plusieurs de ses instruments sont par ailleurs rentrés dans l’infrastructure nationale de recherche INFRANALYTICS.
Le projet ARCHI-CM a permis la création de
UPCAT et
FIRE-RESIST (voir ci-dessus). Ces outils sont maintenant intégrés dans la plateforme
PTICM, labellisée par l’Université et Centrale Lille en 2020. Elle constituée de 5 pôles instrumentaux et a pour vocation de développer des collaborations de recherche et des services liés à la thématique « Chimie et Matériaux ». Elle s’appuie sur un parc d’instruments parmi les plus performants sur le marché, associé à une expertise et un support scientifique reconnus au niveau international. La spécificité scientifique de la plateforme PTICM réside dans la grande diversité et la complémentarité des outils qu’elle propose pour la recherche et les services dans les domaines de la Chimie et des Matériaux.
Des investissements ont également été réalisés pour consolider des plateaux de recherche existants ou en créer de nouveaux. Parmi ces derniers, le nouveau bâtiment Chevreul (mise en service en 2019) a permis l’accueil de plusieurs plateaux de recherche qui ont pu bénéficier du projet ARCHI-CM. Il s’agit plus particulièrement des plateaux « Matériaux pour l’énergie », « Matériaux sous haute pression », « d’élaboration de matériaux polymères » et de « synthèse macromoléculaire avancée ».
Au final, le projet CPER ARCHI-CM a été co-financé à hauteur de 12,8 M€ par l’Etat, la région des Hauts-de-France, l’Europe au travers les fonds FEDER et la MEL. Il a permis la production de ~1900 articles scientifiques, la soutenance de plus de 280 thèses de doctorat, l’obtention de 200 contrats de recherche financés par l’état français (pour un montant de ~21 M€), l’obtention de 35 contrats financés par des organismes internationaux dont 2 projets ERC « Advanced Grant » (pour un montant de ~10 M€), la signature de plus de 150 conventions de recherche partenariale (pour un montant de ~13,5 M€), et le dépôt d’une cinquantaine de brevets.
En finançant et structurant la recherche du domaine « Chimie et Matériaux » pour le versant Nord de la région des Hauts-de-France, le projet ARCHI-CM a favorisé, d’une part, les collaborations entre laboratoires de recherche publics et, d’autre part, le développement de partenariats avec les acteurs du monde socio-économique.
- Ce projet est cofinancé par l’Union européenne avec le Fonds européen de développement régional.
