10 ans de REALCAT

Lauréate de la seconde vague de l’appel à projet sur les équipements d’excellence lancée en 2010 dans le cadre du PIA, la plateforme REALCAT dévolue au développement de catalyseurs fête ses 10 ans. Portée par l’Unité́ de Catalyse et Chimie du Solide (UCCS - UMR 8181), le Centre de Recherche en Informatique, Signal et Automatique de Lille (CRIStAL - UMR 9189) et l’Institut Charles VIOLLETTE (ICV - UMR transfrontalière 1158 BioEcoAgro), elle est hébergée sur le site de Centrale Lille et fait partie de l’Institut Michel-Eugène Chevreul (IMEC - FR2638).

Depuis son inauguration en mai 2014, plus de 400 projets locaux, nationaux et internationaux, ont été menés avec REALCAT, dont 60% à portée industrielle. En 10 ans, la plateforme a généré un chiffre d’affaires de près de 3 millions d’euros et indirectement, plus de 15 millions d’euros de contrats.

Des industriels de la chimie, l’énergie, l'environnement, la santé ou la nutrition dont SOLVAY, MITSUBISHI CHEMICALS, LIPOFABRIK, SOUFFLET ou encore, plus récemment, SYENSQO, PREMIER TECH et HORIBA, s’appuient sur cet équipement unique au monde pour conduire leurs projets de recherche. Ils sont épaulés par les experts de REALCAT au sein des laboratoires de recherche de Centrale Lille, de l’Université de Lille et du CNRS. « Peu de personnes le savent mais 8 objets du quotidien sur 10 sont produits grâce à la catalyse. Elle est au cœur de notre vie et concourt au développement de la bioéconomie et de l’économie circulaire. Dix ans après son lancement et grâce à son extraordinaire potentiel, la plateforme REALCAT constitue un équipement de premier plan dans tous les domaines liés à la catalyse. Surtout il ouvre de nouvelles perspectives en termes de procédés et de production pour atteindre des performances exceptionnelles en veillant à adopter une conception respectueuse de l'environnement », commente Sébastien Paul, coordinateur de REALCAT, professeur à Centrale Lille et chercheur à l'UCCS.

Une plateforme unique et complète au service du développement accéléré de produits grâce à la catalyse

REALCAT est la première concrétisation mondiale du laboratoire du futur dédié à la recherche et au développement de catalyseurs, particulièrement pour les bioraffineries. Elle se distingue par son intégration multidisciplinaire (chimie, biotechnologie, mathématiques, informatique et statistique), sa grande flexibilité et les gains de temps conséquents qu’elle permet. REALCAT est unique au monde à quatre titres :

- Elle est la seule plateforme à couvrir à la fois la biocatalyse, la catalyse chimique (homogène et hétérogène) et les matériaux.

- Elle peut être utilisée à toutes les étapes de la recherche et du développement d'un catalyseur ou d’un procédé catalytique : synthèse, caractérisation et tests de catalyseurs. Pour cela, elle réunit des robots pour la synthèse automatisée de catalyseurs, des outils de caractérisation rapide, et des outils ultra-rapides parallélisés pour l'évaluation des performances catalytiques.

- Elle offre des capacités de criblage haut-débit permettant de démultiplier les expériences en parallèle ou en séquentiel et d’obtenir des résultats dans des délais très courts - une semaine au lieu de deux mois de travail en laboratoire. Le temps nécessaire lors d’un cycle de découverte de nouveaux procédés catalytiques est ainsi considérablement réduit, tout en garantissant une excellente fiabilité et reproductibilité des résultats obtenus.

- Elle permet d’explorer de nouvelles approches de la catalyse : catalyse hybride, catalyse digitale, etc. Combinée le plus souvent à des méthodes statistiques (plans d'expérience), elle accélère et rationalise le développement de nouveaux procédés catalytiques

De très nombreuses collaborations sur le plan scientifique

La plateforme est largement plébiscitée par les équipes de recherche à travers le monde, mobilisant des chercheurs et ingénieurs en chimie, biologie, biotechnologies et R&D industrielle. Elle apporte des services en adéquation avec leur besoin de développer des procédés catalytiques moins énergivores, moins consommateurs d’eau, moins émetteurs de CO2 et moins dépendants des ressources fossiles. En un mot, des procédés plus respectueux de l’environnement.

A titre d’illustration des collaborations scientifiques rendues possibles par la plateforme REALCAT on peut citer le projet METHANCAT consacré à la production de biométhane. Lancé début 2022 par le laboratoire UCCS et soutenu par le CNRS, le projet METHANCAT vise à accroître significativement le pouvoir énergétique du biogaz en convertissant le CO2 qu’il contient, en méthane (CH4) par une réaction d’hydrogénation sans aucune séparation de gaz préalable permettant ainsi des économies notables. Cette technologie implique un catalyseur chimique qu’il convient d’optimiser avec la plateforme REALCAT pour parvenir à des performances optimales. Elle est l’objet d’une demande de brevet en cours d’instruction.

Pionnière dans le développement de nouveaux procédés catalytiques

Au niveau scientifique, REALCAT a permis l’exploration d’un nouveau champ disciplinaire appelé « catalyse hybride ». Couplant les systèmes catalytiques biotechnologiques avec des catalyseurs chimiques, ce procédé exploite les atouts des deux technologies comme la grande sélectivité des biocatalyseurs et la forte activité des catalyseurs chimiques. Il permet des avancées significatives en matière de synthèse chimique de molécules à forte valeur ajoutée, ouvrant de toutes nouvelles perspectives dans les voies d’obtention de monomères biosourcés, de molécules d’intérêt pour les secteurs de l’agro-alimentaire ou encore de la santé. Depuis 2021, les experts de REALCAT en collaboration avec des partenaires industriels tels que SOLVAY, SYENSQO et HORIBA ainsi que l’INRIA ont développé le concept de « catalyse digitale », qui combine la catalyse et intelligence artificielle. Les algorithmes de traitement des données sont utilisés pour identifier encore plus vite des pistes d’amélioration des catalyseurs. Ainsi, deux chaires industrielles coordonnées par le Pr Sébastien Paul exploitent les capacités de REALCAT pour développer des procédés de catalyse digitale :

- SMARTDIGICAT : lancée en juillet 2021 et financée par la Métropole Européenne de Lille et l’Université de Lille, elle vise à élaborer des procédés catalytiques optimisés, plus sûrs et plus respectueux de l’environnement. Portée par l’équipe VAALBIO de l’UCCS (UMR CNRS 818) en partenariat avec le laboratoire CRIStAL (UMR CNRS 9189), l’INRIA et les sociétés SOLVAY et HORIBA, elle combine le criblage catalytique haut débit pour accélérer l’acquisition des données expérimentales, la chimie théorique pour réaliser des prédictions des performances des catalyseurs, les sciences humaines pour mesurer les impacts des procédés développés et l’intelligence artificielle pour réduire le temps d’analyse de la grande quantité de données à traiter.

- PLASTILOOP 2.0 : lancée en septembre 2021, co-coordonnée par le Dr. Egon Heuson et cofinancée par l’ANR et la société SYENSQO, elle étudie de nouvelles technologies de recyclage de polymères aromatiques dans le cadre d'applications industrielles répondant aux principes de l'économie circulaire. Outre développer de nouvelles voies de dégradation et de synthèse à l’aide de catalyseurs originaux, PLASTILOOP2.0 élaborera des algorithmes de prédiction permettant de relier l’activité de ces catalyseurs aux descripteurs fondamentaux qui les caractérisent. La chaire réunit 4 laboratoires académiques (UCCS, BioEcoAgro, CRIStAL et E2P2L) et l'industriel SYENSQO.

Nouveaux investissements et perspectives

REALCAT a bénéficié d’un investissement initial de plus de 8,7 millions dans le cadre de la 2nde vague de l’appel à projet « équipements d’excellence » du PIA en 2014, complété par des fonds FEDER à hauteur de 700 000 euros. Afin d’encore améliorer les capacités de REALCAT et d’ajouter des équipements à la pointe de la technologie (nouveaux systèmes multiréacteurs en batch et en continu pour mesurer les performances des catalyseurs, analyseur élémentaire ICP, robots de pipetage automatique, analyseur par chromatographie en phase gazeuse…) un investissement complémentaire de l’ordre de 2 millions d’euros est prévu prochainement, via le plan Etat-Région, complété par des fonds FEDER (CPER CHEMCAT et BiHautsEcoDeFrance).

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