Enseignement 2023-2024 : La transition énergétique : aujourd’hui et demain (II)
Séminaire du 10 janvier 2024 : De la valorisation de la biomasse à une chimie écologique
Intervenante : Claude Grison, directrice du Laboratoire de chimie bio-inspirée et d’innovations écologiques, UMR CNRS 5021, Montpellier
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Chaire Chimie des processus biologiques
Professeur : Marc Fontecave
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[Musique] [Musique] donc Claude Grison est directrice de recherche au CNRS à Montpellier c’est une spécialiste de la chimie du vivant et je dirais même de chimie écologique on peut on peut appeler ça comme ça euh et ça sa recherche porte notamment sur l’utilisation des plantes pour dépolluer
Les sites miniers et exploiter les métau qu’elle extrait de ces de ces de ces choseslà comme catalyseur alors en 2014 elle a reçu la médaille de l’innovation du CNRS elle est membre de l’Académie européenne des sciences de depuis 21 en 2022 elle a été elle a été lauréade du
Prix de l’inventeur européen euh voilà je la remercie d’avoir accepté de nous parler de ce qu’on peut faire avec de la biomasse et autres choses voilà [Applaudissements] merci tout d’abord bonjour à tous merci Marc pour ton invitation à discuter d’un sujet effectivement essentiel transition énergétique merci aussi pour donc cette
Première heure d’introduction qui correspond tout à fait à l’esprit de ce que je vais vous présenter donc effectivement l’industrie chimique était très consommatrice d’énergie pas forcément donc énergie électrique effectivement et d’ailleurs pour construire et bien tous les polymères matériaux médicaments comme tu l’as rappelé mais est nécessaire d’apporter
De l’énergie l’énergie chimique pour la construction donc de ces molécules complexes qui sont nécessaires à notre bien-être et à notre santé la nature le fait tout aussi bien d’ailleurs mais utilise classiquement des enzymes pour apporter l’énergie nécessaire à ces transformations chimiques en chimie de synthèse et bien très souvent on est
Amené à utiliser des métaux voire d’une façon plus générale des minéraux ils viennent classiquement de l’extraction minière avec tout l’impact environnemental qu’on connaît à cette extraction miniaire et à sa transformation métallurgique et et autre problème et bien ces minéraux d’origine minière ne sont pas renouvelables et certains sont déjà dans une situation
Critique en terme de raréfacction mondiale donc comment proposer des solutions face à ce scénario assez préoccupant et bien effectivement c’est d’aller chercher ces minéraux ces éléments métalliques dans la biomasse c’est inhabituel comme raisonnement puisque comme tu l’a montré souvent ben la biomasse est considérée comme une richesse en matière carbonée bien moi ce
Qui m’intéresse c’est de montrer a que finalement c’est une ressource insoupçonnée donc en éléments minéraux et métalliques dont a tant besoin l’industrie chimique alors l’idée peut paraître ambitieuse mais elle a la volonté s’inscrire dans une autre transition que la transition énergétique c’est également la transition écologique à savoir essayer de concevoir la ressource
Biomasse comme une matière première minéral possible mais pas n’importe comment en essayant de la concevoir sur le long terme c’est-à-dire en s’intéressant au grands problèmes écologiques que nous connaissons aujourd’hui et en essayant d’y répondre aussi alors pour ça et bien je vous invite à rejoindre les conclusions donc d’une autre COP pas la
COP 28 mais la COP 15 biodiversité qui s’est réunie bien il y a un petit peu plus d’un an à Montréal qui réunissait environ 200 pays qui ont réfléchi conjointement aux gros problèmes actuels et en particulier à ce qui impacte fortement la biodiversité et à ce titre
Et bien cinq facteurs clés ont été déclarés comme étant responsable directement du déclin de la biodiversité il s’agit de choses qui sont parfois connues teles que l’usage des terres et des milieux aquatiques que l’on conçoit aujourd’hui notamment donc par exemple la déforestation pour des raisons diverses des choses très connues comme
Le réchauffement climatique inutile de s’étendre sur le sujet les clairement admis même par les plus sceptiques la surexploitation des ressources naturell qu’elle soit végétale ou animale d’ailleurs un récent rapport de l’IPBES qui est un peu le GC de la biodiversité le rappel hein dans un rapport qui est vraiment alarmant on
Y reviendra et puis deux autres scénarios tout aussi importants la pollution à prendre au sens large du terme pollution des sols pollution de l’eau de l’air et enfin un dernier problème moins connu mais pourtant très important celui du développement incrôlé d’espèces envahissantes qu’elles soit végétal ou animal vous envoyez une photo
Ici un exemple développement d’espèces aquatiques exotique donc sur un contrecanal du rô qui est en train d’étouffer complètement la vie aquatique donc évidemment une pression énorme sur la biodiversité la catastrophe écologique est très claire mais elle est tout aussi économique puisqu’on considère aujourd’hui que le développement de ces espèces
Envahissantes coûte chaque année 400 milliards de dollars à l’économie mondiale aussi coût aussi élevés que les catastrophes naturelles dont on parle beaucoup en ce moment scénario dans l’avenir encore plus préoccupant puisque ces coûts augmentent d’un facteur 4 tous les 10 ans où va-t-on donc voilà des problèmes essentiels qui s’inscrivent également
Dans la démarche que je vais vous proposer d’ailleurs mes propos vont s’inscrire dans la volonté de résoudre ces deux derniers problèmes environnementaux pollution des sols et de l’eau il y a effectivement un continuum de pollution entre les deux comment s’intéresser à l’un et pas à l’autre les deux sont étroitement liés
Et puis au développement des espèces exotiques envahissantes contenu du sujet thématique qui nous intéresse ce matin je limiterai mon propos donc à la gestion des espèces végétales exotiques envahissantes alors comment cumuler la résolution de ces problèmes avec la production donc de ressources métalliques à partir de la
Biomasse et bien la ces défis peuvent être relevés en s’appuyant sur une démarche en deux étapes tout d’abord essayer de développer des solutions basées sur la nature fondées sur la nature comme on le dit aujourd’hui qui s’inscrit vraiment sur l’exploitation d’une particularité des ressources végétales effectivement les plantes sont
Sont dans une situation très particulière contrainte à l’immobilisme pour s’adapter au stress auquel on les soumet elles doivent développer des stratégies d’adaptation tout à fait remarquable très inspirante qui vont être à l’origine des solutions que je vais vous proposer mais si ces solutions naturell peuvent être extrêmement performantes j’espère vous en convaincre
Tout à l’heure et bien il faut qu’ell soit durable et pour ça il faut tout simplement qu’elle soit économiquement viable et c’est là qu’entre très clairement la valorisation de la biomasse qui est absolument nécessaire pour soutenir les efforts écologiques initiaux bah finalement cette démarche en deux étape relève tout simplement de
La stratégie d’une grosse ONG de la biodiversité que vous connaissez certainement l’UCN mais aussi tout simplement et bien la stratégie nationale de la biodiversité de la France à l’horizon 2030 je vais donc vous montrer donc cette démarche en deux étapes à travers les deux problématiques que je vous ai
Exposé la pollution et le développement des espèces envahissante on va tout d’abord s’intéresser au gros problèmes de la pollution des sols pollution très étendu qui est d aux activités humaines au sens large activités industrielles telles que les activités minières activités agricoes ou simplement activité domestique qui occasionne donc une
Pollution des sols par ces métaux dont on sait ne sont pas biodégradables persistants et si on nintervient pas et bien il reste présent et donc occasionne donc une forte décomposition décroissance et régression de la biodiversité des sols comment s’adapte la nature à ce scénario de pollution
Métallique bien c’est là où on voit la force de certaines espèces végétales quelques plantes réussissent à tolérer des concentration énorme d’éléments métalliques dans le sol elles arrivent à survivre dans des scénarios absolument extraordinaires et parmi elles certaines plantes font encore mieux que tolérer la pollution elles sont tout à fait
Capables de l’extraire par leur système racinaire hein via des réactions chimiques absolument fabuleuses de les transporter par des transporteurs très spécifiques et d’aller mettre ses métau à l’abri dans les vacuol des cellules végétales comme pour mieux s’en protéger c’est un phénomène naturel d’adaptation des plantes à la pollution métallique
C’est ce qu’on appelle la phyoextraction extraction des métaux par les plantes alors évidemment ça ne concerne que quelques plantes assez extraordinaires spécifiques mais qui on un potentiel de concentration des élentss métalliques énorme et bien nous avons découvert un petit peu par hasard d’ailleurs l’existence de certaines de ces plantes
Dans le sud de la France on a essayé de mieux les connaître pour les développer de façon intense et proposer un programme de restauration des sols pollués c’est comme ça que l’histoire a commencé et ceci donc a été possible donc et nous avons réussi à montrer la faisabilité de la technique de
Phytoextraction à grande échelle dans le sud de la France puis ça nous a emmené à montrer la faisabilité de la technique dans d’autres contextes en Europe notamment en Crète en Chine évidemment il y a beaucoup à faire en Afrique aussi notamment au Gabon où il y a des extractions miniires de manganaise
Très importantes et puis un endroit sur lequel je reviendrai beaucoup et bien la nouvellecéédonie qui est un scénario extraordinaire une richesse inouie en ces espèces capables de faire de la phyoextraction donc ceci a été possible ces plantes s’adaptent extrait les métaux et permettent de réintroduire une végétation durable qui va servir de
Couvert végétal sur des sols très pollués où il y avait plus aucune végétation et ainsi limiter l’érosion éolienne des particules métalliques qui ne sont une source de contamination de l’environnement mais aussi de problèmes sanitaires avérés bien identifiés comme par exemple des cas de saturnisme donc ça c’est la première
Étape qui est la partie solution fondée sur la nature simplement vous l’ imaginer pour développer des plantes sur des sols contaminés et bien il faut prendre son temps faut respecter le R rythme de la nature tout ça coûte cher comment soutenir ces efforts donc de restauration de sititees pollués c’est
Là où la valorisation de la biomas c’est essentiel c’est là où elle va pouvoir soutenir ses efforts de restauration écologique alors comment valoriser de telles plantes qui séquestre les métaux dans leur partie aérienne bien l’idée est d’être cohérent avec l’effort initial de dépollution à savoir la valorisation de la biomasse doit ne pas
Impacter l’environnement sinon ça n’a pas de sens donc comment réfléchir à une valorisation de la biomasse qui pourrait être écoresponsable qui pourrait maîtriser son empreinte environnementale bien l’idée a été de considérer en fait que ces plantes sont des réservoirs naturels de métaux pour faire la catalyse chimique et bien remplacer les
Métaux qui viennent d’origine minière alors bien sûr ne pas utiliser des plans de chargeur métaux dans des opérations métallurgiques ça n’a effectivement complètement incohérent avec la volonté de dépolluer ça a été bien d’utiliser ces métaux confiné dans la biomasse dans ces plantes donc en sous forme de ce
Qu’on a appelé des écocatalyseurs pour bien rappeler que ces catalyseurs viennent des plantes et ne viennent pas de d’origine minière et de montrer qu’il pouvait rivaliser avec les catalyseurs d’origine minière pour construire des molécules à haute valeur ajoutée alors je vais vous montrer donc assez rapidement parce qu’il y aura bien
D’autres choses à voir encore comment et bien ces efforts de restauration des sols ont permis de nourrir une nouvelle chimie qui va possible grâce et bien l’énergie apportée par ces écocatalyseurs donc voyons les deux étapes tout d’abord à travers l’exemple qui me semble plus démonstratif sueli de
La Nouvelle-Calédonie où il y a le double problème la Nouvelle-Calédonie c’est tout d’abord un territoire magnifique dans le Pacifique Sud quand on arrive sur le territoire en avion la première chose qui surprend donc et bien c’est ce lagon magnifique un des plus grands au monde un des plus beaux aussi
Qui a d’ailleurs été classé au patrimoine mondial de l’UNESCO c’est aussi une biodiversité végétale absolument inouï vous connaissez peut-être sa mangrove avec le cœur dev veau photo prise par Yan Artus Bertrand qui a circulé dans le monde entier qui est tout aussi magnifique et qui reflète quelque chose que l’on connaît à savoir
Que la Nouvelle Calédonie abrite un taux d’endémisme absolument extraordinaire plus de 744 % des espèces végétales présentes sur ce territoire en fait son propre territoire calédonien on les trouve nul part ailleurs et parmi ces curiosités végétales et bien existe notamment ce qu’on appelle l’arbre à la sève bleue ou picnandra cuminata pour
Les botanistes si vousêtes parmi vous alors quelle est la particularité de cet arbre et bien euh euh vous avez peut-être connu la couleur de sa sève ici couleur bleue qui traduit euh un scénario euh donc existant sur le territoire calédonien c’est que l’histoire géologique de la Nouvelle-Calédonie introduit des quantités de nickel très
Importante dans le sol le nickel est toxique pour nous hein il est CMR mais il est aussi pour les plantes et il y a un nombre d’espèces végétales important en Nouvelle-Calédonie qui s’est adapté à la présence de ce nickel dans le sol et qui fait la phytoextraction que
J’expliqua tout à l’heure cet arbre en fait partie il il extrait le nickel du sol le transporte dans la cève jusqu’à 20 % une véritable folie végétale cette couleur bleue celle de nickel pour aller le stocker dans ses parties aériennes vous reconnaissez cette couleur bleue de
La sève tout à fait analogue au minerai nickel de la NouvelleCalédonie qui est un des plus grands producteur mondial de nickel le nickel qui a été indispensable pour produire les revêtements inoxydables sur les espèces métalliques et qui dans le futur va être tout aussi important pour les batteries nos
Véhicules électriques bien voilà cette ressource de nickel c’est une merveille d’adaptation des espèces végétales comme cet arbre à laassf ble bleu mais c’est bien évidemment aussi autre chose l’extraction minière du nickel vous voyez un exemple d’une usine donc d’extraction de ce mineraiis en plein nord de la Nouvelle-Calédonie
Ultraamoderne qui est installée vous le voyez là juste à côté du lagon dont je décrivais la beauté tout à l’heure pour des raisons logistiques faciles à comprendre le minerai est ainsi facilement exportter vers les pays asiatiques les plus proches pour exploiter ce minerai bon bien sûr ça expose directement le lagon à une
Pollution nickel he qui est avérée qui exerce une menace supplémentaire sur le récif coralien qui est déjà largement fragilisé par le réchauffement climatique l’extraction du nickel c’est aussi bien des des mine à ciel ouvert faut aller creuser en profondeur le sol pour récupérer ce nickel on considère que le minerai de Nouvelle-Calédonie est
Un des plus riches en nickel alors qu’est-ce que ça veut dire 1,2 1,4 % de nckel dans le minerai c’est ve dire qu’on accepte d’entrer on va générer à peu près 99 % de déchets c’est quandême ce qu’on accepte d’entrer bien ceci va occasionner des quantités importantes
Bien sûr de déchets dont on ne sait que faire mais pas que quand on a extrait donc ce minerai et bien le sol est tellement dégradé qu’aucune végétation n’arrive à à reprendre or on est dans le Pacifique Sud soumis à des orages tropicaux violents voire à des cyclones
À répétition plus de végétation c’estd qu’à chaque fois qu’il pleut les sols sont lessivés les métaux qui sont présents et bien donc sont dissous entraînés dans les rivières et ces métaux se retrouvent dans le lagon autre conséquence directe qui arrive malheureusement assez souvent et bien les villages qui sont installés à
Proximité de ces sites miniers qui sont dévégétalisés souffrent de ce lessivage des sols qui peut aller très loin et dans ce village en particulier où les habitations avaient été emporté lors donc d’un cyclone il y a pas si longtemps donc un un drame local et et pourtant paradoxalement et bien le
Territoire calédonien vit en fait de la production l’extraction de ce minerais donc un contexte difficile auquel on s’est intéressé où il nous semblait vraiment vraiment utile d’étudier la possibilité de revégétaliser ces sol à l’aide de ces plantes qui sont capables de survivre sur des sols donc très
Dégradés où il y a une forte concentration métallique c’est ce qui a été fait en s’intéressant à des arbres qui fonctionnent comme l’arbre à la siève bleue alors pas en tilisant celui-ci parce qui est quand même très fragile très particulier et il n’arrive pas à survivre sur des sites dégradés
Tels que les sites miniers maintenant allons choisir sur le territoire et bien des espèces qui hyper acccumulent le nickel comme celui-ci ou le manganaise véritable paradoxe sur cette terre du nickel où des plantes arrivent à confiner le manganèse plus d’1 % dans les parties aériennes donc plus que dans
Le mineret donc qui permettent qui résiste en fait à ces conditions de dégradation alors bien sûr je pas sous silence sous les efforts écologiques qui doivent être fournis pour bien comprendre la particularité de ces espèces végétales façon à les introduire sur ces sites dégradés pour qu’il résistent et qu’ell se développe à l’âge
Adulte faut savoir que ce sera des arbres qui feront environ 10 m d’envergure donc les efforts de restauration minière ont été réalisés sur l’ensemble du territoire quelque chose qui est très important localement un petit peu comme en Corse vous savez faut faire attention à l’équilibre des activités que l’on développe avec le
Support logistique des opérateurs miniers français qui ont joué le jeu pour participer à ces efforts de restauration de leur site juste après exploitation alors comme je vous le disais bon ben la phytoextraction c’est pas si simple que ça parce que il y a quand même pas mal de contraintes pour
Réussir bon tout d’abord un premier obstacle mais c’est l’altitude la plupart des sites miniers donc sont installés en altitude ce qui est déjà rédihibitoire pour beaucoup d’espèces végétales deuxème problème problème c’est comme le climat parce que c’est pas si simple d’avoir une alternance en gros de 6 mois de zone humide avec ces
Rages violents qui ont tous les CIV emportés nos jeunes plants et puis 6 mois de sécheresse d’ailleurs en ce moment sur la partie nord de la Nouvelle Calédonie c’est malheureusement plus que 6 mois condition rudes il va pourtant falloir que les espèces végétales qu’on introduit survivent mais le pire c’est
Quandme bien la composition du sol un lot de métotoxique redoutable pour les plantes pour nous nickel manganèse fer chrome cobalt et un défaut avéré de tout ce qu’il faudrait pour que ces plantes puissent survivre très peu de phosphore calcium potassium sodium azote sucre et cetera donc des difficultés notables et
Pourtant qu’il faut lever pour s’inscrire dans un programme dit de restauration écologique qui est très cadré qui a été défini par un chercheur du CNRS d’ailleurs dont l’objectif ultime n’est pas de revégétaliser bêtement un site minier maisess de réintroduire progressivement des espèces pour retrouver le scénario initial ou s’en approcher avant dégradation miniare
Donc ceci est très planifié se fait dans la durée on installe tout d’abord des espèces végétales pionnière donc ces espèces qui hyper accumulent soit le manganèse soit le nickel puis des légumineuses qui vont tolérer ces conditions de sol mais qui vont pouvoir réintroduire de l’azote de façon
Naturelle dans le sol et ces espèces premières vont servir de niche écologique pour introduire des espèces plus fragiles et augmenter la biodiversité local donc tout ceci est planifié sur des années où on va suivre donc l’évolution de ces plantes donc il faut absolument les valoriser alors à
Quoi servent les métaux qui sont issus de ces plantes qu’accumulent soit le nickel soit le manganèse soit le zingue soit accessoirement le cuivre ces hyperaccumulateurs terrestres utilisé en restauration minière tout d’abord ils ont été revisités utilisés dans des conditions de la chimie qui a besoin d’une catalyse dite acide alors
Qu’est-ce qu’on a réussi à en faire vous faouz pas derrière les structures chimiques je vous expliquer donc l’intérêt et bien c’estes écatalyseur donc ces métaux d’origine végétale nous ont permis bah de construire des molécules qui sont des agents anticancéreux effectivement qui bloquent la mytose la reproduction cellulaire donc très utile face aux cellules
Cancéreuses qui en développement anarchique ils ont permis également de synthétiser les binzodasépines donc ces anxiolitiques hein qui sont classiquement utilisés comme médicaments ils ont également été utilisés et bien pour faire des cannabinoïdes donc molécules naturelles au vertus apaisantes des insecticides naturels très inspirants parce qu’ils sont hyper sélectifs et c’est une source
D’insecticide qui peut donc limiter son euh sa toxicité son écotoxicité des molécules plateformes qui vont permettre d’en faire plein d’autres uniquement à l’aide de la biomasse et puis surtout une grosse application ici vous voyez peut-être la complexité de la molécule ce qu’on appelle des aérnnes coiffées un sujet d’actualité ce sont des molécules
Indispensables pour construire les aérnes messagés c’est utile dans les vaccins actuels donc voilà la force finalement de ces catalyseurs métalliques qui sont imposés comme des substitut très compétitif au catalyseur métallique et bien d’origine classique mais pas que ils ont permis également de revisiter une grosse transformation de la réaction chimique des réactions de
Réduction et ce qui a été intéressant et qui nous arrive tout le temps c’est que ces biomasse par exemple cet hyper accumulateur de nckel a généré un catalyseur qu’on ne connaît absolument pas en chimie et ça nous arrive tout le temps c’est-à-dire que le métal phytoextrait par la plante va s’associer
Aux éléments minéraux de la plante et générer des sels nouveaux des complexes des catalyseurs nouveaux en chimie dont il a tout à découvrir en particulier le potentiel et bien ici ces agents réducteurs nous ont permis et bien de préparer des intermédiaires importants pour la chimie pharmaceutique autre sujet dont je vais
Détailler un petit peu plus l’enjeu les réactions d’oxydation alors pourquoi parce que les réactions d’oxydation sont incontournables en chimie de synthèse les réactifs et les catalyseurs oxydants sont nombreux mais ils ont quand même souvent un défaut ils sont toxiques échotoxiques d’ailleurs beaucoup d’entre eux sont réglementé par la réglementation rich la réglementation
Européenne de la chimie à cause de leur dangerosité on cherche des substitut pas facile à trouver et bien nous avons eu une chance souvenez-vous nos hyper acccumulateurs de manganèse de nouvelle-kéédonie fonctionnent d’une façon imprévue comment sont-ils capables d’extraire du manganaèse et le stocker dans leur feuilles on a essayé de
L’étudier avec le très bel outil français sycrotron soleil pas si loin d’ici finalement qui a permis mon montrer que les plantes qu’accumulent le manganèse sont très astucieuses elles utilisent les canaux calciques de la plante pour véhiculer le manganèse et le stocker ainsi dans la plante calcium et manganèse sont colocalisés sans arrêt y
Compris dans les feuilles voyez ici en microflorescence X colocalisation calcium et manganèise ils sont associés dans la plante et ben quand on génère lesé cocatalyseur on les retrouve associé on retrouve cette association inattendue des oxydes mixtes de calcium et de Mangan Marc vous a rappelé tout à l’heure la
Photosynthèse le photosystème 2 et en particulier une réaction importante donc lors de la photosynthèse c’est l’oxydation de l’eau en oxygène qui est facilité par quoi bien précisément des oxyde mixte de calcium et de manganèse c’est comme ça que fonctionne le photosystème 2 c’est ce que la nature a choisi pour réaliser cette réaction
D’oxydation qui est quand même énergivore nous avons trouvé ça très inspirant vous avz fait confiance à ce système pour se dire peut-être que nos nos hyperaccumulateurs de manganèse quiassoci le calcium et manganèse ben vont pouvoir être des oxydants intéressants comme le fait la photosynthèse bah effectivement cette association manganèse calcium nous a
Permis de revisiter toutes les grandes réactions d’oxydation de la chimie des plus simples au plus complexes avec là et bien un ocydent complètement inoffensif comme celui que la nature développe dans les espèces végétales alors à quoi servent C cherche c’est une question qu’on se pose fréquemment est-ce que ça peut être
Utile à la société est-ce que ça peut vraiment résoudre les gros problèmes que nous connaissons et bien clairement oui pourquoi bien ce gros travail de recherche qui a nécessité plus de 10 ans d’effort sur le territoire calédonien est en train de déboucher aujourd’hui sur un très gros projet industriel sur
Le territoire hein qui est soumis à pas mal de difficultés autant je vais dire géopolitique qu’économique et bien aujourd’hui avec donc les opérateurs min français nous sommes en train de restaurer donc une surface très étendue une centaine d’hectares en fait de sites miniers qui ont été dégradés par
L’extraction du minerai à l’aide de ces hyperaccumulateurs de manganaèise voyez en photo ici donc on installe par après des voilà des protocoles d’écologie très serré dont on suit la croissance et qui vont nous permettre de produire des quantités massives de ces oxydants biomimétiques donc qui sont composés de
Ces oxydes mixte manganèse calcium qui mime ces clusters du photosystème 2 pour mettre sur le marché ses oxydants biomimétiques si utiles en chimie organique alors oui la valorisation de la biomasse qui permet de restaurer ces sites minés peut être utile en chimie ça c un petit peu le panorama valorisation
De la biomasse qui vient de la restauration des sols mais quand on va sur un site minier ce qui surprend tout de suite euh c’est l’état de santé des rivières qui traversent ces sites minier l’eau est utile hein au mineurs pour laver le minerai le transformer et donc les sols
Dénudés donc comme je vous l’ai expliqué c’est facile à comprendre impact directement ces rivières qui sont très dégradées donc nous avons voulu essayer de développer la même stratégie pour dépolluer l’eau les systèmes aquatiqu les effluant industriels pollués par ces éléments métalliques donc là il a fallu trouver cette fois-ci des espèces
Végétales aquatique pour traiter l’eau seulement le même principe les espèces aquatiques qui confine les métaux fonctionneent tout à fait différemment des espèces terrestres ici les métaux restent confinés dans les racines c’est pourquoi on parle de risofiltration ils ne sont pas transférés dans les parties aériennes comme les plantes terrestres
De tout à l’heure alors on aura visité toute la littérature scientifique pour aller trouver les plantes aquatiques les plus performantes pour séquestrer un grand nombre d’éléments métalliques qui sont polluant dans l’eau les confiner dans les racines avec la même réflexion que va-t-on faire de ces plantes qui
Vont être gorgés de métaux dans le système racinaire est-ce que ça va être un nouveau déchet alors non hors de question il faait trouver une utilité une valorisation l’ encore de cette biomasse et bien on va voir que là encore il a été possible de transformer ces racines gorgées de métaux en ces
Fameux écocatalyseurs des outils très utiles pour construire donc ces molécules organiques à haute valeur ajoutée dont on a besoin au quotidien alors comment tout ça se passe et bien toujours la première partie ces plantes aquatiques comment fonctionnent-ell vous voyez ici donc des plantes flottantes qui a fallu cultiver
À grande échelle pour voir leur performance pour dépolluer un efflant industriel donc je vous rappelle tout est confiné dans les racines alors on a été très vite surpris par les quantités astronomiques que ces plantes aquatiques flottantes étaient capable d’emmagasiner donc dans ce système racinaire donc des concentrations absolument inouin métau
Dans les racines et ça pose deux questions selon qu’on a une culture en écologie ou en chimie on se pose pas tout à fait la même question mais le résultat va être le même en écologie on se dit mais pourquoi des plantes flottantes confinent autant de métaux
Pourquoi bah quand on y pense des plantes flottantes dont le système racinaire ne va pas aller chercher les nutriments dans le sol ou dans les berges au fond de la rivière doivent survivre de façon très difficile à savoir vous voyez leur partie verte ici très riche en chlorophy nécessite un
Grand besoin en magnésium pour construire cette chlorophy il y en a peu dans l’eau le magnésium est très dilué et bien il faut que le système racinaire soit très performant pour capter la moindre trace de magnésium qui est présente dans l’eau alors pour la plante si vous dites magnésium zing manganèse
Cobalt voit pas trop la différence la même efficacité pour séquestrer ces éléments métalliques ça c’est le pourquoi le chimiste a une question un peu plus pragmatique mais comment fait-elle alors comment et bien ça nous a beaucoup interpellé et la différence je vous l’ai dit avec les plantes terrestres c’est que ça reste confiné
Dans les racines et on s’est rendu compte que finalement la plante était assez passive devant la concentration des métaux dans le système racinaire elle y participait pas beaucoup elle a tout simplement un système racinaire bien fait et ça ça se comprend à l’échelle moléculaire donc à l’échelle
De la chimie elle possède des antennes moléculaires à la surface des racines qui séquestrent très vite les méthoses de transition voilà l’explication donc ça se passe à une échelle toute petite à l’échelle nanométrique et bien puisque ça se passe à une échelle si fine si la
Plante est morte est réduite à l’état de poudre on garde ces structures moléculaires et on garde l’efficacité de séquestration des métaux alors ça ça a tout changé parce que c’est devenu quelque chose qui était naturel c’est devenu quelque chose qui peut être régi par les lois de la physicochimie de
L’adsorption donc c’est calculable c’est robuste c’est maîtrisable euh on peut construire des procédés industriels à partir d’une poudre végétale qui devient une poudre dépolluant dans deux systèmes ce sont des filtres végétaux qu’on peut utiliser dans des réacteurs de chimie ce qu’on appelle les batch on ajoute de la
Poudre dans un réacteur de chimie quand la réaction est finie la poudre va séquestrer les métaux ou alors mode Contin continu mode colonne vous imaginez ici un site mini réel hein près de mon laboratoire près Montpellier qui est très pollué on pompe l’eau on fait on le fait traverser donc cet eau à
Travers une colonne où on a ici des poudre végétale de plantes qu’on a bien choisi cette poudre végétale en quelques secondes va retenir les métaux ici par exemple le fer et la deuxième poudre végétale par exemple le zingue donc il en plus il y a une sélectivité de ces
Poudres végétales et si on a bien travaillé qu’on est un bon chimiste et bien a priori l’eau qui sort de cette colonne et dépolluée peut rejeté dans l’environ environnement bien ce scénario finalement est montré être puissant et être assez généraliste beaucoup plus que les plantes terrestres de tout à l’heure
Sont limités quelques métaux ici on peut séquestrer des métaux dit stratégiques les platinoïdes tel que par exemple le palladium j’y reviendrai tout à l’heure dont le contexte est indispensable en chimie pas que la chimie mais en particulé chimie quand même et puis les terres rares on a pas beaucoup ni l’un
Ni l’autre dans les sols européens he apprendre à les recycler avec efficacité à tout son sens des métau dit primaires que vous connaissez certainement mieux manganaise nickel cuivre zing fer important de les récupérer aussi non seulement parce qu’ils peuvent être toxiques à autre concentration mais aussi parce que un certain nombre
D’entre eux sont quand même en voie de raréfaction il est important donc de réussir à les récupérer et puis bien sûr les métaux dit toxiques c’est sans appel arsenque cobalt pl cadmium donc pour des raisons sanitaires il est évident que savoir les récupérer dans une eau polluée est essentielle donc ces poudres végétales
Sont extrêmement performantes et puissantes vous voyez ici des exemples de ce qu’on a fait parce qu’on a voulu montrer leur faisabilité à l’état réel et bien on a conçu par exemple ici une une station de traitement d’eau minière contaminé comme je dit tout à l’heure en
Zing en fer avec deux étages de colonne remplis de poudre végétale bien choisie un premier étage qui va quand même capter du fer à haute concentration dans un effluant avec un gros débit hein 13 m³ à l’heure et puis l’étage inférieur qui va séquestrer le zingue pourquoi essayer d’avoir une sélectivité on se
Projette tout de suite dans la valorisation valorisation de ces biomasses c’est un peu comme à la maison he on fait un effort pour trier ses déchets pour se donner une chance de les valoriser là c’est pareil poudre végétale riche en fer ça va être utile dans certaines applications riche en
Zingue il y aura un autre usage pour la valoriser dans d’autres procédés donc tout de suite c’estess d’avoir la sélectivité mais on a aussi construit et bien ce qu’on appelle nous un pilote mobile avec voyez des colonnes métalliques ici pour montrer la faisabilité de dépollution dans des scénarios assez compliqués et en région
Xitanie ancien ancienne région minière bah il y a de quoi faire là on était côté oxitanie ex est avec d’anciennes mines de zing qui ont bien pollué certaines communes et là on est cé ouest plutôt côté Carcassonne où on a le triste privilège d’avoir l’ancienne mine la plus productive en arsenic voilà qui
A alimenté un certain nombre de bombes lors de la guerre du Vietnam B aujourd’hui c’est 6 millions de tonnes de déchet arsenier à ciel ouvert l’arsenique est très soluble dans l’eau j’assure que R il pleut les rivières donc sont largement polluées et donc on a pu montrer et bien que ce système de
Poudre végétal était capable de capter avec efficacité l’arsenic de ces rivières donc oui c’est biomasse végétales sont extrêmement performantes alors bien sûr dans le cas de l’arsenic il y aura pas de valorisation on se l’interdit la réglementation européenne l’interdit est tant mieux faut arrêter d’utiliser l’arsenic en revanche quand
On peut retenir le fer ou le zingue là il y a un potentiel de valorisation extrêmement intéressant à quoi tout ça sert et bien là encore on a revu que ces poudres végétales bah notamment gorgé de zingue de fer pouvaient être de très bons catalyseurs acid manganaise faire de
Très belles réactions d’oxydation de très belles réactions de réduction mais surtout la capacité à séquestrer le palladium nous a permis de revisiter une nouvelle famille de réaction ce qu’on appelle réaction de couplage croisé catalyse du palladium c’est le prix Nobel de 2010 une révolution dans le domaine de la catalyse qui permet de
Faire des réactions difficiles par de très jolis procédés catalyseurs au Palladium petit problème quand même aujourd’hui il y a eu un tel engouement scientifique autour de la catalyse au Palladium on s’est tous excité à faire des catalyseurs complexes avec des ligands énormes et très compliqués plein d’additifs dans les procédés qui rendent
Ces catalyseurs difficilement recyclables aujourd’hui la leçon est très dure pourquoi le pays producteur principal de palladium c’est la Russie on a dit beaucoup de choses et bien ça veut dire quoi ça dire que les coûts augmentent considérablement alors qu’est-ce qu’apporte ces poudres végétales gorgé de palladium par rapport
Au catalyseur conventionnel et bien tout est résumé sur cette photo cette photo c’est du microscope à balayage vous voyez ces petites taches blanches ici ce sont des nanoparticules de palladium toute petite entre 2 à 4 nanomè un peu le rêve pour le chimiste qui se dit je vais avoir un super catalyseur au
Palladium très actif en général quand on a un catalyseur avec des particules aussi petites en chimie en fait on déchante assez vite parce que c’est nanoparticules ont une mauvaise tendance c’est à s’agréger et c’est un vrai problème parce que tout ce qui va être au au centre de l’agrégat va être
Inaccessible aux molécules organique qu’on veut transformer donc il faut mettre beaucoup de palladium bon aujourd’hui il coûte extrêmement cher donc c’est pas possible enfin c’est vraiment un problème donc on a tendance à ajouter des additifs pour casser ces agrégats additif ligand la note est lourde en terme d’empreinte
Environnementale et comme je vous l’ai dit complexifie la le recyclage du palladium et bien là c’est très différent ces petites nanoparticules de palladium sont très stable pourquoi parce qu’elles sont dispersées sur ce qui est en gris et le gris bah c’est la matrice minérale de la plante vous savez
Ces éléments minéraux utiles à la plante le magnésium le calcium le potassium le sodium et bien il permettent de stabiliser ces nanoparticules qui ne s’agrèchent pas du coup on a des nanoparticules stables qu’on peut utiliser avec des quantités très faible de palladium parce que tous les centres palladiers sont actifs et permettent
D’apporter les l’énergie qu’on attend deux ils permettent de construire ces molécules complexes alors là encore quel est l’utilité actuelle de ces travaux de recherche et bien aujourd’hui ces travaux de recherche en fait sont développés au niveau industriel dans deux contextes différents le premier que j’expliquais qu’on fait maintenant grandeur réelle c’est tout simplement
Recycler des métaux en particulier ceux que vous voyez en rouge ici qui sont considérés comme et bien des métau en situation critique au niveau des ressources mondiales identifiées bien sûr on parle de l’extraction des métaux en milieu sous-marin c’est un autre sujet même si l’actualité d’hier particulier du choix de la Norvège de
Retarder cette exploitation certainement une très bonne nouvelle pour les écosystèmes marin ceci étant donc donc on est en train de travailler sur des effluents réels des cas industriels avérés pour apprendre à recycler ces métaux qui sont en situation de pénurie et puis l’autre schéma et bien c’est c’est le palladium si important pourquoi
Parce que la catalyse au Palladium est indispensable pour la construction de médicaments complexes notamment dans le domaine du cancer où donc on ne sait pas construire ces molécules autrement que par une catalyse au palladium et je vous l’ expliquer le contexte géopolitique du Palladium est extrêmement délicat le cours du palladium augmente
Considérablement il est plus cher que l’heure aujourd’hui ça peut être pire le producteur principal cité tout à l’heure peut arrêter éventuellement l’alimentation donc en Europe de de la ressource padiée donc là encore indispensable de travailler sur le recyclage des eff flu industriels de l’industrie pharmaceutique et c’est aujourd’hui le débouché vers lequel donc
On fournit beaucoup d’effort recycler les catalyseurs dans l’industrie pharmaceutique et créer ces fameux écalladium pour apprendre à produire des médicaments à haut prix à l’aide de cette catalyse biosourcé si on fait un petit bilan parce qu’on parle effectivement beaucoup de décarbonation en ce moment et bien j’aimerais bien comparer quand même ce
Qui est la catalyse classique à l’écocatalyse ça permet de remettre les choses à leur place je vous propose une petite analyse de cycle de vie qualitative simple qui compare les deux filières la catalyse conventionnelle classique pour produire les catalyseurs dont a besoin l’industrie chimique s’appuie aujourd’hui sur deux Activ la première B c’est
L’extraction en fait des métaux dans les minerais ça veut dire quoi bien sûr un impact paysagé notoire je vous ai dit la végétation ne reprend pas les sols sont trop dégradés donc une érosion énorme de ces sols qui va donc fortement donc entraîner le lessivage des sols à chaque
Fois qu’il pleut et la pollution des systèmes aquatiques érosion perte de biodiversité bien sûr un impact environnementalok est aujourd’hui difficilement acceptable mais c’est pas fini il faut pas l’oublier quand on a extrait de minera on n pas encore notre catalyseur pour la chimie il faut qu’ils subissent des opérations métallurgiques
Qui elles ne valent pas forcément mieux que l’extraction minière les procédés sont très lourds l’hydrométallurgie utilise de l’acide furique concentré en grosse quantité la neutralisation de ces effluant est complexe et c’est tout ceci qu’il faut faire pour produire donc un catalyseur métallique et construire nos molécules d’int l’écocatalyste s’inscrit dans une
Démarche bien différente souvenez-vous on commence par dépolluer un effluent industriel et pour ceci et bien on va chercher des plantes aquatiques qui vont séquestrer dans leur racine même si c’est sous forme de poudre les métaux mais quelles sont ces plantes aquatiques d’où viennent-elles on en a pas trop
Parlé où va-t-on les choisir et bien je vous ai un petit peu parlé en début de présentation de ces plantes exotiques envahissantes la plupart des plantes aquatiques exotiques envahissantes ont pile la bonne structure chimique au niveau racinaire pour séquestrer ces métaux c’est d’Ille une raison pour lesquelles elles sont vaillissantes pour
En revenir dans la discussion tout à l’heure si vous le souhaitez et donc on a une ressource végétale abondantes ces plantes envahissantes envahissent les milieux aquatiques sont récoltées massivement pour former ces poudres végétales dépolluantes et donc on va préserver la biodiversité de ces milieux aquatiques en les récoltant massivement
Mais aussi dépolluer l’eau donc on fait coup double pour préserver la ressource en eau on transforme ces poudres végétales qu’on séquestrer les métaux en écocatalyseur pour les mettre en œuvre dans les procédés de chimie de synthèse en essayant d’avoir des procédés sobres qui répondent bien sûr au principe de la
Chimie verte et bien sûr en fournissant comme j’ai expliqué des catalyseurs recyclables le plus longtemps possible cette solution est aujourd’hui industrialisée par la société bioinspire et vous le voyez bah finalement grâce à ces ressources végétales et leur capacité à séquestrer les métaux et bien on arrive à s’inscrire dans une
Véritable volonté de répondre aux principaux objectifs du développement durable donc les végétaux sont une ressource absolument extraordinaire pour progresser à la fois sur la transition énergétique mais aussi écologique et pour finir et bien deuxième aspect donc les plantes envahissantes je viens juste d’en parler avec le système aquatique mais elles
N’envahissent pas que l’eau elles envahissent aussi le milieu terrestre et en particulier les zones humides et c’est terrible à l’heure actuelle envahir les zones humides ça veut dire quoi les zones humides sont des zones tampons qui régulent les extrêmes climatiques qui absorbent l’excédent de chaleur l’été mais l’excédent d’eau en
Période d’inondation donc ça parle beaucoup en ce moment or pourtant ces plantes envahissantes se font un plaisir de proliférer sur les zones humides européennes notamment l’une d’entre elle Fallopia japonica vous connaissez peut-être son nom commun parce qu’elle est très présente en France la renoué du Japon c’est pire que le bambou ça
Développe des risomes qui font 15 cm de diamètre ça prolifère extrêmement vite rien ne les arrête et bien cette renoué du Japon qui est un véritable fléo qui est considéré comme une des espèces les plus envahissantes au monde mais en particulier chez nous à nos portes et
Bien donc pose beaucoup de problèmes et beaucoup d’efforts sont faits pour essayer de contrôler sa prolifération je dis bien contrôler parceon sait qu’elle est définitivement installée pense qu’onadiquera plus c’est terminé c’est un gros problème qui engendre parfois des moyens qui sont peu séduisants il y en a qui ont essayé le
Glyphosate bien sûr irrésistible sans se préoccuper de l’état de santé l’écosystème après traitement d’autres essay extraire les racines mais il faut extraire avec des buldozer ça détruit tout et vous laissez un petit centimètre de Racine il y a une reprise assurée c’est décourageant c’est ruineux alors on s’est projeté dans
Quelque chose qui paraît plus modeste mais qui est tenable sur la durée c’est de faucher les parties aériennes selon des protocoles écologiques que l’on étudie pour épuiser la plante épuiser ses ressources dans ses racine on finit par y arriver il faut tenir bon faut tenir dans la
Durée alors alors ça pose deux problèmes récolte massive et répété ça génère des quantités de biomasse extraordinaires énormes sont pas des déchets communs on peut pas les mettre en décharge c’est trop dangereux ça repousse tout seul c’est un problème pu faut tenir dans la durée bon ben tout ça ça coûte
Cher hein parce qu’il faut de la main d’œuvre surtout qu’elles sont réglementées on peut pas récolter ça comme on veut donc ça se fait à la main et au courage donc imaginez le nombre de personnes qui travaille donc bah là encore le nerf de la guerre c’est valoriser ses biomasses là comment les
Valoriser elles n’ont rien dépollué elles sont pas riches en méthau de transition particulier ben force d’essayer de les comprendre de comprendre un petit peu pourquoi sont envahissantes on a vu qu’elles avaient des avantages physiologiques sur les autres notamment une richesse minérale absolument extraordinaire deux fois plus de magnésium de potassium que la plupart
Des plantes qu’on connaît ça nous a beaucoup inspiré on s’est dit bah là encore voilà une possibilité de valoriser ces biomasses en écocatalyseur et oui magnésium ça parle tout de suite au chimistes on peut en faire plein de choses en particulier parce qu’il nous manquait des catalyseurs basiques allit
Remplacer la potasse la soude si corrosive et qui sont produites par des procédés qui sont assez problématiques et bien voilà aujourd’hui ce que nous faisons nous faisons des récoltes massives et quand massiv l’été dernier c’était 17 tonnes et on a envie de faire plus l’été prochain donc on se structure
On s’organise pour récolter massivement cette renouée du Japon la transformer en écocatalyseur et montrer tout son potentiel en chimie pour construire l’encore des molécules d’intérêt et bien aujourd’hui voilà on revisite toute la catalyse basique qui a été très vite plus vite que ce qu’on attendait et qui déjà est déjà développé
Industriellement par la société bioinspire pour faire quoi et bien des molécules utiles pour notre bien-être et on s’est mis un défi supplémentaire utiliser ces écocatalyseurs qui est plein qui viennent de plantes envahissantes comme la René du Japon mais dans des procédés qui n’utiliseraient aucun intran pétrourcé faire avec du tout naturel on transforme
Des ressources végétales donc des biomasses des qui sont abondantes par ces catalyseurs qui viennent de plantes trop abondantes pour faire des molécules utiles et qui sont labellisé dès maintenant par le label bio défini par Ecocert le label cosmos donc on arrive à faire des molécules assez complexes uniquement avec des ressources végétales
De la biomasse voilà le défi et ce ça représente aujourd’hui une soixantaine de molécules qui sont mises sur le marché voilà j’espère vous avoir convaincu que la combinaison entre l’écologie et la chimie la valorisation de la biomasse pouvit être extrêmement profitable pardon c’est un peu vite à double titre pour résoudre des problèmes
Environnementaux comme la pollution des sols de l’eau le développement des plantes envahissantes puisqu’à chaque fois ça génère des biomasses extrêmement riches en éléments minéraux et très valorisable comme écocatalyseur pour construire les molécules organiques dont on a besoin voilà si ce travail vous a intéressé vous pourrez le retrouver plus
En détail dans le livre sur l’écocatalyse que va faire paraître la RSC merci pour votre écoute [Musique]