Thèse de Roger Deplaze

Soutenance de thèse de Roger Deplaze - laboratoire UCCS

Résumé :

La transition des ressources fossiles vers des alternatives renouvelables est essentielle pour limiter le changement climatique. Parmi les matières premières biosourcées, la lignine — un biopolymère complexe et encore peu valorisé — représente une source prometteuse d’aromatiques renouvelables. Une voie efficace de valorisation combine pyrolyse rapide et hydrodésoxygénation (HDO) catalytique pour réduire la teneur en oxygène de l’huile obtenue. Cette thèse, menée dans le cadre du projet ANR PYRODEOX, s’est concentrée sur le développement de catalyseurs à base de métaux de transition permettant une désoxygénation sélective sans hydrogénation excessive.
Le m-crésol a servi de molécule modèle pour tester des catalyseurs bimétalliques à base de Ni supportés sur SBA-15, en conditions HDO gazeuses (300 °C, pression ambiante). La première partie a porté sur des catalyseurs NiFe/SBA-15 de compositions et tailles variées. Une augmentation de la teneur en Fe a réduit l’activité et la sélectivité vers le toluène, produit aromatique cible. Toutefois, plusieurs catalyseurs NiFe bien alliés ont atteint des sélectivités aromatiques supérieures ou égales à 90%, montrant le potentiel de systèmes bimetalliques.
La seconde partie a ciblé des catalyseurs NiCu/SBA-15 préparés par imprégnation combustion assistée par glycine. Le remplacement partiel du Ni par du Cu a fortement amélioré activité et sélectivité en aromatique, atteignant jusqu’à 94% pour un ratio Ni/Cu de 1:1. L’analyse des mécanismes a révélé des équilibres dynamiques entre le m-crésol et ses intermédiaires hydrogénés (m-OL, m-ONE), agissant probablement comme réservoirs réversibles alimentant la voie DDO - soulignant l’impact de la composition sur la réaction.
La troisième partie a introduit une synthèse de silice mésoporeuse modifiée via des métallosurfactants à base de CTAB pour obtenir des catalyseurs à atomes isolés (SACs). Un Ni-SAC a montré une activité trois fois supérieure à celle du meilleur catalyseur Ni nanoparticulaire, avec une sélectivité en DDO de 91 %, attribuées à une dispersion métallique élevée. Le NiCu-SAC a, en revanche, montré des performances moindres, illustrant la complexité des effets de structure et de composition à l’échelle atomique.
Ce travail montre comment le contrôle des catalyseurs à l’échelle nanométrique - via le contrôle de la composition et de la dispersion - peut orienter efficacement l'HDO de composés issus de la lignine vers des produits aromatiques à forte valeur ajoutée, offrant des pistes solides pour la valorisation de la biomasse.

mots - clés : Catalyse hétérogène,Ni; Cu; Fe,HDO,m-cresol,SBA-15