Des chimistes de laboratoires CNRS, Chimie Physique Electronique de Lyon, Université Lyon 1 et de l’Ecole Normale Supérieure ont trouvé un catalyseur capable d’isoler l’azote. A terme, la découverte puet générer d’énormes économie d’énergie puisque la production d’azote consomme 1% de l’énergie mondiale. Ils publient un article dans la revue Science du 24 août.

Des chimistes lyonnais ont réussi à dissocier la molécule d’azote sur un seul centre métallique au lieu de plusieurs nécessaires dans le procédé actuel. Ils ont utilisé un atome de tantale, très pauvre en électrons, lié à la surface d’une silice par deux liaisons SiO-Ta selon un processus très original. La synthèse de ce type de catalyseurs très réactifs est le résultat de longues années de recherches en chimie organométallique de surface.

La découverte des chercheurs lyonnais et montpellliérains, permet de réaliser des gains importants dans la production d’ammoniaque. Pour produire de l’ammoniaque il faut en effet couper l’une des plus fortes liaisons chimiques connues : la triple liaison qui relie les deux atomes d’azote dans la molécule de diazote (N₂). Les catalyseurs qui réalisent la coupure impliquent toujours plusieurs centres métalliques. Or les chimistes du CNRS ont observé un autre mécanisme de clivage, qui repose sur un seul centre métallique.

Economies d’énergie en vue

Les travaux annoncent des avancées spectaculaires dans les domaines des énergies nouvelles et de l’environnement durable. En effet, la molécule de diazote (N₂) est la plus répandue dans l’atmosphère puisqu’elle représente environ 80 pour cent de sa composition. L’élément azote est important pour la chimie car il est présent dans plusieurs produits industriels. Il est très présent dans les engrais, à base d’ammoniaque (NH₃). Et la synthèse d’ammoniaque à partir d’azote moléculaire constitue donc un enjeu économique et écologique très important.

Jusqu’à présent, pour casser la triple liaison entre les deux atomes d’azote dans la molécule de diazote (N₂), le seul procédé utilisé, le procédé Haber-Bosch est un procédé de catalyse hétérogène par des solides. La plupart des réactions de l’industrie chimique emploient des catalyseurs, dits «hétérogènes », quand ils ne sont pas dans le même état que les réactifs ou les produits. Ils sont hétérogènes par exemple, s’ils sont solides quand les réactifs et produits sont gazeux. Les catalyseurs hétérogènes ne se mélangent pas aux produits de la réaction et peuvent être réutilisés. Le procédé Haber-Bosch permet de couper la molécule de diazote grâce à l’intervention de plusieurs métaux pour dissocier les deux atomes d’azote. Employé pour produire 100 millions de tonnes par an d’ammoniaque dans le monde, le procédé est très gourmand en énergie, puisque il consomme un pour cent de la production mondiale d’énergie. Le nouveau procédé permet de recycler le métal utilisé dans la catalyse. La prochaine étape consistera à séparer le tantale de l’azote.

Recycler le polyéthylène

La récente découverte des chimistes lyonnais découle de leurs travaux en chimie organo métalllique. Ces travaux ont permis de réaliser de nouvelles réactions catalytiques sur d’autres molécules très difficiles à activer. C’est le cas des molécules de méthane (CH₄) et les alcanes (hydrocarbures saturés). Les chimistes lyonnais ont notamment réussi à dépolymériser le polyéthylène, afin de le recycler par exemple. Ils ont également utilisé le méthane pour construire des alcanes plus longs, à plusieurs atomes de carbone, , pressentis comme l’une des énergies nouvelles de demain.

BIBLIOGRAPHIE

Dinitrogen Dissociation on an isolated Surface Tantalum Atom, P. Avenier et al., Science, 24 août 2007