Édito

Chers lecteurs et lectrices,

La newsletter est de retour après un mois d’Octobre marqué par l’édition 2019 des « Rendez-vous Carnot », l’événement majeur du réseau Carnot. Entre nouvelles pistes de collaborations et reprise de contacts existants, les rendez-vous ont été très nombreux pour nos chercheurs avec de nouveaux projets R&D en vue.

Pour cette 8ème newsletter Carnot, nous vous proposons un focus sur un laboratoire commun industriel et un feedback sur les compétences et projets de nos composantes liés à la bio économie.

Après lecture de notre interview croisée EDF/LRGP, vous pourrez conter l’histoire de MÉLUSINE à vos collègues. Autrefois apparentée aux contes de fées, elle se dévoue maintenant pleinement à l’optimisation de l’usine électrique du futur. En ces temps de reconversion professionnelle, MÉLUSINE ne pouvait rêver mieux…

Parler de notre futur « durable » coïncide aussi parfaitement avec les compétences en valorisation d’agro-ressources du LIBIO et également avec le projet innovant LIGNELEC ayant pour but une valorisation plus efficiente du bois.

Nul besoin d’en dire beaucoup plus, ces thématiques montrent d’elles-mêmes que la transition énergétique et environnementale est dans l’ADN de notre Carnot ICÉEL !

Pour conclure cet édito, non pas un mais deux maîtres mots : SCROLLEZ et  PARTAGEZ ! 

Focus LIBIO

Le Laboratoire d’Ingénierie des Biomolécules est une Equipe d’Accueil de l’Université de Lorraine  localisée à l’ENSAIA. Composante du Carnot, le laboratoire est composé de 50 personnes travaillant sur la valorisation d’agro-ressources à des fins alimentaires et non alimentaires.

La thématique de recherche du laboratoire adresse les défis sociétaux et économiques actuels que sont la gestion des ressources naturelles et l’amélioration de la santé des personnes par l’apport d’aliments fonctionnels. Le laboratoire possède un ensemble de compétences pour mener des recherches interdisciplinaires alliant des concepts et méthodes en physico-chimie, biochimie, microbiologie et génie des procédés.

La finalité R&D du projet est de stabiliser et/ou de concevoir des vecteurs ou matrices structurés pour des fonctionnalités ciblées dans des conditions environnementales définies.

Les systèmes développés peuvent être valorisés dans les domaines de la nutrition, de l’alimentation et de la cosmétique. L’originalité de l’approche réside dans l’utilisation d’agro ressources de diverses origines, principalement laitières, végétales et marines. Plusieurs types de bio polymères (protéines, polysaccharides) et de lipides (polaires, polyinsaturés à longue chaîne) bio sourcés sont utilisés directement ou après extraction par des procédés verts développés ou disponibles au sein du laboratoire.

La démarche scientifique est axée sur la compréhension des relations entre nature, structure, fonctionnalisation du matériau bio sourcé et les propriétés des vecteurs et matrices élaborés, ainsi que les effets des paramètres abiotiques (température, pH, environnement chimique) et biotiques (bactéries, cellules eucaryotes) sur la réactivité des matrices et des composés actifs vectorisés, les interactions et les mécanismes de transferts à différentes échelles au sein de ces systèmes complexes.

La compréhension de l’ensemble des phénomènes intervenant dans la structuration de la matière molle permet la conception d’architectures supramoléculaires de taille nano/micrométrique, dotées de fonctionnalités ciblées et/ou adaptées à la vectorisation de différents composés actifs aux propriétés physico-chimiques variées (hydrophilie, hydrophobie, charge, taille). La prise en compte de la composante biotique (bactéries, cellules eucaryotes) permet d’intégrer la complexité des systèmes biologiques dans la structuration des systèmes étudiés et d’étudier leur comportement in situ.

Laboratoire commun MELUSINE

EDF et le LRGP ont inauguré en décembre 2018 l’équipe commune MELUSINE, dédiée à l’étude, la conception et l’optimisation de procédés appliqués au traitement de fluides en milieu industriel, et au développement des technologies membranaires pour l’usine électrique du futur.

Près d’un an plus tard, Christophe CASTEL – Professeur au LRGP et Thibaut NEVEUX – Ingénieur de recherche au sein d’EDF, reviennent sur cette collaboration.

MM. Pouvez-vous nous présenter vos équipes respectives ?

Christophe CASTEL : Notre équipe EMSP (Membrane, Séparations, Procédés) est spécialisée dans l’étude des procédés membranaires. Cette recherche concerne les trois grands volets :

  • Matériaux : principalement caractérisation des paramètres de transfert (perméances)
  • Processus : compréhension et modélisation des phénomènes de transfert (matière et chaleur) à travers les membranes
  • Procédé : outil de simulation des modules membranaires – outil numérique d’optimisation des architectures de procédés (Process Systems Engineering)

Cette thématique est incluse dans l’axe de recherche PRIMO du laboratoire dédié à l’intensification des procédés (réaction / séparation / transfert de chaleur)

Thibaut NEVEUX : Côté EDF, 2 Départements de recherche sont engagés dans MELUSINE

Le département Mécanique des Fluides, Energie et Environnement (MFEE) regroupe des compétences permettant d’appréhender, de caractériser et de modéliser les écoulements industriels et atmosphériques en situations normale ou accidentelle dans et autour de nos installations contribuant ainsi à l’optimisation de nos moyens de production.Cette expertise est au service du groupe EDF tant pour la prospection des nouvelles technologies que pour la préparation des réacteurs de demain.

Le Laboratoire National d’Hydraulique et Environnement (LNHE) qui depuis 1947 contribue à minimiser l’impact sur l’environnement aquatique des ouvrages de production d’EDF : rejets thermiques, chimiques, radiologiques, biologiques, morphodynamique et continuité des cours d’eau. Pour cela les 110 chercheurs combinent approches expérimentales en laboratoire ou sur moyens d’essais, monitoring in situ et simulation numérique.

En quoi consiste ce partenariat et quels en sont les objectifs ?

CC : Ce partenariat concrétise plusieurs années de travail commun (aux travers de projets de recherche) autour des problématiques de traitement d’effluents ( principalement liées au captage du CO2) par voie membranaire (perméation gazeuse et contacteurs membranaires principalement).

Le domaine d’application de Mélusine concerne plus spécifiquement le traitement d’effluents liquides cette fois, dans le secteur de l’énergie, par voie membranaires (contacteurs membranaires, osmose inverse …).

Les objectifs principaux sont multiples :

  • Technologiques : remplacement des technologies actuelles (thermiques) par des procédés membranaires intensifiés (taille des installations réduite), moins énergivore, plus flexible.
  • Méthodologiques : intégration de ces nouvelles opérations dans les logiciels de simulation de procédés, optimisation d’architecture de procédés, implantation de procédés innovants

 

TN : Rien à ajouter, si ce n’est que ces objectifs techniques reflètent des sujets à enjeux pour nos moyens de production. Avec le LRGP, EDF R&D étudie et développe des solutions, avec notamment des applications pour le traitement des effluents pour le nouveau nucléaire. Dans cette équipe commune, elle mobilise des compétences en génie des procédés, chimie, modélisation numérique et aide à la décision.

M. NEVEUX, EDF collabore depuis des années avec de nombreux laboratoires, pourquoi avoir choisi le LRGP pour ce projet d’envergure ?

Les très nombreuses collaborations passées, leur qualité scientifique, les moyens précieux du LRGP, en particulier l’atelier et les compétences associées, ont pesé dans la balance… tout comme la qualité des relations humaines avec l’équipe du LRGP.

M. CASTEL, Quels sont les avantages d’une collaboration avec un partenaire tel qu’EDF ?

EDF est un partenaire historique et privilégié pour le LRGP. Les enjeux du secteur de l’énergie sont majeurs et  incontournables pour un laboratoire comme le notre dans le contexte sociétal actuel. La recherche constante d’innovation et d’amélioration de procédés est une caractéristique propre à EDF et ses différents centres de recherche, elle est un moteur incroyable pour un laboratoire comme le nôtre.

Comment est géré le partage de la propriété intellectuelle résultant de ce laboratoire commun ?

CC : A travers un contrat négocié en bonne intelligence entre l’Université de Lorraine, le CNRS et EDF, nous avons défini des règles de partage de la propriété intellectuelle en fonction des contributions respectives.

. Comment va se traduire votre collaboration dans le futur ? D’autres projets majeurs sont-ils déjà prévus ?

TN : L’équipe commune Mélusine est un projet sur 5 ans, qui va voir beaucoup de projets se (re)dessiner, des domaines de recherche évoluer, de nouvelles technologies et méthodologies émerger. Je suis plus qu’optimiste sur l’avenir d’une telle collaboration.

Les Rendez-Vous Carnot 2019

rdv carnot 2019 (1)

L’édition 2019 des Rendez-vous Carnot, s’est déroulée cette année à l’espace Champerret à Paris les 16 et 17 Octobre.

Cette réunion nationale, alliant rendez-vous BtoB et conférences thématiques, regroupe l’ensemble des Carnot et des structures de l’écosystème du transfert et de l’innovation Français. Elle permet notamment à de nombreuses entreprises, de nous présenter leurs projets et de trouver un format d’accompagnement R&D répondant à leurs besoins d’innovation.

Plus d’une dizaine de chercheurs et chargés d’affaires de nos composantes était présent afin de faire valoir leur compétences scientifiques et leur expertise scientifique marché. Ces deux journées ont permis de réaliser près de 100 rendez-vous.

Une multitude de conférences et pitchs

L’édition 2019 a connu un programme particulièrement complet avec l’organisation de nombreuses conférences et pitchs, permettant à des spécialistes de livrer des visions prospectives sur les thématiques couvertes pour les Carnot.

Une table ronde organisée par l’INPI a permis au directeur opérationnel du Carnot Icéel, Jean-Michel CROMPIN de revenir, aux cotés de Romain Baude – président d’APREX SOLUTIONS et Vincent Carré – chef de projet INPI, sur les nouvelles modalités de propriété intellectuelle.

infographie rdv carnot 2019

Projet de recherche

Comment valoriser plus efficacement la lignine, un des composés majeurs du bois ?

Problématique

La lignine, un des composés majeurs du bois, est un des polymères organiques les plus abondants sur terre. Pourtant, ce matériau complexe reste sous-exploité quand il n’est pas simplement considéré comme un déchet des industries consommatrices de bois pour la valorisation des autres composants majeurs que sont la cellulose et les hémicelluloses.

Le projet LIGNELEC vise à identifier de nouveaux usages pour la lignine comme précurseur d’électrode, qui permettraient de mieux valoriser dans une bio raffinerie l’ensemble de la ressource biologique.

Le projet

Depuis quelques années, de nombreuses recherches visent la conversion de la lignine en matériaux d’électrode, essentiellement pour les batteries Li ou Na ou des batteries supercapacitives.

Au-delà de ces applications majeures, la fabrication d’électrodes peut aussi trouver des applications dans des procédés impliquant des réactions de transfert d’électrons, comme les batteries redox flow. Aucune étude ne s’était intéressée aux propriétés électrochimiques intrinsèques de ces matériaux carbonés produits par pyrolyse de la lignine vis-à-vis d’espèces redox par réactions de transfert d’électrons.

 

Les partenaires

La recherche implique quatre laboratoires.

LRGP et IJL sont experts en pyrolyse et en préparation/caractérisation de matériaux carbonés. Le LERMAB possède l’expertise pour la purification et la caractérisation de la lignine et est en contact avec la société Arbiom, produisant des échantillons de lignine phosphorée provenant de leur procédé de bio raffinerie. Enfin, le LCPME est expert en électrochimie, et s’implique en particulier dans la préparation de matériaux pour les batteries redox flow (électrodes poreuses et membranes). Différentes sources de lignine ont été utilisées pour préparer des matériaux d’électrode fibreux qui ont été caractérisés en électrochimie avec un électrolyte à base de VOSO4 en milieu H2SO4.

Résultats

Trois sources de lignine ont été étudiées :

  • Lignine Kraft
  • Lignine extraite par le procédé Organosolv
  • Lignine extraite selon le procédé développé par Arbiom (lignine phosphorée)

Ces différentes lignines ne montrent pas la même capacité à être filée par la technique d’électrofilage. Les analyses menées sur ces différents produits indiquent que ce serait essentiellement le poids moléculaire de la lignine qui conditionnerait le filage plutôt que la composition chimique. Les fibres préparées à partir de lignine Kraft et de lignine phosphorée ont permis l’oxydation du V(IV) et la réduction de V(V). La réduction du vanadium (III) a également été observée, mais pas l’oxydation du V(II). Seule l’addition dans la fibre de Ketjen Black, un carbone plus réactif, a permis l’observation de l’oxydation de V(II) en V(III).

Des essais de fabrications de monolithes préparés à base de composés biosourcés pour utilisation dans une cellule de batterie, ont également été menés, en prévision d’une application à des monolithes préparés avec de la lignine.