Les alcanes sont des molécules essentielles au secteur énergétique (carburants) comme en chimie de spécialité (cosmétiques, adhésifs…) ou en chimie fine. Aujourd’hui, ils sont essentiellement issus de ressources fossiles non renouvelables et leur utilisation participe au dérèglement climatique par la production de dioxyde de carbone. Pour atteindre un objectif de neutralité carbone, produire des alcanes à partir de sources de carbone renouvelables comme la biomasse apparaît donc comme une alternative intéressante. Dans la biomasse, les esters gras de type RCO2R’ présentent de longues chaînes alkyles mais la présence d’atomes d’oxygène ne leur permet pas de se substituer directement aux alcanes pétrosourcés.

L’objectif de cette thèse est de développer des systèmes catalytiques homogènes permettant la désoxygénation photocatalytique d’esters en alcanes correspondant, pas simple extrusion d’une molécule de CO2. L’énergie nécessaire à la réaction de réduction sera ainsi apportée par la lumière. Au cours de l’ensemble de ce projet de thèse, l’accent sera mis sur le développement des systèmes catalytiques et la compréhension des mécanismes réactionnels grâce à des études expérimentales (cinétiques, études RMN, observation des intermédiaires réactionnels…) associées à la chimie théorique (calculs DFT).

Avec la décarbonation progressive de notre économie, seules quelques sources ponctuelles d'émission de CO2, comme les cimenteries, subsisteront. Cependant, notre dépendance à long terme à des produits carbonés, tels que les carburants pour l'aviation, le transport lourd, ainsi que divers produits chimiques et polymères, persistera. Pour produire ces molécules essentielles, il sera crucial de capturer le carbone sous forme de CO2dilué présent dans l'atmosphère et de le transformer en molécules utiles.

Actuellement, les technologies de captage direct du CO2 dans l'air (DAC) se développent séparément de celles de conversion du CO2, bien que leur intégration pourrait offrir des économies d'énergie significatives, notamment en évitant l'étape énergivore de désorption thermique. Le défi scientifique majeur réside dans l'élaboration de méthodes innovantes de conversion du CO2 capables de fonctionner avec des concentrations extrêmement faibles de CO2 et/ou de transformer le CO2 directement dans son milieu de captage ; par exemple sous des formes peu réactives telles que les carbonates ou les carbamates. Ce projet ambitionne de développer des catalyseurs moléculaires capables de convertir le CO2 dans des environnements très dilués, produisant ainsi des molécules et des carburants durables.

Depuis les années 1950, le recours aux plastiques pétrosourcés a créé un monde moderne consumériste basé sur l’utilisation de produits jetables. La production mondiale de déchets plastiques est donc considérable et a presque doublé en seulement 20 ans, atteignant aujourd’hui les 350 millions de tonnes par an. Ces déchets plastiques, non biodégradables, engendrent de nombreuses pollutions environnementales (perturbations de la faune et de la flore, pollutions des eaux et des sols, etc.).. A peine 9% de ces déchets ont été recyclés, le reste étant brulé ou stocké en décharges. Les problèmes sanitaires, climatiques et sociétaux inhérents à cette économie linéaire imposent de créer une circularité de ces matières en développant des voies de recyclages efficaces et robustes. Alors que les voies actuelles de recyclage reposent en majorité sur des procédés mécaniques et se restreignent à des gisements particuliers de déchets (e.g. les bouteilles d’eau plastiques), le développement de méthodes chimiques de recyclage semble prometteur pour traiter des déchets dont les filières de recyclage sont inexistantes. De tels procédés chimiques permettent de récupérer la matière carbonée des plastiques pour en régénérer de nouveaux.
Dans cet objectif de circularité de la matière, le projet doctoral proposé vise à développer de nouvelles voies de recyclage chimique de déchets plastiques mixtes oxygénés/azotés tels que les polyuréthanes (mousses d’isolement, matelas, etc.) et les polyamides (fibres textiles, boîtiers disjoncteurs, etc.), dont les filières de recyclage sont quasi inexistantes. Ce projet repose
sur une stratégie de dépolymérisation de ces plastiques, par coupures sélectives des liaisons carbone-oxygène et/ou carbone-azote, pour former les monomères ou leurs dérivés correspondants. Pour ce faire, des systèmes catalytiques mettant en jeu des catalyseurs métalliques couplés à des réducteurs abondants et peu coûteux, comme les alcools et l’acide formique seront développés. L’utilisation du dihydrogène, réducteur industriel, sera également considérée. Dans le but d’optimiser ces systèmes catalytiques, nous chercherons à comprendre leur mode de fonctionnement et les mécanismes impliqués.