Description du sujet de thèse

La synthèse de l'ammoniac selon le procédé Haber-Bosch (HB ; N2+ 3 H2→ 2 NH₃) est l'une des avancées les plus importantes du XXeme siècle du point de vue de la chimie. Ce procédé reste la méthode dominante pour la production de NH3, actuellement second produit chimique le plus synthétisé au monde.
L’ammoniac est utilisé à 80 % pour la production d’engrais inorganiques azotés et sa synthèse demeure cruciale pour la sécurité alimentaire mondiale. L'ammoniac est également considéré comme un carburant alternatif potentiel en raison de sa densité énergétique élevée et de sa capacité à être stocké et transporté relativement facilement par rapport à d'autres vecteurs d'hydrogène.

Avec une production annuelle de plus de 180 Mt toujours en croissance, la synthèse de NH3 par le procédé HB est très énergivore. L’hydrogène utilisé dans le procédé provient majoritairement de ressources fossiles et cette technologie est responsable d’environ 1,5 % des rejets globaux de CO2 annuels et de 2 % de la consommation d’énergie mondiale.

Dans le contexte actuel de réduction des émissions de gaz à effet de serre, le procédé historique de synthèse de NH3 doit être repensé. Ce projet propose d’utiliser une alternative totalement innovante, mise en évidence très récemment pour la première fois à l’IC2MP, et en rupture par rapport au procédé HB pour synthétiser NH3. Cette approche permet de s’affranchir de l’utilisation d’hydrogène (issu d’énergie fossile) en le remplaçant par une molécule donneuse d’hydrogène (issue de la biomasse), et en faisant intervenir une réaction catalytique de transfert d’hydrogène.
Ce nouveau procédé permet de contenir les émissions de carbone aux sous-produits de réaction, par ailleurs valorisables, et offre théoriquement des rendements bien plus élevés que ceux du procédé HB. En cas de succès, il offre une perspective potentiellement révolutionnaire d’un point de vue écologique pour l’industrie chimique de l’ammoniac et son tissu économique très important.

Contexte de travail

Le travail de thèse s'effectuera dans l'équipe SAMCat (Du Site Actif au Matériau Catalytique) de l'IC2MP sous la co-direction de Fabien CAN (PU) et Stéphane Célérier (CR, HDR).

L’IC2MP est une unité mixte de recherche du CNRS (Chimie) et de l’Université de Poitiers, regroupant environ 250 personnes dont une centaine de chercheurs répartis sur plusieurs sites du campus de l’université.
L'équipe SAMCat est composée d'environ 30 chercheurs et enseignants-chercheurs, et est spécialisée dans la formulation et la caractérisation physico-chimique des matériaux catalytiques et électrocatalytiques pour des applications énergétiques (biocarburant, e-carburant, pile à combustible, électrolyse, …) et environnementales (dépollution eau et air, remédiation…).

La décarbonation de la production de l’ammoniac est étudiée au sein l’équipe depuis une dizaine d’année par des voies thermo- et électro-catalytiques.

Contraintes et risques

Risques liés à la manipulation de composés gazeux, essentiellement NH3.