L'industrie chimique tourne encore largement au gaz et au pétrole : il lui faut de la chaleur, beaucoup, et pendant longtemps. Une équipe européenne explore une autre piste, celle qui consiste à brancher les grandes réactions industrielles directement sur l'électricité du vent et du soleil, à l'aide d'un gaz ionisé qui reste froid. Le projet SCOPE annonce une empreinte carbone réduite de plus de 90 % — un terrain pour qui aime comprendre pourquoi un procédé fonctionne avant de savoir ce qu'il coûte.
Solide, liquide, gaz : au lycée, la liste s'arrête souvent là. Le plasma vient juste après. C'est un gaz surchauffé au point que ses atomes se dissocient en électrons libres et en ions positifs. À l'échelle de l'univers, c'est l'état le plus répandu de la matière. Dans un laboratoire de chimie, c'est surtout un milieu où des molécules très stables acceptent enfin de réagir.
Le principe tient dans un décalage. En appliquant des impulsions électriques très brèves, de la nanoseconde à la microseconde, on contrôle précisément la production d'électrons de haute énergie tout en laissant les molécules de gaz qui les entourent à basse température. Les chercheurs parlent de plasma non thermique, ou plasma froid.
L'intérêt est immédiat : des molécules peu réactives comme le CO2, l'azote, le méthane ou l'eau se transforment dans des conditions proches de l'ambiante, sans les fours des procédés classiques. Et comme tout repose sur de l'électricité, la méthode se marie bien avec les énergies renouvelables. C'est ce que l'on appelle l'électrification des procédés chimiques.
Activer des molécules ne suffit pas. Sans un catalyseur solide pour orienter les réactions, on obtient un mélange, pas le composé recherché. Sauf que la recette habituelle ne fonctionne pas ici : un catalyseur pensé pour la chimie thermique peut interrompre les réactions déclenchées par le plasma au lieu de les prolonger. Le projet SCOPE étudie, modélise et applique cette interaction en visant une synergie, c'est-à-dire un effet supérieur à la somme des deux.
Le travail se concentre sur des transformations qui pèsent lourd dans l'économie mondiale :
Comparée aux procédés catalytiques thermiques conventionnels, l'approche affiche une empreinte carbone nettement plus faible, avec une réduction pouvant dépasser 90 %.
Le projet est coordonné par Gabriele Centi, de l'université de Messine, en Italie, et financé par le Conseil européen de la recherche. « Nous avons, par exemple, mis au point de nouveaux procédés permettant de produire des engrais de manière décentralisée à partir de l'azote atmosphérique. Les engrais de synthèse sont essentiels à la sécurité alimentaire mondiale, car ils fournissent l'azote nécessaire à la production des aliments consommés par près de la moitié de la population mondiale », explique-t-il. Décentralisé signifie ici : fabriqué près du champ plutôt que dans une usine géante, puis transporté.
« Le plasma froid est incroyablement polyvalent et peut contribuer à rendre plus durables l'industrie manufacturière, l'agriculture, les soins de santé, la protection de l'environnement et même l'industrie alimentaire », résume le chercheur.
Traitées au plasma, les semences germent mieux sans passer par la chimie : « Ce procédé sans produits chimiques améliore l'absorption de l'eau, augmente les taux de germination et favorise une croissance initiale plus vigoureuse des plantes, aidant ainsi les agriculteurs à accroître les rendements tout en réduisant le recours aux traitements chimiques. » Dans l'agroalimentaire, le même outil agit sur la cristallisation du chocolat : brillant et texture s'obtiennent en quelques minutes là où le tempérage classique demande des heures. S'y ajoutent la stérilisation du matériel médical, la dépollution de l'air et de l'eau, et le traitement des surfaces dans l'industrie du bois, où « les fabricants peuvent ainsi obtenir le même niveau de protection tout en utilisant nettement moins de matériau de revêtement, ce qui réduit à la fois les coûts et l'impact environnemental ».
Derrière ces résultats, le quotidien ressemble à ceci : régler une impulsion, changer un catalyseur, mesurer, recommencer. Génie des procédés, catalyse, physique des plasmas et modélisation se retrouvent sur la même paillasse, et les débouchés suivent les besoins industriels : engrais, carburants de synthèse, traitement des surfaces, agroalimentaire.
« Ce qui rend le plasma froid particulièrement prometteur, c'est qu'il permet de réaliser nombre de ces procédés avec une consommation d'énergie moindre et moins de produits chimiques, ce qui en fait une technologie importante pour un avenir plus durable », conclut Gabriele Centi. Associé au bon catalyseur, le plasma froid ouvre une voie pour faire tourner la chimie lourde à l'électricité renouvelable, avec une empreinte carbone réduite de plus de 90 % dans les cas étudiés.
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