Catalytic and Atmospheric Reactivity for the Environment (CARE)

Plus d’infos sur cette page dédiée : Projet FEDER covid-air

 

L’équipe CARE se positionne au croisement de nombreux problèmes sociétaux majeurs liés aux ressources en eau, à la valorisation des déchets, à la qualité de l’air et au changement climatique. Ses recherches fondamentales et appliquées sont basées sur la mise en commun de fortes spécificités associées à un parc analytique innovant et performant pour caractériser, éliminer et valoriser les polluants. En étant à l’interface entre sciences de l’environnement, catalyse hétérogène, chimie analytique et électrochimie, l’équipe CARE propose des développements de méthodes novatrices de remédiation (photocatalyse, promotion électrochimique de la catalyse,…), de couplage de procédés (catalyse-photocatalyse, catalyse-électrochimie, …), d’analyse chimique (spectrométrie de masse haute résolution) ainsi que l’étude des processus atmosphériques.

Axes de recherche

Processus Atmosphériques
La pollution de l’air reste un problème majeur des zones urbaines et suburbaines avec des impacts sanitaires et climatiques reconnus. Ceci tient au fait que de nombreuses émissions (gazeuses et particulaires) et transformations physico-(photo)chimiques dans l’atmosphère restent extrêmement méconnues, limitant ainsi l’amélioration souhaitée de la qualité de l’air. Ainsi la compréhension des processus de formation et d’évolution des aérosols est au cœur des problématiques de recherche de l’équipe. Plus particulièrement, la compréhension des processus physico-chimiques et photochimiques impliqués dans la croissance des particules les plus fines est un axe majeur de recherche. Par ailleurs, l’impact sanitaire de ces particules ultrafines est également étudié au travers de collaborations regroupant différents acteurs (biologistes, médecins, etc.) afin de caractériser de manière inédite l’impact des particules sur différents systèmes cellulaires et pulmonaires. Ce couplage avec la « santé » correspond non seulement à une évolution logique mais aussi stratégique puisque l’Organisation Mondiale de la Santé souligne régulièrement l’étendue du problème sanitaire mondial lié à l’exposition aux particules. Afin de répondre pleinement à ces challenges expérimentaux, de nouveaux développements analytiques sont menés. Ils s’appuient sur la réalisation de nouveaux couplages entre des techniques d’ionisation douce et des systèmes de spectroscopie de masse à haute résolution.

Dégradation Catalytique des Polluants
La formulation des matériaux catalytiques de dépollution doit sans cesse évoluer pour accompagner des normes de plus en plus sévères en termes de niveau d’émission (air ambiant, habitations, lieux de travail, environnement) et de durée de fonctionnement, mais également pour anticiper la baisse prévisible des ressources mondiales de certains éléments actifs comme les métaux nobles. L’équipe CARE dispose de compétences fortes et spécifiques pour lever certains verrous comme l’abaissement des températures de fonctionnement des catalyseurs et la limitation, voire la suppression, de l’utilisation des métaux nobles.

Ainsi, l’équipe étudie de nouveaux matériaux et procédés pour le traitement des polluants dans l’air et dans l’eau. Les stratégies ont pour but d’améliorer l’efficacité et la durabilité des catalyseurs de dépollution en optimisant d’une part l’accessibilité des sites actifs (morphologie « core-shell », exsolution redox de nanoparticules, propriétés dynamiques des interfaces métal/support) et d’autre part les cinétiques (catalyse assistée, couplage de procédés). Concernant la dépollution automobile, un des principaux axes de recherche concerne les polluants ciblés avec la baisse progressive du taux de diésélisation en Europe et l’apparition de nouvelles motorisations et de nouveaux carburants. Dans ce contexte, les défis portent sur le traitement des émissions de particules ultrafines, de méthane et de composés azotés comme le protoxyde d’azote et l’ammoniac mais également sur l’augmentation de l’efficacité des systèmes de post traitement à basse température, notamment pour le démarrage à froid du moteur.

Valorisation des Déchets Organiques
L’équipe oriente également ses activités vers la valorisation de polluants organiques en utilisant notamment des procédés photocatalytiques et électrocatalytiques. La production de produits chimiques de haute valeur et / ou de vecteur énergétique (H2) à partir de sources durables telles que des effluents industriels fortement pollués et des déchets organiques, en utilisant des procédés efficaces et bon marché est un défi majeur pour le remplacement des produits pétroliers. En effet, les ressources doivent être limitées pour lutter contre le changement climatique et la production de gaz à effet de serre. Ainsi, l’utilisation de procédés photocatalytiques, est un axe de recherche important permettant la transformation de polluants organiques. L’équipe développe, en collaboration avec CDFA, de nouveaux concepts de transformation hydrothermale de substrats cellulosiques assistée par photocatalyse. Cette approche photocatalytique passe également par le développement de nouveaux photocatalyseurs aux propriétés optimisées par exemple à travers le contrôle de la nanomorphologie ou la formation de composites hybrides inorganiques-organiques. La valorisation des polluants et de déchets organiques est également étudiée au travers de procédés électrocatalytiques et photoélectrocatalytiques. L’objectif porte sur l’électrolyse de déchets organiques (lignine, plastique) pour la production d’hydrogène pur dans un réacteur de type pile à combustible en étudiant les mécanismes afin de développer de nouveaux matériaux d’électrodes. Enfin, des procédés de catalyse hétérogène peuvent être aussi développés pour permettre la fonctionnalisation de molécules d’intérêt à haute valeur ajoutée issues de la transformation de déchets organiques.

Projets de recherche

Projets financés par l’Europe:

EUROCHAMP (2017-2020): Integration of European Simulation Chambers for Investigating Atmospheric Processes – Towards 2020 and beyond, https://www.eurochamp.org/

MARSU (2015-2020): MARine atmospheric Science Unravelled: Analytical and mass spectrometric techniques development and application, http://marsu.era-orleans.org/

ERC-Starting Grant (2020-2025)A Missing Key Property in Atmospheric AeRosol ChEmistry: the Laplace Pressure (MAARvEL)

Projets financés par l’Agence Nationale de la Recherche:

CHARO: Hierarchical CHAbazite core-shell catalysts for Reduction of NOx and N2O – CHARO, https://anr.fr/Project-ANR-18-CE07-0014

CORAL (2017-2021): New Oxygen Storage Components for Oxidation and Reduction in Automotive Catalysts, https://anr.fr/Project-ANR-17-CE08-0022

DYCAT (2020-2023): Dynamic Catalysts

EPOX (2016-2020): Electrochemical promotion of Epoxidation, https://anr.fr/Projet-ANR-15-CE07-0026

PHOTHER  (2018-2022): Transformation hydrothermale de substrats cellulosiques assistée par photocatalyse

PHOTOSOA (2017-2020): Photosensitization : A novel pathway to SOA generation and property change in tropospheric particles.

SEA-M (2017-2020): Impact of Air-Sea Exchanges on Air Quality in Coastal Megacities, https://anr.fr/Projet-ANR-16-CE01-0013

Projets financés ADEME:

RAVISA (2018-2020): Impact on the reactivity of agricultural soils on the oxidizing capacity and secondary organic aerosol formation

Projets financés FUI:

QAICAR (2016-2020): Qualité de l’Air Intérieur dans l’habitacle automobile : traitement des odeurs et dess micro-organismes, https://www.axelera.org/actualites/projet-qua/

Projets financés CNRS:

LEFE – INSU (2019-2021): Vers une nouvelle caractérisation de la formation d’aérosol organique dans l’atmosphère (NECTAR)

PEPS ENERGIE : Lignin-H, Lignin electrolysis as a sustainable technology for H2 production

Projets financés région Rhône-Alpes Auvergne:

Coopération Sino-Européenne dans le domaine de la chimie atmosphérique / qualité de l’air / changement climatique. Ecole thématique SESAC4 (2019)

Projets financés IDEX LYON/ iMust:

WANTED (2018-2021): Which Atmospheric Nanoparticles trigger hEatlh Diseases?

IPPON (2018-2021): Incoherent Light and Phonon Management in Micro-Nanopatterned Materials for Efficient Depollution and Artificial Photosynthesis

IMPULSION (2019-2020): How does the Laplace pressure impact chemistry occurring within atmospheric aerosols?

EN-CAS (2020-2022): Emergent Nanoparticles for CAtalysiS

 

Partenariats

Collaborations Nationales et Internationales :

Partenariats avec l’industrie :

Capacités expérimentales et instrumentales

Les capacités expérimentales et instrumentales  de l’équipe CARE

Personnels

  • Chercheurs

    • Gilles Berhault
    • Angel Caravaca
    • Stephane Dumas
    • Corinne Emmelin
    • Christian George
    • Sonia Gil
    • Anne Giroir-Fendler
    • Chantal Guillard
    • Valerie Meille
    • Matthieu Riva
    • Philippe Vernoux
    • Essyllt Louarn
  • Personnels techniques et administratifs

    • Antoinette Boreave
    • Nicolas Charbonnel
    • Frederic Dappozze
    • Sebastien Perrier
    • Laurence Retailleau-Mevel
    • Candice Cart
    • Sonia Gil
    • Pierrick Peixoto
  • Post-doctorants

    • Jesus Gonzalez Cobos
    • Carmen Kalalian
    • Jiejing Kong
    • Estelle Le Sache
    • Kangwei Li
    • Elizabeth Vera
  • Doctorants

    • Insaf Abdouli
    • Guangtao Chai
    • Clement Dubois
    • Hamza El Marouazi
    • Simon Fahed
    • Melissa Galloni
    • Nicolas Grimaldos-Osorio
    • Dandan Li
    • Nouha Mediouni
    • Guillermo Jesus Pedrosa Castro
    • Ziba Roostaei
    • Estela Ruiz Lopez
    • Jamila Sakfali
    • Felix Sari Dore
    • Brenda Roberta Silveira De Araujo
    • Rulan Verma
    • Xinke Wang
    • Jie Yu
    • Weidong Zhang
  • Stagiaires

    • Faidra Kozonaki

Publications

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