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Les matières premières critiques; à la recherche d'une solution de remplacement dans le domaine de la catalyse, de l'électronique et de la photonique

Quatre projets financés par l'UE explorent des méthodes permettant de remplacer les matières premières critiques dans les domaines de la catalyse, de l'électronique et de la photonique.

«Les matières premières critiques» sont essentielles à de nombreuses industries européennes, pourtant, elles sont vulnérables à l'appauvrissement des ressources et aux perturbations d'approvisionnement. Ainsi, il est essentiel que l'Europe développe des stratégies pour satisfaire la demande en matières premières. Une de ces stratégies serait de trouver des méthodes ou des substances qui pourraient remplacer les matières premières actuellement utilisées. Gardant cela à l'esprit, quatre projets financés par l'UE travaillant sur le remplacement dans les domaines de la catalyse, de l'électronique et de la photonique ont présenté leurs travaux lors du troisième atelier d'Innovation Network sur la substitution des matières premières critiques organisé par le projet CRM_INNONET à Bruxelles au début du mois. NOVACAM NOVACAM, un projet coordonné par l'UE et le Japon, cherche à développer des catalyseurs en utilisant des éléments non critiques conçus pour exploiter le potentiel de la biomasse en énergie viable et en source de matière première chimique. Le projet utilise une approche «catalyseurs intentionnels» (catalyst by design) pour le développement de la prochaine génération de catalyseurs (des catalyseurs inorganiques nanométriques), comme l'expliquait le coordinateur du projet NOVACAM, le professeur Emiel Hensen, de l'université de technologie d'Eindhoven aux Pays-Bas. Lancé en septembre 2013, le projet développe des catalyseurs qui incorporent des métaux non essentiels en vue de catalyser la conversion de la lignocellulose en matière de base industrielle et en biocombustibles. La première partie du projet s'est portée sur le développement du principe chimique alors que la deuxième partie s'intéressera à démontrer le principe du procédé. Le professeur Hensen prédit que probablement seuls deux des trois concepts survivront cette phase. Le projet a déjà bien progressé dans la conversion du glucose et de l'éthanol, selon les dires du professeur Hensen, et a produit plusieurs publications scientifiques importantes. Le consortium travaille en collaboration avec le comité consultatif industriel comprenant Shell en Europe et Nippon Shokubai au Japon. FREECATS Le projet FREECATS, présenté par son coordinateur, le professeur Magnus Rønning de la Norwegian University of Science and Technology, a été lancé il y a plus de trois ans pour développer de nouveaux catalyseurs non métalliques. Ils seront sous la forme de nanomatériaux en vrac ou en structures hiérarchiquement organisées, et pourront remplacer les catalyseurs métalliques traditionnels à base de métaux nobles dans les transformations catalytiques d'importance stratégique. Le professeur Magnus Rønning expliquait que l'application de ces nouveaux matériaux pourrait éliminer le besoin d'utiliser des métaux du groupe du platine (PGM) et des terres rares, pour lesquels l'Europe dépend fortement d'autres pays pour leur production. Au cours de ses travaux de recherche, FREECATS a ciblé trois domaines d'intérêt particuliers, à savoir les piles à combustibles, la production d'oléfines légères et la purification de l'eau et des eaux usées. En cherchant à remplacer le platine des piles à combustibles, le projet soutient l'objectif de l'UE visant à remplacer les moteurs à combustion interne d'ici 2050. Néanmoins, comme l'a fait remarquer le professeur Rønning, bien que le platine ait été optimisé depuis des dizaines d'années, les matériaux qu'utilise FREECATS sont nouveaux et sont donc accompagnés d'un lot de défis que le projet tente de relever. HARFIR Le professeur Atsufumi Hirohata de l'université de York au Royaume-Uni, coordinateur du projet HARFIR, a décrit comment le projet cherche à découvrir un alliage anti-ferromagnétique qui ne contient pas d'iridium, un métal rare. L'iridium est de plus en plus utilisé dans de nombreux appareils de stockage d'électronique de spin, dont les têtes de lecture des lecteurs de disques durs. L'approvisionnement mondial dépend des minerais de platine qui proviennent principalement d'Afrique du Sud. La situation est encore pire pour les autres terres rares étant donné que leur prix n'a pas cessé d'augmenter ces dernières années, selon le professeur Hirohata. L'équipe HARFIR, répartie en Europe et au Japon, cherche à remplacer les alliages d'iridium par des alliages d'Heusler. L'équipe européenne, dirigée par le professeur Hirohata, travaille sur la préparation de fins films épitaxiaux et polycristallins d'alliages d'Heusler, dont la conception matérielle est effectuée par des calculs théoriques. L'équipe japonaise, sous la direction du professeur Koki Takanashi de l'université du Tohoku, travaille sur la préparation de fins films épitaxiaux, sur les mesures des propriétés fondamentales et la caractérisation structurelle/magnétique par des faisceaux de rayons X synchrotron et de neutrons. L'un des plus gros défis a été que les alliages d'Heusler possèdent une structure atomique relativement compliquée. En ce qui concerne les travaux d'HARFIR, si un désordre atomique survient à l'extrémité de dispositifs de nano-piliers, les propriétés magnétiques nécessaires sont perdues. L'équipe explore les solutions à ce défi particulier. IRENA Le professeur de l'Esko Kauppinen Aalto University en Finlande a clôturé la première session matinale avec sa présentation du projet IRENA. Lancé en septembre 2013, le projet se déroulera jusqu'à la mi-2017 avec pour objectif de développer des matériaux à haute performance, notamment des fins films de nanotubes de carbone à paroi simple semi-conducteurs et métalliques pour complètement éliminer l'utilisation de métaux critiques dans les appareils électroniques. L'objectif ultime est de remplacer l'indium dans les films conducteurs transparents, et l'indium et le gallium en tant que semi-conducteurs dans les films des transistors à effet de champ double. L'équipe IRENA développe une solution de remplacement qui est flexible, transparente et extensible pour qu'elle puisse satisfaire aux exigences de l'électronique du futur, dont la possibilité d'imprimer l'électronique. IRENA implique trois partenaires d'Europe et trois du Japon. L'équipe dispose d'une expertise en termes de synthèse des nanotubes, de fabrication des films fins et d'appareils flexibles, de modélisation de la croissance des nanotubes et de processus de transport de charge des films fins, et le projet a déjà bénéficié des échanges des membres de l'équipe entre les différentes institutions. L'un des accomplissements est que le projet a réussi à utiliser un film fin de nanotubes pour la première fois en tant qu'électrode et couche de blocage de trous dans une cellule solaire organique. - La mise en réseau et l'innovation pour la substitution de matières premières critiques

Pays

Finlande, Pays-Bas, Norvège, Royaume-Uni

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