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TOPCOMBI : l'expérimentation haut débit appliquée à la chimie

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Le 11 mars, 22 partenaires européens se sont réunis à l'Institut de recherches sur la catalyse du CNRS de Lyon, pour le démarrage du programme TOPCOMBI. Son but : appliquer à la chimie les techniques d'expérimentation automatisée déjà utilisées en recherche pharmaceutique, afin de développer des procédés plus sûrs, plus propres, plus compacts et plus économiques.

Depuis quelques années, pour découvrir de nouveaux médicaments, on applique des techniques d'expérimentation "haut débit". Concrètement, les molécules potentiellement actives sur l'organisme sont décrites avec le plus grand nombre de paramètres possibles. Elles constituent une première "génération". Les chercheurs mettent au point des algorithmes pour combiner certains de ces paramètres. Un robot obéit à cet algorithme et synthétise la nouvelle génération, dans des réacteurs fonctionnant en parallèle. L'activité de la nouvelle génération est testée, avant la synthèse de la génération suivante. Cette démarche, qui combine les paramètres des molécules, est celle de la "chimie combinatoire". Elle réduit considérablement le temps nécessaire à la découverte de nouveaux principes actifs.

L'objectif du programme TOPCOMBI (Towards optimised chemical processes and new materials by combinatorial science) est d'appliquer la chimie combinatoire non pas à la découverte de médicaments, mais de nouveaux procédés chimiques. On reproche à l'industrie chimique de polluer, d'engendrer des risques d'explosion ou des risques pour la santé, de rejeter du dioxyde de carbone dans l'atmosphère etc. Pourquoi ne pas substituer aux procédés actuels de nouvelles voies de synthèses qui n'ont pas ces inconvénients ? Ce serait l'idéal, mais sur quoi pourrait agir la chimie combinatoire ? Sur les catalyseurs, répondent les chercheurs.

La plupart des réactions de l'industrie chimique emploient des catalyseurs pour accélérer les réactions. Ces catalyseurs sont dits "hétérogènes", car ils ne sont pas dans le même état que les réactifs ou les produits (par exemple, ils sont solides quand les réactifs et produits sont gazeux) : ils ne se mélangent pas aux produits de la réaction et peuvent être réutilisés. La chimie combinatoire aidera à découvrir de nouvelles générations de catalyseurs, qui autoriseront de nouvelles voies de synthèse, avec de nouveaux produits à la clef. Ils élimineront les intermédiaires de réaction gênants. Mais ils abaisseront aussi les températures, donc réduiront les quantités de carburant brûlé pour le chauffage des réacteurs (donc le dioxyde de carbone produit lors de cette combustion). Ils seront adaptés aux réacteurs miniaturisés du futur. En effet, les réactions "en parallèle", dans de nombreux micro-réacteurs, permettront de mieux contrôler les paramètres des réactions, donc les rendements.

C'est à partir de cette idée que vont travailler les 22 partenaires européens de TOPCOMBI, issus de 11 pays différents, dont un tiers sont des universités et des organismes de recherche, tandis que deux-tiers sont des industriels. TOPCOMBI est coordonné par l'Institut de recherches sur la catalyse du CNRS à Lyon, au cœur de la région Rhône-Alpes, qui rassemble les acteurs français du programme. La démarche de TOPCOMBI se fonde sur des problèmes majeurs auxquels sont confrontés des industriels partenaires du projet. Dans cette optique, trois principaux axes de recherche ont été retenus.

  • Obtenir du carburant et des matières premières liquides (donc facilement transportables) pour l'industrie chimique, à partir du gaz naturel au lieu du pétrole.
  • Eliminer les solvants et produits toxiques dans la synthèse de grands intermédiaires de la chimie et supprimer les oxydes d'azote (NOx) en agro-chimie dans la synthèse des engrai
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