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Nom du responsable |
Liste des Intervenants |
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P. Raybaud |
P. Raybaud + Intervenants IFPEN |
1. Prérequis
L3 : Matériaux et Nanomatériaux : concepts et applications (fortement conseillé)
L3 : Physique – Chimie – Biologie (fortement conseillé)
L3 : Réactivité en chimie organique (conseillé)
M1 : Chimie expérimentale – 1 (selon le parcours souhaité)
2. Présentation/Objectifs/Compétences
Le cours vise, d’une part, à acquérir les connaissances sur les principes fondamentaux de la catalyse et, d’autre part, à comprendre leurs mises en œuvre au travers de grandes familles grandes familles de réactions catalytiques. Les concepts clefs des catalyseurs hétérogènes (métalliques, oxydes...), homogènes (organométalliques) et enzymatiques seront enseignés.
Pour les aspects fondamentaux, le cours visera à expliquer le rôle d’un catalyseur et la spécificité de la catalyse hétérogène via la description des étapes de la réaction d’une molécule sur une surface. En particulier, les étapes d’adsorption et d’activation d’une molécule seront présentées. Différents modèles thermodynamiques et cinétiques d’adsorption et de réaction seront introduits.
Par ailleurs, le cours présentera différents exemples révélant l’enjeu de la catalyse dans des procédés industriels éco-efficients, de la conversion de la biomasse ou du recyclage des plastiques. Le lien entre produits visés, spécifications, conditions réactionnelles et choix optimaux des catalyseurs sera montré. Il visera une compréhension du fonctionnement des catalyseurs grâce à une description des phénomènes réactionnels depuis l'échelle atomique jusqu'à l’échelle industrielle. Le cours permettra d’acquérir des connaissances sur différentes approches expérimentales (préparation, caractérisation et test) et théoriques (simulation quantique) utilisées dans le contexte de la recherche en catalyse.
3.
Plan du cours
I. Principes fondamentaux de la catalyse
I.1 Enjeux et rôle des catalyseurs
I.2 Interaction molécule/surface - Physisorption/Chimisorption
I.3 Etude thermodynamique de l’adsorption (Isotherme de Langmuir, modèle BET)
I.4 Modèles cinétiques de la réaction (état de transition, Langmuir-Hinshelwood)
II. Cas d’étude en catalyse hétérogène
II.1 Activation des liaisons C-C et C-H en catalyse métallique : hydrogénation, déshydrogénation, hydrogénolyse
II.3 Activation des liaisons C-C par catalyse acide et bifonctionnelle : isomérisation et craquage
II.4 Transformation de la biomasse en carburants et intermédiaires de la chimie
II.5 Préparation des catalyseurs
III. Ouvertures à la catalyse homogène et enzymatique
4. Modalités d’examen
Examen écrit de 3 heures
5. Bibliographie
Principles of adsorption and reaction on solid surfaces. R.I. Masel. Wiley Series in Chemical Engineering. (nouvelle édition de 1996)
Catalyse par les métaux. Aspects fondamentaux et industriels. B. Imelik, G-A. Martin et A.-J. Renouprez. Institut de Recherches sur la Catalyse. Editions du CNRS. 1984
Catalysis by transition metal sulfides. From molecular theory to Industrial Applications. H. Toulhoat, P. Raybaud. Editions Technip (Paris, 2013)
Acido-Basic Catalysis. C. Marcilly. Editions Technip (Paris, 2005).