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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-20-0492

DOMAINE DE RECHERCHE
Chimie / Physique de l’état condensé, chimie et nanosciences
INTITULÉ DU SUJET Français

Décarboxylation des acides gras pour la synthèse d'alcanes biosourcés

RÉSUMÉ DU SUJET

A l’heure actuelle, les carburants proviennent à près de 90% des ressources fossiles. Non seulement ces ressources

restent limitées dans le temps et sont amenées à disparaître mais leur combustion entraîne également un relargage de

CO2 dans l’atmosphère, accélérant ainsi le réchauffement climatique. Une alternative serait d’utiliser comme

carburants des composés biosourcés, comme les acides gras contenant de longues chaînes carbonées (C4-C28) à l’instar

des dérivés du pétrole. Ces composés sont par exemple aujourd’hui transformés en leur esters méthyliques pour

donner le biodiesel (B100). Néanmoins, les fonctions oxygénées présentes dans ces molécules limitent leur utilisation

car elles leur confèrent souvent des propriétés physiques très différentes des alcanes classiquement employés (point

de fusion plus élevé, compatibilité limitée avec les moteurs actuels, stabilité chimique plus faible…). Désoxygéner ces

acides gras permettrait donc de pallier ces problèmes. Cette décarboxylation a pour le moment été étudiée

essentiellement en catalyse hétérogène ou avec des métaux supportés mais la réaction requiert dans ces conditions de

hautes températures, souvent de l’ordre de 300 °C, qui entraînent des réactions secondaires comme le craquage des

alcanes, la formation de charbon ou des isomérisations.[1]

Dans ce projet, nous nous proposons d’étudier cette réaction en catalyse homogène afin de réaliser la même réaction

en conditions plus douces et donc plus sélectives vis-à-vis de la formation d’alcanes à partir d’acides saturés comme

l’acide laurique (C12), l’acide palmitique (C16) ou l’acide stéarique (C18). Le recours à la catalyse homogène permettra

également de développer des conditions sélectives pour la décarbonylation (formation d’alcools) ou la désoxygénation

en alcènes de ces acides, permettant ainsi l’obtention d’alcools et d’alcènes biosourcés, deux transformations

représentant un plus grand défi compte-tenu de la thermodynamique défavorable.

Fort de son expertise en catalyse et en études mécanistiques, mais aussi grâce aux connaissances développées dans les

réactions de décarboxylation,[2] le LCMCE pourra mener à bien ce projet. Le laboratoire est en effet équipé pour travailler

sous atmosphère inerte avec des rampes de Schlenk sous argon et azote, ainsi qu’avec quatre boîtes à gants sous

atmosphère d’argon. La manipulation des gaz est possible soit à pression atmosphérique sur les rampes de Schlenk en

utilisant des bouteilles de gaz, à plus hautes pressions en système Fisher-Porter (pour des pressions jusqu’à 10 bars) ou

en autoclaves permettant d’atteindre des pressions de 180 bars et des températures de 250 °C. Les équipements

d’analyses incluent un appareil RMN 400 MHz multi-noyaux, un spectromètre IR, une GC équipée pour l’analyse des

gaz courants, une GC/MS (CO2, CO…) et une cellule électrochimique utilisable en atmosphère inerte. Les calculs DFT

seront réalisés grâce à une allocation annuelle de 500 000 heures scalaires sur les centres de calculs nationaux IDRIS et

CINES.

Ce projet pourra être mené en collaboration avec une équipe qui développe la fabrication et l’isolement d’acides gras

à partir de microalgues, nous permettant ainsi d’utiliser un intrant directement issu de la biomasse. La comparaison

avec d’autres méthodes comme la photodécarboxylation par des enzymes, développée au sein du CEA,[3] est également

un axe de développement de ce projet.

[1] Abdullah et al., Renewable and Sustainable Energy Reviews 2015, 42, 1223.

[2] Cantat, Audisio et al., J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 780 ; Imberdis, Thèse de doctorat Chimie Paris Saclay, 2019, 2019SACLS306.

[3] Beisson et al., Science 2017, 357, 903.

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut rayonnement et matière de Saclay
Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie
Laboratoire de Chimie Moléculaire et de Catalyse pour l’Energie
Centre : Saclay
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Thibault CANTAT  

CEA
DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE
IRAMIS/NIMBE/LCMCE
Bât 125, CEA Saclay
91191 Gif-sur-Yvette Cedex

Téléphone : +33 1 69 08 43 38

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
Sciences Chimiques: Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes (2MIB)
DIRECTEUR DE THÈSE

Thibault CANTAT

CEA
DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE
IRAMIS/NIMBE/LCMCE
Bât 125, CEA Saclay
91191 Gif-sur-Yvette Cedex