Quelles innovations pour un avenir durable ?

Il y a quelques semaines, à l’occasion d’une opération « portes ouvertes », j’ai eu l’opportunité de visiter le Learning Center de l’Université de Lille 1, cité scientifique. De quoi s’agit-il ? C’est à la base une grosse bibliothèque universitaire ultra moderne (qui, a elle-seule vaut le coup d’œil).

LILLIAD Learning Center Innovation, c’est tout d’abord une superbe architecture : un cylindre dentelé de verre pour les ressources documentaires et une extension en forme de vague pour les deux autres pôles d’activités de LILLIAD : le pôle événementiel (où se déroulent ateliers, congrès scientifiques, séminaires…) et Xperium, objet de cet article. Bref, plus de 10.000 m2 consacrés à la culture, l’éducation, la promotion de l’innovation, le brainstorming et la diffusion des connaissances.

Xperium est un espace où sont mis en avant des travaux de recherche, les innovations au-travers d’exposés, d’expérimentations, de jolies maquettes, de challenges à relever sur un thème dédié. Le public et surtout les lycéens peuvent ainsi avoir accès à de l’information « en direct du labo », découvrir le monde de la recherche et les applications innovantes qui peuvent en découler.
Cette saison (2016-2018) se focalise sur Rev 3 : la 3e révolution Industrielle en cours dans les Hauts de France, dont nous avions déjà parlé ici et .


Rev 3 c’est la mise en place d’une économie durable où l’énergie est au cœur de tout, la promotion du changement profond et une rupture dans nos façons de vivre, de s’organiser et de produire.


Bref, quelles recherches, solutions, innovations pour économiser les ressources, mieux consommer, comprendre et limiter nos émissions de polluants, appréhender et réduire nos impacts sur la biodiversité?
Les chercheurs de l’université de Lille ont naturellement une place clé dans l’ensemble des démarches de réflexions de Rev 3 par les différents travaux menés. Cela concerne trois grandes thématiques :
l’énergie ce qui touche autant la ville, l’habitat, que le transport,
– la préservation des ressources et de la biodiversité,
– l’étude de la pollution (et ses liens avec le  climat).

Plus concrètement, de quoi s’agit-il ? Voici un petit aperçu de quelques uns des sujets que j’ai pu approcher, certains sont mieux décrits que d’autres lorsque j’ai pu m’entretenir avec le doctorant ou chercheur.

Le domaine de l’Energie

Pour se passer du pétrole dans le domaine du transport, la solution qui se dessine actuellement, est le véhicule électrique. Mais pour son développement, il faut bien assurer le stockage d’énergie. On pense aux batteries bien sûr, qui sont efficaces à vitesse constante. Mais pour les phases de démarrage et d’accélération, il y a de gros besoins de puissance. Ce sont les supercondensateurs qui peuvent assurer cette fonction. Prévoir ces deux types de stockage d’énergie au sein d’une même véhicule est en cours d’étude.

Dans le domaine de la préservation des ressources.

Quelle menace plane au-dessus de nos têtes à plus ou moins brève échéance ? L’épuisement du pétrole comme source d’énergie et ressources pour un pan énorme de la chimie est préoccupant. Nous en sommes devenus très dépendants à la fois pour les carburants dans les transports et la chimie (plastiques, peintures, alimentation, industrie pharmaceutique, cosmétiques…) ?
Heureusement, de nombreuses recherches s’intéressent aux challenges posés par l’épuisement du pétrole… par quoi le remplacer ? Il s’agit d’un hydrocarbure : c’est la biomasse qui, chimiquement, s’en rapproche le plus. Cette dernière est de plus, renouvelable (si l’homme si prend bien !).
Mais cela pose un certain nombre de défis, car la chimie du végétal est complexe et la biosynthèse de molécules intéressantes n’est pas forcément facile. Enfin, il ne faut pas faire concurrence à l’alimentation en cultivant spécifiquement pour chimie verte.
Bref, il faut mener des recherches pour :

  • trouver des sources de biomasse non consommables mais valorisables (résidus de récoltes, produits riches en lignine, huiles végétales à transformer…) et développer des traitements adéquats,
  • comprendre et mettre en oeuvre « facilement » les processus réactionnels les plus efficaces (en termes de rendements notamment et de réduction de l’empreinte environnementale).

Valentin Skrzypczack, doctorant au sein de l’ITE (Institut de Transition Energétique) et de l’IFMAS (Institut Français des matériaux agro-sourcés) nous présente des sujets en lien avec cette thématique, des sujets sur lesquels il travaille (ou a travaillé). Les questions posées sont les suivantes : quels produits transformés, comment et pour quelles applications ?

La voie du biodiesel
La biomasse peut permettre de donner des huiles (ex: huile de colza) dont les débouchés sont intéressants, pour une planète qui cherche à remplacer le pétrole comme source de carburants et de molécules de base pour la chimie. Par des transformations physico-chimiques bien choisies, appelées transestérifications, les huiles (triglycérides) donnent naissance à un ester proche du diesel (ou biodiesel) et au glycérol. Cette 2e molécule, d’abord considérée comme un déchet, s’avère présenter plusieurs débouchés intéressants. Elle est le point de départ pour la synthèse d’autres molécules d’intérêt : les recherches se concentrent donc pour trouver les bonnes voies réactionnelles impliquant le recours à des catalyseurs (trouver lesquels fait aussi partie des défis).
Pour les curieux, amateurs de chimie, voici comment on peut écrire la réaction conduisant au biodiesel et au glycérol à partir d’une huile végétale :

Vers de nouveaux plastiques performants et biosourcés
La biomasse, quelle que soit sa provenance, est riche en sucres de diverses natures ce qui intéresse les industries agro-alimentaires. L’amidon par exemple est fortement présent dans les plantes amidonnières ; nous en avions parlé ici (grains d’amidon observés au microscope). Or l’amidon peut donner lieu à de nouveaux sucres, dérivés du glucose et des transformations chimiques spécifiques conduisent à de nouvelles molécules, devenant des briques de base pour des polymères.

Ainsi par exemple, l’amidon, constitué de longues macro-molécules d’amylose ou d’amylopectine, est hydrolysé en glucose (on casse des liaisons qui relient les briques de base). Par hydrogénation (et avec l’aide d’un catalyseur) apparaît le sorbitol.


A ce niveau, deux déshydratations (et encore avec l’aide d’un catalyseur) conduisent alors à l’isosorbide qui intéresse beaucoup l’industrie.

L’isosorbide : arrêt sur image 
Comme on peut le voir sur la figure précédente, le fait d’avoir enlevé deux molécules d’eau conduit à une molécule à deux cycles fusionnés (il reste deux fonctions alcool). Utilisée comme base monomère pour la production de différents polymères, cette molécule à double cycle confère beaucoup de rigidité à l’ensemble améliorant les propriétés mécaniques. La résistance à la température est également assez forte. Bref, ce type de polymère est favorable à la création de matériaux plastiques pour, par exemple, la fabrication de bouteilles qui pourraient être remplies « à chaud ».

Les recherches en cours visent à comprendre comment on pourrait améliorer le rendement de production de l’isosorbide, qui ne dépasse pas 70% (une autre molécule entre en compétition).

Parlons biodiversité
Comment préserver la biodiversité ? La solution est par exemple l’aménagement de corridors biologiques, afin d’assurer la continuité écologique, nous en avions parlé. Ce sont ici les travaux du laboratoire TVES (Territoires, Villes, Environnement et Societés) qui sont présentés.

Et si on regardait du côté du milieu marin ?
Un stand consacré à l’étude du milieu marin présente les travaux du LOG (laboratoire d’Océanologie et de Géosciences à Wimereux) : une unité de recherche qui associe le CNRS, l’Université de Lille, et l’Université du Littoral Côte d’Opale.
Le doctorant Paul Dayras sous la direction du Pr Souassi, nous présente des copépodes à observer à la loupe ! Les copépodes sont des minuscules crustacés formant en mer la base du plancton.

Et de plus près, ça donne ceci

Un copépode

Leur étude présente un double intérêt :
– d’un point de vue de l’écotoxicologie,
– dans le cadre de l’aquaculture.

Il est primordial de pouvoir suivre l’impact de différents types de pollutions sur les écosystèmes : c’est l’objet de l’écotoxicologie. Quels sont les paramètres nous indiquant une dérive dans la qualité d’eau ? Il s’avère que les copépodes sont de très bons indicateurs de la qualité d’eau, notamment parce qu’ils sont sensibles à la présence de métaux lourds. Par exemple, en cas de dépassement de certains seuils, la fécondité des femelles est affectée ou encore le comportement natatoire des individus est modifié : leur nage anarchique entrave leur recherche de nourriture et leur accouplement.
Les études sur une chaîne alimentaire complète reconstituée peuvent également permettre de mieux comprendre la bioaccumulation des métaux lourds (des micro-algues vers des copépodes vers des poissons).

Pour l’aquaculture, le challenge à relever est de trouver les moyens de nourrir, avec une alimentation adéquate et  de qualité, les larves de poisson qui sont en élevage. Les copépodes répondent à cette question et sont particulièrement bien adaptés aux besoins et capacités de certaines espèces de poissons : ce sont des proies naturelles, vivantes à forte valeur nutritionnelle pour les larves en élevage.
Bref, des recherches sont axées sur la façon de développer des cultures de différentes espèces de copépodes.
Ces travaux entrent dans le cadre du projet COPEFISH, qui concerne le développement d’un pilote de mise au point et de production de copépodes en grand volume.
Ce projet labellisé par le Pôle de Compétitivité AQUIMER, associe le LOG et Nausicaa

Suivi de la pollution atmosphérique
C’est par la détection laser qu’on peut suivre la concentration, la taille et la hauteur de particules présentes dans l’atmosphère (aérosols). C’est un LIDAR (Light Detection and Ranging) qui permet ces mesures. La lumière verte est envoyée vers l’atmosphère et se trouve rétrodiffusée par les particules rencontrées sur son chemin.

Voilà une visite bien riche… J’espère que de nombreux étudiants se lanceront dans des recherches de ce type… Des sujets passionnants à découvrir !

Merci à Mme PICART d’avoir organisé ma visite 😉

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