SURFER'Z : un projet coordonné par le LCS sélectionné par l’ANR pour mieux comprendre la séparation des alcools légers
Le projet SURFER’Z, coordonné par le Laboratoire Catalyse & Spectrochimie (LCS — CNRS, ENSICAEN, Université de Caen Normandie), a été sélectionné par l’Agence nationale de la recherche dans le cadre de son Appel à projets générique 2026. Porté par Arnaud Travert, il associe le LCS au Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (LIPhy — CNRS, Université Grenoble Alpes) pour étudier les barrières de diffusion à la surface des zéolithes. Consulter la liste officielle de l’ANR.
Son intitulé complet résume l’ambition scientifique : « Barrières de surface dans les zéolithes : des principes fondamentaux à un levier pour la séparation des alcools légers ».
La séparation moléculaire, un enjeu énergétique
Séparer les molécules constitue une étape essentielle de nombreux procédés de l’industrie chimique. Certaines techniques, comme la distillation, nécessitent des opérations thermiques consommatrices d’énergie. Développer des alternatives fondées sur l’adsorption représente donc un enjeu scientifique et technologique majeur.
Les zéolithes sont particulièrement prometteuses dans ce domaine. Ces matériaux possèdent un réseau de pores de dimensions moléculaires, dont la structure et les propriétés permettent d’accueillir préférentiellement certaines molécules.
Leur efficacité ne dépend toutefois pas uniquement de leur capacité d’adsorption. La vitesse à laquelle les molécules entrent dans les cristaux, circulent dans leurs pores et en ressortent joue également un rôle déterminant.
Comprendre ce qui se passe à la surface des zéolithes
SURFER’Z s’intéresse aux barrières de diffusion à la surface externe des cristaux de zéolithe. Ces résistances au transport peuvent ralentir les échanges entre le milieu extérieur et le réseau microporeux.
Encore mal comprises, elles sont difficiles à observer directement et à distinguer des phénomènes de diffusion à l’intérieur des cristaux. Leur étude exige également de relier plusieurs échelles, depuis le mouvement des molécules jusqu’aux performances globales d’une séparation.
Le projet poursuit deux objectifs complémentaires :
Comprendre l’origine des barrières de surface et quantifier leur importance.
Construire un cadre prédictif validé expérimentalement, afin de déterminer quand ces barrières doivent être réduites ou pourraient être exploitées pour améliorer une séparation.
Le système modèle retenu est la séparation d’alcools à chaîne courte, comportant deux à quatre atomes de carbone (C2–C4). Ces molécules présentent notamment un intérêt pour la valorisation de la biomasse et la production de biocarburants.
Une stratégie qui associe expériences et modélisation
Le programme scientifique s’articule autour de quatre axes.
Préparer et caractériser les matériaux. Les équipes sélectionneront des zéolithes et modifieront leurs surfaces externes de manière contrôlée pour examiner l’influence de la chimie de surface, de la structure poreuse et de la taille des cristaux.
Mesurer le transport moléculaire. La spectroscopie infrarouge operando, la résonance magnétique nucléaire à gradients de champ pulsés (RMN-PFG) et les expériences de percée permettront d’étudier l’adsorption, la diffusion dans les cristaux et les résistances aux interfaces.
Décrire les mécanismes à l’échelle moléculaire. Des simulations et des modèles théoriques apporteront un éclairage sur l’adsorption des alcools et leur transport à travers les interfaces des zéolithes.
Prédire les performances de séparation. L’intégration des données expérimentales et numériques permettra de relier les mécanismes microscopiques au comportement macroscopique du système.
Le LCS coordinateur, aux côtés du LIPhy
Le LCS assure la coordination de SURFERZ et pilote son programme expérimental. Cette contribution s’appuie sur ses expertises en spectroscopie operando, RMN, préparation et caractérisation des zéolithes, ainsi qu’en analyse de l’adsorption et du transport moléculaire.
Au LCS, Arnaud Travert, professeur et coordinateur scientifique, est responsable des investigations par spectroscopie infrarouge et du volet consacré à la modélisation macroscopique et à la validation. Cassandre Kouvatas, maîtresse de conférences, pilote la caractérisation expérimentale du transport et les investigations par RMN-PFG. Edwin Clatworthy, chercheur CNRS, dirige la préparation et la caractérisation des matériaux, avec la responsabilité des traitements post-synthèse et des expériences de percée.
Au LIPhy, Benoit Coasne, directeur de recherche CNRS, pilote la modélisation multiéchelle. Simon Gravelle, chercheur CNRS, contribue à ces travaux ainsi qu’au développement du modèle macroscopique.
Deux travaux de doctorat sont prévus : l’un au LCS, consacré à la préparation des matériaux, à leur caractérisation et aux mesures expérimentales ; l’autre au LIPhy, dédié aux simulations moléculaires, à la modélisation théorique et au changement d’échelle.
Cette collaboration réunit ainsi deux laboratoires aux compétences complémentaires :
LCS, à Caen : CNRS, ENSICAEN et Université de Caen Normandie.
LIPhy, à Grenoble : CNRS et Université Grenoble Alpes.
Vers des séparations plus économes en énergie
SURFER’Z ambitionne de rendre les barrières de surface mesurables, prévisibles et potentiellement utiles à la séparation.
En établissant des relations quantitatives entre chimie de surface, taille des cristaux, porosité et transport moléculaire, le projet vise à fournir des bases scientifiques pour mieux concevoir les matériaux et les procédés de séparation par adsorption, avec en perspective une meilleure efficacité énergétique.
