Introduction

LABORATOIRE CATALYSE & SPECTROCHIMIE

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Le LCS est une unité mixte de recherche (UMR 6506) du CNRS, de l’École Nationale Supérieure des Ingénieurs de Caen (ENSICAEN) et de l’Université de Caen Normandie

  • Nous préparons des matériaux et étudions leurs propriétés afin d’optimiser leurs performances dans le domaine de l’environnement et du développement durable, de l’énergie ou pour de nouvelles technologies (capteurs, vectorisation de médicaments …)
  • Nous sommes un laboratoire performant et productif classé A+ par les instances d’évaluation nationales (HCERES, CNRS). Nos savoir-faire dans le domaine des matériaux catalytiques et les outils de caractérisations spectroscopiques sont reconnus internationalement.
  • Nous disposons de plateformes techniques et d’équipes de projets expérimentées dans les relations partenariales avec les entreprises.
  • Nous avons une forte tradition de coopération avec l’industrie (locale, nationale, internationale) à travers des recherches de nature fondamentale et de la prestation de services (LCSValoris)
  • Dans le cadre de l’Institut Carnot ESP et grâce à notre implication dans plusieurs réseaux nationaux ou internationaux, nous offrons des moyens de collaborations multidisciplinaires permettant de trouver les solutions à des problèmes complexes.

La recherche notre raison d’être.

Le LCS a bâti sa réputation sur la spectroscopie operando du catalyseur, c’est-à-dire sur l’observation du matériau dans le réacteur chimique, en temps réel, pendant la réaction. Le LCS est également depuis 2009 mondialement reconnu pour ses recherches en conception de matériaux microporeux, tels que les zéolithes,  ayant des propriétés bien spécifiques. Avec un pôle très fort en spectroscopie infrarouge, mais aussi en RMN et en spectroscopie Raman, le LCS occupe une place unique dans le domaine de la dépollution automobile, dans la production d’énergie, le raffinage pétrolier, la pétrochimie, ou dans le domaine des bioressources.

Aujourd’hui, le LCS c’est ~55 personnes, dont 30 chercheurs et ingénieurs permanents, structurés en deux équipes complémentaires:

  • l’équipe ZEOLITHES dont le cœur de métier est la conception raisonnée de matériaux poreux zéolitiques pour des applications diverses en catalyse, adsorption, capteur …
  • l’équipe SPECTROCAT notamment impliquée dans la mise au point de spectroscopies in situ et operando permettant la compréhension à l’échelle moléculaire de la catalyse hétérogène, des phénomènes d’adsorption, de séparation… Ce domaine correspond à l’activité historique du laboratoire.

A cela s’ajoute la cellule de prestation LCSValoris.

Des collaborations de qualité …

Le LCS est via l’ENSICAEN membre du pôle de compétitivité MOV’EO et du LABEX EMC3. Nos équipes participent à des projets collaboratifs dans le cadre du FUI / PREDIT (OSCAR’NOX, RECONOME….), ADEME, ANR (HIZECOKE, BICNANOCAT,  MADAIR, Uree-NOX…), Labex (DRUID, BIOCAR… ) ou européen (MACADEMIA, MEET, E3C3, M4CO2…).

Nos chercheurs publient dans des journaux internationaux de tout premier plan : Nature, Science, Journal of American Chemical Society, Angewandte Chemie, … et déposent régulièrement des brevets. Nous collaborons avec des équipes dans plus de 20 pays,  en Asie, Amérique ou Europe.

Partenariat avec les grandes entreprise, ETI et PME …

PSA, Renault, Toyota, Valeo, Saint Gobain, Solvay, TOTAL, UOP, Grace, Evonik, PPG, Michelin, Eurecat, IFPEN, Axens, BASF, Johnson-Matthey, Thermo-electron, Bruker, Ets Raynaud, Imprimerie Tonnellier, Pantechnik, …

4 plateformes techniques implantées sur 2250 m2 de locaux…

  • VISIO – Plateforme de spectroscopies vibrationnelle et électronique : 23 spectromètres FTIR, Raman, UV-Vis – spectroscopies in situ et operando – Couplages thermogravimétrie / FTIR,  FTIR / micro-ondes, FTIR / plasma …
  • RMN – Plateforme de résonance magnétique nucléaire : 4 spectromètres solides et liquides, hyperpolarisation du 129Xe par pompage optique, mesures operando et à haute température < 400°C
  • CATALYSE – Plateforme de tests catalytiques variés basse et haute pression
  • SYNTHÈSE – Plateforme de synthèse de  matériaux : 200 autoclaves, caractérisation et contrôle par Microscopie électronique, sorptiométrie, DRX, DLS…

Catalyse pour l’énergie, la chimie et la protection de l’environnement

  • Valorisation des ressources fossiles (raffinage, pétrochimie) et bioressources (biocarburants de seconde génération)
  • Production de carburants propres ou de grands intermédiaires pour la chimie.
  • Nouvelles applications et procédés, techniques avancées de conversion d’énergie (μ-ondes, plasma, photochimie…)
  • Dépollution (NOx, SOx, COV, suies…) de sources fixes ou mobiles, Purification d’environnement
  • Séparation des gaz (CO2, hydrocarbures…)
  • Nouveaux vecteurs énergétiques (H2)
  • Valorisation du CO2

Outils spectroscopiques et méthodologies

  • Etudes operando au plus près des conditions réelles d’application
  • Résolution spatiale d’un solide mis en forme, Résolution en temps ms ou µs
  • Méthodes de caractérisation avancées, conception et développement d’outils : 2D-IR PJAS, CF-RMN, operando (IR, RAMAN, et UV-Vis), AGIR, conditions extrêmes…
  • Analyse et interprétation (2D-COS, 2D-FFT, entropie maximale, inversion spectrale, ACP, chimiométrie en général …)

Matériaux poreux: de la préparation aux applications

  • Conception du matériau, préparation, caractérisation et utilisation de zéolithes ou apparentés
  • Zéolithes de taille nano et microscopiques; mono, multicouches de films poreux ; solides poreux tridimensionnels auto-supportés ; poreux fonctionnalisés et poreux hiérarchisés
  • Mécanisme de nucléation et croissance cristalline
  • Nanozéolithes et matériaux à porosité optimisée pour le raffinage
  • Catalyse hétérogène, séparation, capteurs, optique, membranes, détection d’espèces de surface à courte durée de vie, traitement des liquides visqueux et colloïdes.

Quelques réalisations et produits de la recherche dans les 4 dernières années

  • Le « Zeolite Crystal Engineering » au LCS débouche sur une politique plus agressive en propriété intellectuelle et sa valorisation. Les brevets couvrent maintenant la synthèse de zéolithes (nanozéolithes), leur modification (nouveau procédé de hiérarchisation) et leur croissance sur supports préformés (traitement de pétroles extra-lourds).
  • Le LCS oeuvre pour le design et les applications des MOFS comme catalyseurs hétérogènes hautement sélectifs, notamment pour l’élimination des molecules toxiques ou dangereuses. The LCS promotes the design and applications of MOFs as highly selective heterogeneous catalysts, notably for harmful molecule abatement.
  • En partenariat avec PSA, le LCS a conçu et breveté un système de controle d’échappement automobile original (à base de zéolithes), maintenant commercial sur les derniers modèles diesel.
  • Première mise en évidence de la morphologie des nanofeuillets de sulfures sur les catalyseurs d’hydrotraitement de type industriel, et des changements morphologiques de la phase active par chélation des additifs et sulfuration à haute pression.

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