D’un geste fluide, le bras robotisé entame sa série de mouvements. Dans une enceinte sous atmosphère inerte, le préhenseur en forme de pince se saisit de petites fioles qu’il ouvre une à une. Automatiquement, le bras retourne à sa position initiale et change en quelques secondes d’outil pour s’équiper d’une tête gravimétrique qui déposera au milligramme près des poudres dans les tubes. Au total, 36 réacteurs – et autant de réactions chimiques à tester – sont préparés en quelques minutes avec une précision sans faille. Cet automate, baptisé Catimpreg, est l’un des nombreux dispositifs déployés dans le cadre de la plateforme Realcat dédiée à la recherche sur les catalyseurs.
Sur le campus de la Cité scientifique de Villeneuve-d’Ascq (Nord), dans les locaux de Centrale Lille, cet Équipex (équipement d’excellence) a bénéficié en 2012 d’une subvention de 8,7 millions d’euros. Il est porté par trois laboratoires lillois : l’Unité de catalyse et chimie du solide, le Centre de recherche en informatique, signal et automatique (Cristal) et l’Institut Charles Viollette. Son ambition ? Combiner les techniques de criblage haut débit à la collecte et au traitement des données pour accélérer la recherche sur les catalyseurs chimiques et biologiques. « Grâce à ses outils et sa pluridisciplinarité, c’est une plateforme unique au monde », s’enthousiasme Egon Heuson, le responsable de la partie biocatalyse de Realcat.
Des catalyseurs pour dépolymériser les plastiques
Depuis septembre, les outils de Realcat se préparent à travailler sur le recyclage des plastiques, après la validation cet été par l’Agence nationale de la recherche (ANR) de la création d’une chaire baptisée Plastiloop 2.0. Soutenue par le chimiste Solvay, elle vise à trouver des catalyseurs favorisant la dépolymérisation des plastiques, mais aussi à faciliter le retour des monomères à l’état de plastique.
« Notre volonté est de pouvoir fermer au maximum la boucle du recyclage », indique Sébastien Paul, professeur à Centrale Lille, responsable de la plateforme Realcat et coordinateur de la chaire. Première cible : des polymères haut de gamme dits aromatiques. « En combinant des approches biotech – où les réactions s’effectuent le plus souvent à température ambiante – et chimique, nous cherchons à trouver le processus de dépolymérisation le plus efficace et le moins énergivore. »
Une autre machine, l’Autoplant, réalise des synthèses hydrothermales automatisées. Dans chaque réacteur, la pression (jusqu’à 80 bars) et la température (de – 10 à 250 °C) sont finement contrôlées. Dans la zone des biocatalyseurs (levures, enzymes), une machine QPix 460 assure la culture anaérobie et aérobie de micro-organismes. De 3 000 à 3 500 colonies peuvent être repiquées par heure à l’aide d’un système de détection et de sélection assisté par l’intelligence artificielle. Realcat possède aussi un système unique de criblage des conditions de fermentation microbienne pouvant réaliser 48 fermentations simultanées.
Collecte de données
À la clé de cette robotisation généralisée, un gain de productivité d’un facteur 12, selon Egon Heuson, par rapport à une préparation manuelle des réacteurs. L’automatisation permet également une collecte systématique de données. « Tous ces robots sont équipés de capteurs qui récupèrent des informations tout au long du processus, explique Sébastien Paul. Elles sont stockées en interne sur serveur dédié de 100 téraoctets. » Un système de gestion des données expérimentales a été mis au point par le laboratoire Cristal pour exploiter au mieux ces informations. « Dans la recherche sur les catalyseurs, nous avons souvent des éléments sur les solutions qui marchent parce qu’elles font l’objet de publications scientifiques, mais très peu sur celles qui ne fonctionnent pas, précise Sébastien Paul. Même en cas d’échec d’une synthèse, Realcat conserve ces informations précieuses pour affiner la recherche. »
Des algorithmes d’apprentissage automatique sont en cours de développement au laboratoire Cristal et à l’Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique (Inria). L’objectif est de pouvoir identifier dans une vaste base les molécules ou organismes les plus efficaces pour une réaction donnée, notamment en multicatalyse. Un déploiement de puissance à la mesure du défi du recyclage des plastiques.
« Faire essaimer des technologies vers des deeptechs »
Sébastien Paul, professeur à Centrale Lille et responsable de la plateforme Realcat
© D. Fontenat
Comment les recherches de la plateforme sont-elles valorisées ?
Realcat est un outil très performant pour accélérer la recherche dans des domaines précis. Nous sommes sur le créneau de l’invention. La plateforme permet de trouver de nouveaux procédés et de nouvelles solutions. Mais il faut encore les transformer en innovations. Le but est de transférer les découvertes effectuées sur la plateforme vers des start-up qui concrétiseront les pistes mises en valeur par Realcat.
Qui portera les prochaines technologies de recyclage des plastiques découvertes à Realcat ?
Nous avons un partenariat avec le chimiste Solvay pour la mise au point de solutions dédiées aux polymères aromatiques. La chaire Plastiloop 2.0 se concentrera sur ce sujet. Mais nous pourrions aboutir à des solutions efficaces sur d’autres plastiques et envisager un transfert de technologies vers des start-up. Nos étudiants sont sensibilisés à l’entrepreneuriat et cherchent à acquérir des compétences dans la gestion des entreprises. La prochaine technologie de rupture sur le recyclage des plastiques sera peut-être portée par une deeptech de notre écosystème.
Combien de brevets sont déjà issus de Realcat ?
Depuis sa mise en activité en 2015, notre plateforme est à l’origine de six brevets et de 80 publications. Nous étions jusqu’à présent très concentrés sur la question de la chimie verte. Nous espérons continuer avec des découvertes dans la dépolymérisation.
