L'Agence nationale de la recherche Des projets pour la science

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Production durable et technologies de l'environnement (ECOTECH)
Edition 2011


Opportunité(E)4


La valorisation chimique et le recyclage vert des déchets miniers : une opportunité Environnementale, Ecologique, Ethique et Economique

Vers une nouvelle filière verte à économie circulaire : de la réhabilitation écologique des sites miniers à la chimie verte et vice-versa
Le projet conjugue réhabilitation écologique durable de sites miniers gardois et néo-calédoniens, et valorisation chimique des espèces végétales chargés en Eléments Traces Métalliques (ETM). Ce travail de recherche interdisciplinaire à finalité appliquée et industrielle, entend être le moteur d’une reconstruction environnementale et socio-économique de sites dégradés par des activités industrielles et minières.

Une valorisation scientifique et économique inédite de la biomasse végétale issue de la phytoextraction : la catalyse écologique
Si les activités minières passées ont entrainé une forte pollution des sols par l’accumulation des Eléments Traces Métalliques (ETM), l’épuisement des minéraux est devenu un problème préoccupant pour l’industrie chimique occidentale. La France doit relever un double défi basé sur le développement de procédés innovants de recyclage et la réhabilitation des écosystèmes dégradés. Le recyclage écologique de ressources minérales est au cœur du projet Opportunité (E)4. Tirant parti de la capacité adaptative remarquable de certains végétaux à hyperaccumuler les métaux de transition dans leurs parties aériennes, la conception du projet repose sur l’utilisation directe des espèces métalliques d’origine végétale comme réactifs et catalyseurs de réactions chimiques organiques fines. Cette approche originale offre la première perspective de valorisation de cette biomasse unique et initie une nouvelle branche de la chimie verte : la catalyse écologique. Dès à présent, il s’agit d’une révolution verte dans le domaine de la chimie. En effet, la phytoextraction est une source d’innovation en synthèse organique et la synthèse organique est la force motrice de la phytoextraction.
Le projet Opportunité(E)4 est le fruit de la collaboration de laboratoires de recherche et d’une société privée qui ont choisi de conjuguer leurs compétences propres en chimie verte et en phytotechnologies, afin de développer un programme commun de valorisation chimique des déchets contaminés adaptable à la variabilité et à la multiplicité des conditions édaphiques et climatiques des sites dégradés français de la métropole et de Nouvelle-Calédonie. L’ensemble du programme scientifique est réalisé en association étroite avec les acteurs locaux, issus des collectivités et des structures étatiques. Il fait également l’objet d’actions de valorisation soutenues auprès de groupes industriels aux domaines d’applications complémentaires (Ecologie de la restauration, industries minière et chimique).

La catalyse écologique : un concept chimique inédit et prometteur
La phytoextraction est une des rares solutions intéressantes de réhabilitation durable des sols dégradés ou contaminés par les ETM. Cependant, son développement reste limité par absence de valorisation de la biomasse contaminée. Opportunité(E)4 propose la mise au point d’une nouvelle technologie de chimie verte permettant une valorisation motivante des déchets métalliques végétaux.
Le procédé de chimie verte proposé s’appuie sur les propriétés adaptives de communautés végétales devenues capables d’hyperaccumuler le zinc, le nickel, le manganèse ou le cuivre. Dans chaque cas, les plantes tolérantes et hyperaccumulatrices d’ETM constituent un réservoir naturel de métaux de transition précieux en synthèse organique. Ils sont utilisés comme catalyseurs de réactions chimiques organiques. Ils permettent des transformations synthétiques ouvrant l’accès à des molécules à haute valeur ajoutée et à impact social important (agents anti-cancéreux, anti-viraux, composés actifs contre la malaria, molécules plates-formes aromatiques, biocosmétiques, pesticides verts, grands intermédiaires de la chimie industrielle …). La conception des procédés permet le recyclage par simple filtration; les espèces métalliques deviennent recyclables et utilisables en continu.
Le procédé est également adapté aux nouvelles contraintes économiques et constitue une solution concrète à la criticité des matières minérales non-renouvelables.

Résultats

Aucune approche de cette nature n’avait été développée jusqu’en 2009, très probablement à cause de l’absence de rapprochement des disciplines concernées : la synthèse organique et la phytoremédiation.
Cette nouvelle interface entre Phytoremédiation et Chimie catalytique biosourcée s’est très vite développée grâce au soutien du programme Opportunité (E)4.
Les avancées scientifiques et techniques sont telles que la phytoremédiation du site des Avinières fait l’objet 1- d’un contrat de collaboration avec la société Valorhiz pour étendre les objectifs à un programme plus ambitieux d’écologie industrielle. Ils intègrent des résultats scientifiques importants de biotechnologie de la rhizosphère, en tenant compte du diagnostic fonctionnel des sols contaminés, de l’écologie microbienne et végétale. 2- La société RECYLEX (ex-Metalleurop) est en train de négocier avec le partenaire 1 (CEFE) le développement du même programme de phytoextraction sur le grand site des Malines (site minier de la même commune ayant fonctionné jusqu’en 1991) dans le cadre d’une convention avec le CNRS. 3- En Nouvelle-Calédonie, 2 ha de cultures d’espèces hyperaccumulatrices de Ni et de Mn sont en pleine croissance sur le site de l’exploitation minier la Société Le Nickel. La filiale calédonienne vient de proposer au partenaire 1 un second contrat de collaboration pour étendre les travaux de phytoextraction sur un autre site (contrat SLN-CEFE-IAC). 4- Le partenaire 1 vient de terminer une collaboration très fructueuse avec l’Institut de Nanjing (programme Xu Guangqi). Le bilan à 18 mois prouve la pertinence de la combinaison phytoextraction-catalyse polymétallique.
Le travail de recherche est aujourd’hui labellisé par deux pôles de compétitivité : Cosmetic Valley et Materalia.
Il doit déboucher sur la création d’une start-up dédiée à l’ensemble du projet fin juin 2013.

Perspectives

Aujourd’hui, ce programme de chimie écologique n’est plus une simple valorisation des technologies de remédiation. Les systèmes polymétalliques obtenus à partir de la biomasse produite par phytoextraction sont originaux (degrés d’oxydation inhabituels, nouvelles espèces chimiques associées, effets de synergie), performants (activité, chimio et stéréosélectivité supérieures aux catalyseurs classiques dans un certain nombre de réactions). Ils peuvent servir de catalyseurs hétérogènes dans des transformations synthétiques permettant l’accès à des molécules ayant une haute valeur ajoutée pour la chimie fine et industrielle. Ils ne sont donc pas de simples substituts à des catalyseurs issus de la métallurgie, mais de nouveaux outils qui intègrent une triple vision chimie/écologie/environnement.

Productions scientifiques et brevets

Ce travail original a été validé par sept brevets CNRS et neuf articles scientifiques pertinents des domaines précités. Ils ont fait l’objet de nombreux articles de presse et 5 de reportages télévisés.

Partenaires

CEFE CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE LANGUEDOC-ROUSSILLON

Divers public

Aide de l'ANR 212 029 euros
Début et durée du projet scientifique janvier 2012 - 48 mois

Résumé de soumission

Le projet Opportunité (E)4 se propose d'explorer les contours d'un procédé innovant de valorisation chimique des technologies de phytoextraction et des déchets contaminés par les éléments traces métalliques. Tirant parti de la capacité adaptative remarquable de certains végétaux à hyperaccumuler les cations Zn2+, Ni2+, Mn2+ et/ou Al3+ dans leurs parties aériennes, la conception du projet repose sur l’utilisation directe des espèces métalliques d’origine végétale comme catalyseurs « acides de Lewis » de réactions chimiques organiques supportés sur des déchets miniers (stériles et scories).

Le projet est le fruit de la collaboration de laboratoires de recherche publique, semi-publique et d’une société privée qui ont choisi de conjuguer leurs compétences en phytoextraction dans la réhabilitation écologique durable de sites miniers gardois et néo-calédoniens.
Dans chaque cas, le programme de revégétalisation intègrera le respect de la biodiversité locale.
Les déchets végétaux et métalliques associés seront directement valorisés et transformés en catalyseurs verts. Ces derniers seront ensuite dispersés et stabilisés sur les déchets miniers divisés. Ces systèmes polymétalliques originaux serviront de catalyseurs hétérogènes dans des transformations synthétiques permettant l’accès à des molécules à haute valeur ajoutée (molécules plates-formes aromatiques, hétérocycles et oligomères d’intérêt biologique, structures cycliques chirales, grands intermédiaires de la chimie industrielle …).
La conception des procédés permettra le recyclage par simple filtration; elle pourra être également adaptée aux nouvelles contraintes économiques et pourra constituer une solution concrète à la criticité des matières minérales non-renouvelables.

L’ensemble du programme scientifique sera réalisé en association étroite avec les acteurs locaux, issus des collectivités et des structures étatiques. Il fera également l’objet d’actions de valorisation soutenues auprès de groupes industriels aux domaines d’applications complémentaires (Ecologie de la restauration, industries minière et chimique).

Ce travail de recherche interdisciplinaire à finalité appliquée et industrielle, entend être un moteur de la reconstruction environnementale et socio-économique de sites endommagés par des activités minières passées ou actuelles.

 

Programme ANR : Production durable et technologies de l'environnement (ECOTECH) 2011

Référence projet : ANR-11-ECOT-0011

Coordinateur du projet :
Madame Claude Grison (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE LANGUEDOC-ROUSSILLON)
claude.grison@nullcnrs.fr

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.