– SAFHS

Un des défis technologiques que doit relever aujourd'hui notre société concerne la séparation et la récupération de fluides (liquides, vapeurs, gaz) dans des conditions acceptables tant sur le plan environnemental qu'économique. Plusieurs exemples sont notamment d'actualité : la récupération des gaz à effet de serre, la récupération sélective de solvants ou encore la purification d'hydrogène. Une large partie de ces procédés est basée sur l'adsorption dans des matériaux microporeux tels que les zéolithes ou les charbons actifs dont la régénération thermique représente l'étape du procédé la plus coûteuse en termes d'énergie. Récemment de nouveaux matériaux poreux sont apparus dans la littérature. Ces matériaux, appelés Metal Organic Frameworks ou Metal Coordination Polymers sont constitués de centres métalliques reliés entre eux par des chaînes organiques, généralement des polycarboxylates. Une propriété originale de certains solides poreux hybrides inorganiques - organiques est leur flexibilité sélective (ou respiration sélective) lors du processus d'adsorption en fonction de la nature du fluide. En particulier, les carboxylates métalliques flexibles poreux, découverts à Versailles, constitués soit de chaînes (MIL-53, -69) ou de trimères inorganiques (MIL-88-A, -B, -C, -D) respirent avec une amplitude inégalée, entre 50 et 220 % en volume, et de manière sélective en présence de fluides. Une conséquence de cette propriété est la possibilité de développer des procédés de séparation sélective, ou encore de stockage, avec un coût énergétique faible en comparaison de procédés classiques. En effet, les cycles d'adsorption-désorption caractéristiques de ces nouveaux matériaux poreux conduisent à envisager la possibilité de régénérer ces solides poreux hybrides par effet piston. Les propriétés d'adsorption de ces solides hybrides seront optimisées par modification du ligand carboxylate (synthèse directe), ou par greffage post-synthèse sur le site métallique. Enfin, une meilleure compréhension des interactions spécifiques entre ces molécules et les parois des adsorbants à la fois par spectroscopie IR, UV et par différents outils de modélisation quantique et classiques (Monte Carlo et Dynamique Moléculaire), permettra d'élaborer a posteriori des solides poreux adaptés aux propriétés optimales de leur séparation. Nous avons placé la compréhension des phénomènes de séparation des hydrocarbures et des alcools par des phases respirantes de solides poreux hybrides à flexibilité géante et sélective au centre de ce projet. Ce champ d'études rassemble plusieurs défis fondamentaux que les matériaux microporeux classiques n'ont su relever. Les nouveaux matériaux que nous proposons présentent à la fois une sélectivité géométrique, mais également énergétique, compte tenu de leurs propriétés de surfaces récemment découvertes. Ils sont donc des candidats très prometteurs pour aborder ces problématiques très novatrices d'un point de vue fondamental, et qui présentent en outre un intérêt industriel très marqué. ...