Unité de Catalyse et de Chimie du Solide

Les recherches menées au sein de l’équipe 3C3M explorent à la fois la chimie de coordination et la catalyse homogène pour relever les défis actuels dans ces domaines. Elles portent sur la valorisation de petites molécules en vue de la synthèse de composés d’intérêt, la conception de structures macromoléculaires contrôlées et la transformation de la biomasse. L’équipe intègre le développement durable de manière transversale dans ses recherches en chimie fine, polymérisation et valorisation des matériaux renouvelables, en portant une attention particulière aux procédés éco-efficients et à une gestion optimisée des ressources. Grâce à son expertise multidisciplinaire en chimie de coordination, catalyse homogène et ingénierie des polymères, l’équipe 3C3M contribue activement à l’économie circulaire et au développement de la chimie verte. En collaboration avec des partenaires académiques et industriels, elle conçoit des solutions innovantes pour la synthèse de molécules, de macromolécules et de matériaux de demain.

Créée en janvier 2025, l’équipe CADICOM (CAtalyse Durable et Innovante pour la Chimie Organique et Macromoléculaire) réunit 8 enseignants-chercheurs qui mettent en commun leurs expertises en chimie organique et macromoléculaire au service de divers projets de recherche afin de développer des réactions, molécules et polymères respectueux de l’environnement. Parmi les approches synthétiques durables développées en chimie organique, la photocatalyse occupe une place centrale. Ce procédé permet d'accéder à des molécules aux structures variées, ouvrant ainsi des perspectives en chimie thérapeutique, en valorisation de produits issus de la biomasse et du CO₂, ainsi qu’en polymérisation. Dans ce dernier domaine, l’un des fers de lance de l’équipe est la polymérisation coordinative par transfert de chaîne (Coordinative Chain Transfer Polymerization) et par navette (Chain Shuttling Polymerization) et la conception d’élastomères thermoplastiques. La fonctionnalisation d’oligo- et de polysaccharides ainsi que le recyclage des polymères sont également explorés par des voies catalytiques. Des stratégies d’immobilisation de catalyseurs organiques ou organométalliques sont par ailleurs développées, afin de combiner le meilleur de la chimie homogène avec la mise en œuvre de procédés typiques de la catalyse hétérogène. Cette approche permet ainsi d’optimiser le recyclage du catalyseur en facilitant sa séparation tout en limitant les voies de désactivation propres aux conditions homogènes.

L’équipe Catalyse Supramoléculaire (CASU) est localisée à la Faculté des Sciences Jean Perrin de Lens (Université d'Artois). L’équipe a vocation à développer des systèmes catalytiques et des procédés chimiques, en réponse aux grands enjeux sociétaux, dans une démarche de développement durable, écoresponsable et socialement équitable. Les recherches menées par l’équipe CASU s’articulent autour d’une identité forte et historique : la catalyse assistée par des cyclodextrines. Les cyclodextrines sont des macrocycles constitués de 6, 7 ou 8 unités glucosidiques pontées en -(1-4) et dont la structure en tronc de cône est telle qu’elles ont la capacité de former des complexes d’inclusion ou des adduits avec diverses molécules organiques ou inorganiques. Les cyclodextrines peuvent ainsi être utilisées (sous une forme native, modifiée ou polymérisée) dans des systèmes biphasiques constitués d’une phase aqueuse et d’une phase organique pour améliorer le transfert de matière. Elles peuvent y jouer le rôle d’agents de transfert de phase mais aussi générer in situ des tensioactifs auto-assemblés, des colloïdes et des émulsions. Elles peuvent également être employées comme ligands en catalyse moléculaire, agents stabilisants et/ou dispersants et/ou structurants pour la préparation de nanoparticules métalliques, matériaux poreux, catalyseurs hétérogènes ou enzymatiques plus efficients. Concernant la catalyse, l’équipe CASU s’attache à travailler sur la fonctionnalisation de molécules d’intérêt, en particulier les molécules issues de la biomasse amidonnière et oléagineuse, sur la transformation de polluants en substances moins nocives et, plus récemment, sur la valorisation du dioxyde de carbone. Outre l’utilisation de la cyclodextrine comme outil supramoléculaire, de nouvelles actions ont été initiées dans les domaines de la synthèse, de la catalyse par voie mécanochimique et de l’utilisation de l’intelligence artificielle autour de la cyclodextrine.

L’équipe CÏSCO2 a intégré l’UCCS en janvier 2015. Elle est composée de 9 enseignants-chercheurs permanents de Centrale Lille Institut-ENSCL et de l’Université de Lille. L’originalité et la visibilité de l’équipe CÏSCO2 proviennent de son expertise en chimie et physicochimie de la formulation et de sa capacité à concevoir et appréhender des systèmes complexes que ce soit pour les caractériser, les comprendre ou les appliquer. Grâce aux synergies découlant de ses expertises, l’équipe bénéficie d’une notoriété nationale et internationale, générant de nombreuses collaborations. Les thématiques de recherche de l’équipe CÏSCO2 s’inscrivent dans les thématiques de la région, des Hubs de l’Université de Lille « Science pour une planète en mutation » et « Numérique au service de l’humain », ainsi que dans les enjeux scientifiques de Centrale Lille. Elle entretient de nombreuses collaborations industrielles avec des multinationales et des PMEs en s'efforçant systématiquement de faire émerger les défis scientifiques sous-jacents aux recherches finalisées afin de maintenir un bon équilibre entre recherches amont et aval.

Créée en Janvier 2025, l’équipe CatSusChem comprend dix permanents, une trentaine de doctorants et une dizaine de post-doctorants. Nos activités portent sur la valorisation catalytique avancée de la biomasse pour les bioraffineries ainsi que sur la valorisation de polluant comme le CO2. L’ensemble de ces recherches prenant en compte les principes de la bioéconomie et de l’économie circulaire. Nous intégrons des compétences en catalyse hétérogène et enzymatique, en génie des procédés et des réacteurs et en criblage catalytique haut débit pour la valorisation de petites molécules (C1, H2), de molécules plateformes bio-sourcées issues de la filière lignocellulosique et oléagineuse (C1 à C6). Nous développons en outre une activité fondamentale originale, avec, notamment, des travaux pionniers en catalyse hybride mêlant chemo- et biocatalyse dans un même réacteur.

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Les activités de notre équipe "Modélisation et Spectroscopies pour la Catalyse" (ModSpeC) se concentrent sur la compréhension, à l'échelle atomique, des mécanismes complexes impliqués en catalyse hétérogène ou homogène, ainsi que des processus de synthèse des catalyseurs et des interactions phase active/support dans différentes conditions. Pour ce faire, nous combinons des méthodes spectroscopiques (IR, NAP-XPS, RAMAN, XAS etc.) conduites en mode in situ ou operando et des approches théoriques, en utilisant des données expérimentales provenant à la fois de catalyseurs modèles et réels. Le bénéfice est double : d’une part la modélisation permet d’affiner l’interprétation des données spectroscopiques, d’autre part les caractérisations spectroscopiques permettent de valider la cohérence des modèles théoriques. De plus, l’étude des réactions catalytiques à différentes échelles spatiales et temporelles enrichit la vision que l’on peut se faire d’un site actif ou d’une étape réactionnelle élémentaire. Cette interaction étroite entre modélisation et expérience est rendue possible grâce à l’association au sein d’une même équipe de spectroscopistes et de chimistes théoriciens. Cette originalité de l’UCCS permet un échange fructueux entre les deux approches afin de faire progresser nos recherches. Sylvain Cristol, Professeur des Universités, Université de Lille Mélissandre Richard, Maître de Conférences, Centrale Lille

Les activités de l’équipe CIMEND (Chimie, Matériaux et Procédés pour un Nucléaire Durable) associent des compétences complémentaires en chimie du solide, chimie des actinides et chimie des sels fondus avec une vision commune de ses membres pour une organisation de la recherche en projets collaboratifs. Ayant à coeur de contribuer à produire une électricité durable l’équipe s’est historiquement tournées vers des applications afférentes au domaine du nucléaire : amélioration des procédés de recyclage, fabrication de combustibles optimisés et valorisation des sous-produits. Elle étend actuellement son domaine d’application au recyclage des matériaux pour l’énergie (aimants permanents, matériaux de cathode pour batteries au lithium et piles à combustible). Les projets mobilisent les savoir-faire de l’équipe en croissance cristalline, synthèse des solides et caractérisation avancée, selon une démarche visant à améliorer les procédés industriels tout en maintenant un équilibre entre recherche académique et recherche appliquée.

Créée en septembre 2017, l’équipe matériaux hybride (MATHYB) est composée de cinq chercheurs permanents, et développe des recherches sur la synthèse de solides hybrides organique-inorganique. Ces solides incluent des polymères de coordination de type Metal-Organic Frameworks (MOFs), des espèces moléculaires telles que les clusters oxo-métalliques ou les cages métallo-organiques (MOCs). Nous nous appuyons sur notre expertise en chimie de coordination pour créer de nouveaux matériaux « sur mesure » (multifonctionnels, porosité contrôlée) pouvant répondre aux problématiques sociétales actuelles sur la transition énergétique, la préservation des ressources, la protection de l’environnement et la décontamination biologique. En particulier, l’objectif de cette thématique de recherche est de proposer des solutions innovantes pour l’adsorption de gaz, la catalyse, la dépollution et la protection antivirale.

Créée en janvier 2017, l’équipe MISSP résulte de la fusion des ex-équipes OXID et MOEN qui ont toujours partagé la même volonté de développer des composés inorganiques fonctionnels inédits. Elle comprend 9 permanents, chercheurs au CNRS ou enseignants-chercheurs à Centrale Lille ou à l’Université de Lille. Les thématiques de recherche abordées par l’équipe couvrent un large spectre de matériaux et de propriétés avec des visées applicatives essentiellement dans le domaine de l’énergie. La recherche de nouveaux matériaux pour des piles à combustible de type SOFC et l’électrolyse de l’eau à haute température et la compréhension des mécanismes mis en jeu sont un exemple. Plus largement, l’objectif de l’équipe est de développer de nouveaux matériaux à propriétés magnétiques, électroniques ou optiques pour des applications diverses (spintronique, matériaux luminescents, catalyse d’oxydation, photocatalyse pour la production d’hydrogène...). Les membres de l’équipe partagent une expertise et un savoir-faire complémentaire, en termes de synthèses, de caractérisations structurales, électrochimiques et étude de propriétés variées. Après avoir travaillé essentiellement sur des oxydes, l’éventail des composés étudiés s’étend maintenant à des composés à anions mixtes qui ouvrent de nouvelles perspectives en termes d’architectures structurales et de contrôle des propriétés. La démarche de l’équipe s’appuie sur des synergies entre expérience et modélisation et des approches rationnelles pour la prédiction et la conception de nouveaux matériaux. L’équipe MISSP articule sa recherche autour de 3 thèmes principaux : Chimie Prospective / Méthodologie Structurale / Energie.

L’équipe Nanomatériaux pour l’énergie (Nanome) regroupe 10 enseignants-chercheurs chimistes et physiciens du solide, tous personnels de l’Université d’Artois. L’ensemble des travaux menés par l’équipe est axé sur le monde du « nano » et ses activités principales concernent la synthèse, la caractérisation et la modélisation de nouveaux matériaux à propriétés spécifiques pour le domaine de l’énergie. Ses savoir-faire s’axent sur i) les méthodes d’élaboration des nanomatériaux (0D, 1D, 2D) par voie chimique (sol-gel, co-précipitation, hydrothermale) ou par voie physique (ablation laser pulsé, pulvérisation cathodique); ii) les techniques de caractérisations avancées des matériaux (caractérisations structurales et analyses spectroscopiques diverses) ; iii) les calculs DFT et ab initio, conjugués à l'intégration de techniques de Machine Learning et d'Algorithmes Évolutionnaires ; iv) l’étude des propriétés ferro- et piézo-électriques à l’échelle locale au travers de l'utilisation de modes électriques de la microscopie à force atomique et v) l’étude des propriétés photocatalytiques et photoélectrochimiques

Les objectifs scientifiques de l’équipe RM2I visent à repousser les limites de la spectroscopie RMN des solides afin de sonder l’agencement et les mouvements des atomes dans les matériaux désordonnés ou amorphes avec des applications dans le domaine de l’énergie, de l’adaptation au changement climatique et de la catalyse, et à concevoir de nouveaux matériaux, notamment des verres d’oxyde, sur la base de ces informations structurales et dynamiques. Elle est membre d’infrastructures de recherche (IR) française (INFRANALYTICS) et européenne (RIANA) et fortement impliquée dans la plateforme RMN de Lille, qui comprend des spectromètres RMN à très hauts champs (1,2 GHz et 900 MHz) parmi les plus puissants au niveau mondial. Notre équipe collabore aussi activement avec des industriels, notamment sur le développement de revêtements anti-oxydation pour les matériaux à base de carbone utilisés dans le domaine de l’aéronautique.