Électroréduction du CO2 à partir des gaz de combustion des incinérateurs de déchets à l'aide de catalyseurs moléculaires

Cette thèse propose une solution pour réduire les émissions de CO2 : transformer directement le CO2 présent dans un mélange de gaz simulant des fumées d'incinération en produits utiles grâce à l'électricité au lieu de le rejeter dans l'atmosphère. Elle étudie la réaction de réduction du CO2 (CO2RR) dans des conditions proches de la réalité industrielle: le CO2 est dilué (1 à 10 %) et mélangé avec de l'oxygène et des polluants acides comme SO2 et NO2.Deux catalyseurs moléculaires servent de modèles dans ses formes homogènes : 1) le complexe de rhénium Re(bpy)(CO)3Cl, sélectif pour la production de monoxyde de carbone 2) le complexe de rhodium Rh(bpy)(Cp*)ClCl, qui favorise la formation de formiate. Les objectives sont : mesurer l'activité, la sélectivité et la stabilité de ces deux catalyseurs en solution en faisant varier la composition du gaz (ajouts successifs de O2, NO2 et SO2). Ensuite, tester une stratégie d'ingénierie de surface mise au point dans le laboratoire. Elle consiste à greffer sur l'électrode une fine couche d'imidazolium chargée positivement, ce qui renforce le champ électrique local et limite la formation d'hydrogène. Finalement, immobiliser le complexe de rhodium dans des films de silice mésoporeuse orientés verticalement pour obtenir une électrode solide fonctionnant aussi bien dans un solvant organique que dans l'eau. Les expériences (voltamétrie cyclique et électrolyses à CPE o CCE) sont réalisées dans l'acétonitrile avec du trifluoroéthanol ou de l'eau comme source de protons, dans des cellules en H à deux compartiments alimentées par des débits de gaz contrôlés. Les résultats montrent que le complexe de rhénium atteint environ 90 % de rendement faradique en CO à 10 % de CO2 et reste insensible au SO2 et au NO2 jusqu'à quelques ppm, par contre, la présence d'oxygène dévie cependant une grande partie du courant vers sa propre réduction et diminue l'efficacité pour le CO. Pour le complexe de rhodium, la couche d'imidazolium fait passer le rendement en formiate de 19 % sur l'électrode sans modification à environ 66 % sous 10 % de CO2, tout en maintenant la sélectivité en présence des impuretés. Une fois fixé dans la silice, le complexe de rhodium conserve ses performances sous CO2 pur ou dilué, en milieu organique comme aqueux, confirmant la viabilité d'une approche à l'état solide. Ensemble, ces résultats montrent que des catalyseurs moléculaires peuvent fonctionner dans des fumées réelles pauvres en CO2. L'ingénierie d'interface, modification de surface ou immobilisation dans des matrices poreuses, permet de surmonter les pertes de sélectivité et ouvre la voie à la valorisation électrochimique du CO2 directement à la sortie des installations industrielles, contribuant ainsi à la lutte contre le changement climatique.