La catalyse est au cœur de notre industrie chimique moderne, puisqu'elle est à l'origine de 90 % des processus de fabrication de produits chimiques. Elle est par exemple utilisée dans l'agriculture pour fabriquer des engrais ou pour convertir des gaz toxiques en gaz inoffensifs. Dans la recherche sur la catalyse, les scientifiques sont confrontés à des défis importants : il est difficile de mesurer la rapidité des réactions, d'identifier les produits intermédiaires pendant la réaction et de relier les expériences de laboratoire aux conditions industrielles réelles. En effet, les réactions en laboratoire utilisent souvent des pressions différentes et des matériaux plus simples que ceux utilisés dans les applications réelles.
Afin d’étudier le comportement de nano-catalyseurs individuels impliqués dans les réactions chimiques, Marie-Ingrid Richard développera de nouveaux systèmes de caractérisation structurale et chimique plus rapides et des techniques de surveillance in situ de pointe pour résoudre les problèmes catalytiques.
Le projet REACT révolutionnera notre compréhension de la catalyse quasi-industrielle en surmontant les limites actuelles de la science des matériaux et de pression par l'intégration de l'imagerie tridimensionnelle rapide in situ et non invasive de catalyseurs uniques avec la spectroscopie pour obtenir une imagerie 3D nano-spectroscopique pendant la catalyse. Cette méthode innovante fonctionnera à haute température, à haute pression et dans des environnements complexes, offrant une résolution atomique et une grande précision temporelle.
Tirant profit de sources synchrotron de quatrième génération, de nouveaux détecteurs révolutionnaires à intégration de charge (ESRF, Grenoble), et de l’expertise reconnue en microscopie synchrotron à diffraction cohérente des rayons X de Marie-Ingrid Richard, le projet permettra d'étudier en 3D la chimie et la structure de nano-catalyseurs dans des conditions de réaction réalistes avec une résolution spatiale, temporelle et énergétique sans précédent, afin d'identifier les intermédiaires réactionnels pendant la catalyse et de mieux comprendre les phénomènes critiques de la nano-catalyse : l'activité, la sélectivité, la réutilisation et la durabilité.
L'expérience n’étant rien sans la simulation, le projet REACT utilisera les capacités atomistiques de pointe développées par l'IA pour révéler la dynamique des mécanismes catalytiques, établissant ainsi une nouvelle norme dans l'intégration des sciences computationnelles et expérimentales. Le projet mettra en lumière les questions non résolues les plus pertinentes (durabilité, activité, ...) qui limitent l'efficacité des processus d'aujourd'hui et ouvrira de nouveaux horizons avec un impact dans la recherche catalytique.