Ce projet de recherche coordonné par l’ENSICAEN dans le programme et Equipements Prioritaires de Recherche « Soutenir l’innovation pour développer de nouveaux procédés industriels largement décarbonés » – PEPR SPLEEN, s’inscrit dans la stratégie nationale d’accélération France 2030 « Décarbonation de l’industrie ».
Porté par Ludovic Pinard, enseignant-chercheur au laboratoire Catalyse et Spectrochimie, le projet e-CP pour « Electrothermal Chemical Processes » bénéficie d’un budget de 3,98 M€ sur 4 ans et associe six laboratoires français.
Comment remplacer la chaleur produite par la combustion de combustibles fossiles dans les procédés chimiques à haute température ? Le projet e-CP explore une réponse : utiliser l’électricité décarbonée pour produire directement la chaleur au cœur du réacteur chimique. Un premier prototype développé à l’ENSICAEN a démontré la faisabilité d’un réacteur électrifié capable de produire directement de la chaleur au cœur du lit catalytique !
Une preuve de concept déjà démontrée à l’ENSICAEN
800 °C
atteints de manière stable
< 200 W
de puissance électrique
90 mL
de volume de réacteur
Électrification des procédés chimiques
Les industries chimique et pétrochimique utilisent de nombreux procédés fonctionnant à très haute température, notamment pour produire de l’hydrogène ou des molécules essentielles à l’industrie. Aujourd’hui, la chaleur nécessaire à ces réactions est encore largement fournie par la combustion de combustibles fossiles. Le vaporeformage du méthane, le vapocraquage ou encore la déshydrogénation du propane fonctionnent ainsi à des températures pouvant atteindre 600 à 900 °C et génèrent des émissions importantes de CO₂.
Comment produire cette chaleur sans brûler de combustibles fossiles ?
Chauffage conventionnel
Émissions de CO₂ liées à la combustion
Réacteur e-CP
Potentiel de réduction des émissions de CO₂
Le gain environnemental dépend notamment du procédé étudié et de l’origine de l’électricité utilisée.
Transformer l’électricité en chaleur directement dans le réacteur
Le projet e-CP développe un nouveau concept de réacteur fluidisé bouillonnant électrifié, ou EBFBR : « Electrified Bubbling Fluidized Bed Reactor ». Le principe repose sur l’effet Joule : lorsqu’un courant électrique traverse un matériau conducteur, celui-ci produit de la chaleur. Dans le réacteur e-CP, des matériaux conducteurs tels que le graphène ou le carbure de silicium (SiC) sont intégrés au lit catalytique en mouvement . Ils participent ainsi à la réaction chimique tout en permettant de produire directement la chaleur nécessaire au procédé.
Moins de pertes thermiques, la chaleur est produite au cœur du réacteur
Avantages de l’approche :
- Pas de points chauds liés au mouvement des particules: la distribution de chaleur peut être mieux maîtrisée.
- Des installations plus compactes : la production directe de chaleur ouvre la voie à de nouveaux designs de réacteurs.
- Une plus grande flexibilité : le procédé peut fonctionner avec une électricité issue de sources renouvelables intermittentes.
Dans le projet e-CP, le chauffage est généré par effet Joule au sein d’un lit résistif en mouvement. Le déplacement permanent des particules modifie continuellement le réseau de conduction électrique et la distribution des lignes de courant. Cette redistribution dynamique de la dissipation électrique contribue à homogénéiser la production de chaleur et, par conséquent, la température à l’échelle de l’ensemble du lit catalytique.
Quatre axes pour passer de la preuve de concept à une technologie industrielle
Concevoir de nouveaux matériaux
Développer des matériaux combinant activité catalytique, conductivité électrique et résistance mécanique, notamment à partir de composites associant catalyseurs, graphène et SiC.
Tester le réacteur
Évaluer expérimentalement le procédé sur plusieurs réactions chimiques d’intérêt industriel : craquage de l’éthane, déshydrogénation du propane, vapocraquage et reformage du méthane.
Modéliser et piloter
Développer des modèles électriques, thermiques et cinétiques pour comprendre, simuler et optimiser le fonctionnement du réacteur dans des conditions proches de l’industrie.
Mesurer l’impact
Évaluer les performances énergétiques, économiques et environnementales de la technologie, notamment grâce à l’analyse du cycle de vie.
Une recherche à l’interface de plusieurs expertises
Le consortium du projet e-CP réunit six laboratoires français aux expertises complémentaires : chimie des matériaux, catalyse hétérogène, génie électrique et thermique, modélisation multiphysique, génie des procédés.
LCS
Laboratoire Catalyse et Spectrochimie
CNRS - ENSICAEN - université de Caen NormandieGREYC
Groupe de Recherche en Informatique, Image et Instrumentation de Caen
CNRS - ENSICAEN - université de Caen NormandieUCEIV
Unité de Chimie Environnementale et Interactions sur le Vivant
université du Littoral Côte d'OpaleIRCER
Institut de Recherche sur les Céramiques
CNRS - université de Limoges - ENSIL/ENSCIPprime
Institut Pprime — recherche en mécanique, matériaux et énergétique
CNRS - ISAE - université de PoitiersLRGP
Laboratoire Réactions et Génie des Procédés
CNRS - université de LoraineLe projet montre comment une problématique industrielle complexe peut mobiliser plusieurs disciplines scientifiques et plusieurs laboratoires autour d’un même objectif : décarboner les procédés chimiques à haute température.
Acteurs industriels majeurs, TotalEnergies, Orano et Saint Gobain sont membres du comité de pilotage d’e-CP.
Vers une industrie chimique moins carbonée
- Réduire potentiellement jusqu’à 50 % les émissions de CO₂ associées aux procédés ciblés
- Contribuer à l’électrification de la chimie et de la pétrochimie ;
- Développer des procédés modulaires et compatibles avec une électricité renouvelable intermittente ;
- Ouvrir de nouvelles perspectives pour d’autres procédés, notamment la valorisation du CO₂, la production d’ammoniac ou l’hydrogénation sélective.
e-CP, un projet du PEPR SPLEEN
Le PEPR SPLEEN est un programme national de recherche consacré à la décarbonation de l’industrie dans le cadre de France 2030. e-CP fait partie des projets retenus dans le cadre de l’appel à manifestation d’intérêt 2025.
e-CP en chiffres
4 ans
de recherche
3,98 M€
de budget
6
laboratoires académiques*
* Hors partenaire industriel.