Énergie : en quoi le carbone est à la fois le problème et la solution au dérèglement climatique

La Société francophone d'étude des carbones réunit chercheurs francophones et industriels à Saint-Dié des Vosges jusqu'au 16 mai 2024 pour son colloque annuel. L'occasion de faire le point sur la recherche et les solutions novatrices qu'apportent les matériaux carbonés dans la transition énergétique.

C’est un élément fondamental qui est au cœur d'une révolution non seulement chimique, mais aussi économique et géopolitique : le carbone.
Si les carbones fossiles (charbon, pétrole et gaz naturel) et leurs rejets en CO2 ont contribué au dérèglement climatique, les matériaux riches en carbone biosourcé sont une solution d’avenir pour la planète.

Au cœur des enjeux, l’efficacité énergétique et les changements de modes de vie (sobriété énergétique), pour atteindre la neutralité énergétique.
Trois chercheurs de l'Institut Jean Lamour (IJL) au CNRS nous éclairent sur les avantages de cet élément.

Claire Hérold, directrice de recherche, explique : "l'idée est de partager les découvertes récentes avec les chercheurs académiques des pays francophones. Nous avons aussi beaucoup de doctorants pour qui ces conférences sont l'opportunité de présenter les résultats de leurs travaux de thèse. C'est vraiment l'occasion de faire le point sur les recherches dans le domaine des matériaux carbonés". Car le colloque est exclusivement dédié aux matériaux carbonés.

Nous connaissons le charbon et le diamant, mais il existe une grande diversité de formes permettant des applications concrètes, notamment dans le domaine industriel :"on a toute une gamme de matériaux extrêmement variée. Nous travaillons sur les applications de tous ces matériaux qui présentent des propriétés physiques intéressantes. Nous abordons les aspects fondamentaux du carbone jusqu'aux applications concrètes dans le domaine de la dépollution et de l'énergie principalement. Donc, on le voit, le carbone est quelque chose d'extrêmement central".

Le carbone, solution aux besoins d’énergie et aux pollutions

Face aux enjeux de la transition énergétique, le carbone a un rôle important à jouer. Sébastien Fontana, enseignant-chercheur à l'Institut Jean Lamour constate une augmentation des financements vers une recherche plus appliquée, notamment dans le domaine de l'énergie et des pollutions : "les matériaux carbonés sont utilisés pour la dépollution de l'eau, de l'air. Les filtres à charbon actif par exemple permettent d'assainir des eaux polluées par des pesticides ou ce que l'on appelle les polluants éternels dont on entend beaucoup parler en ce moment comme les PFAS".

Le carbone est au cœur de la souveraineté énergétique du pays

Le renoncement aux énergies fossiles entraîne une montée en puissance rapide de l'utilisation des batteries électriques, notamment dans le domaine des mobilités. La technologie la plus courante est celle des batteries Lithium-ion.

On sait qu'il n'y aura pas assez de lithium pour tout le monde.

Sébastien Cahen, enseignant-chercheur à l'Institut Jean Lamour.

Sébastien Cahen est enseignant-chercheur dans le domaine des matériaux carbonés à l'Institut Jean Lamour. Il travaille sur des solutions alternatives :"les batteries au lithium utilisent beaucoup de matériaux critiques : le lithium bien sûr, mais aussi le cobalt et le cuivre. On sait qu'il n'y aura pas assez de lithium pour tout le monde. Donc, il faut remplacer ces batteries par d’autres technologies, par exemple, par les batteries sodium-ion. Il existe déjà des prototypes d'outillages comme des visseuses-dévisseuses à batterie commercialisés par une grande enseigne de bricolage ".

Si les batteries actuelles nécessitent du lithium et du graphite, matériaux rares que l'on importe essentiellement de Chine et d'Australie, la technologie sodium-ion utilise du sodium sous forme de sel que l'on trouve en grande quantité dans les tous les océans et les continents.

Pour remplacer le graphite, il existe des solutions développées par les chercheurs et exposées à l'occasion de ce colloque : "avec de l'amidon de pommes de terre, des résidus végétaux, on peut obtenir des sucres, des matériaux carbonés qui vont pouvoir être utilisés dans ces batteries et se substituer au graphite". Ce sont ce que l'on appelle les carbones biosourcés qu'il ne faut pas confondre avec les carbones fossiles (pétrole, charbon, gaz) responsables du réchauffement climatique. 

L'innovation passe par le partenariat industriel

Les industriels sont aussi présents à ce colloque de la SFEC. Ils ont besoin de la recherche fondamentale pour faire évoluer les matériaux carbonés et les chercheurs ont besoin de soutiens techniques et financiers pour le fonctionnement de leurs labos.

En France, des projets de construction de "giga-factory", de grandes usines de production de batteries à Dunkerque (Nord) et Lens (Pas-de-Calais) sortent de terre afin d'affranchir les constructeurs automobile français de la dépendance aux fournisseurs asiatiques.

Le groupe Bordet spécialisé à l'origine dans la fabrication de charbon de bois travaille en collaboration avec l'Institut Jean Lamour afin de produire des charbons actifs de haute technicité pour deux applications principales : l’épuration des biogaz et les supercondensateurs indispensables au fonctionnement des véhicules électriques.

La Société francophone d'étude des carbones (SFEC) et l'Institut Jean Lamour de l'Université de Lorraine organisent à Saint-Dié (Vosges) son 63ᵉ colloque consacré aux matériaux à base de carbone. Du 13 au 16 mai 2024, quatre-vingts chercheurs et partenaires industriels vont échanger leurs connaissances sur cet élément chimique indispensable à la vie, au même titre que l'oxygène et l'azote.