Transformer le CO₂ en méthane en utilisant de l’électricité renouvelable est une solution prometteuse alternative à la production de biogaz. Défi relevé par des équipes de chercheurs de l'Irig, du Département de chimie moléculaire de l'Université Grenoble Alpes, et de l’Indian association for the cultivation of science de Kolkata (Inde) qui viennent de décrire un catalyseur à base de nickel et de fer capable de réaliser cette réaction. Directement inspiré du site actif d’enzymes, les catalyseurs du monde vivant, ce composé unique présente une sélectivité comparable aux meilleurs matériaux à base de métaux décrits jusqu'à présent.

Le méthane, constituant principal du gaz naturel, est une des sources d’énergie majeure de notre économie. Pour tenir les objectifs de l’accord de Paris, il faudra néanmoins stopper d’ici 2050 son extraction des gisements fossiles. D’où l’idée de produire directement ce carburant à partir de CO₂ recyclé et d’énergies renouvelables, et développer ainsi une économie circulaire du carbone. Mais comment réaliser un tel cycle vertueux ?

L’électrochimie peut apporter la solution. La molécule de CO₂, longtemps considérée comme un déchet, peut être transformée en de nombreux produits à la surface d’électrodes selon le nombre de protons et d’électrons qu’on lui apporte. Les réactions les plus courantes et les plus simples mettent en jeu uniquement deux électrons et deux protons pour former par exemple du gaz de synthèse ou de l’acide formique. Produire sélectivement le méthane à partir du CO₂ est théoriquement possible, mais la réaction qui permet d’obtenir directement cet hydrocarbure est plus complexe car elle implique cette fois huit électrons et huit protons. Restait donc à identifier un catalyseur capable de contrôler parfaitement ce processus multiélectronique.


Ce que viennent de réaliser des équipes du Département de chimie moléculaire et du Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux à Grenoble et de l’Indian Association for the Cultivation of Science de Kolkata en synthétisant un complexe à base de nickel et de fer, directement inspiré de sites actifs de métalloenzymes impliquant ces mêmes métaux dans le métabolisme du CO₂. Ce complexe s’est montré très performant pour transformer le CO₂ en méthane de manière catalytique. La sélectivité de ce complexe moléculaire est unique pour cette réaction complexe, même comparée aux meilleurs matériaux catalytiques décrits jusqu'à présent. Pour améliorer encore la sélectivité de la production de méthane, les chercheurs tentent maintenant de progresser dans la compréhension du mécanisme chimique à l’origine de cette transformation.