Catalyse hétérogène : désactivation et régénération des catalyseurs

Un catalyseur étant par définition une substance (gaz, liquide ou solide) qui augmente la vitesse et la sélectivité d"une réaction chimique sans être consommée par celle-ci, on pourrait imaginer ces effets positifs comme éternels. Il n'en est rien ; comme tout matériau inerte ou vivant, les catalyseurs subissent des altérations mécaniques, physiques et/ou chimiques qui engendrent une diminution plus ou moins rapide de leur activité, et fréquemment, de leur sélectivité. Cette dégradation des propriétés catalytiques, appelée désactivation se produit aussi bien en catalyse homogène qu'en catalyse hétérogène, mais ce thème d'importance industrielle cruciale fait naturellement l'objet de plus d'attention en catalyse hétérogène. La diversité et la complexité des phénomènes impliqués dans ce vaste domaine de la désactivation nous ont conduits à nous limiter à la catalyse hétérogène, les exemples présentés étant de plus choisis dans deux grandes classes de catalyseurs : les métaux supportés et les zéolithes acides.

Cet article est structuré en trois parties. La première, consacrée aux méthodes d'étude de la désactivation des catalyseurs solides, comprend trois volets complémentaires, le premier très bref portant sur la simulation et la modélisation cinétique de la désactivation, le second sur la caractérisation des espèces désactivantes, l'accent étant porté sur les produits secondaires lourds formés au cours des transformations de composés organiques (coke), le troisième sur les méthodes spécifiques de caractérisation des catalyseurs désactivés. La seconde partie décrit les divers mécanismes de désactivation : par empoisonnement, par encrassement, dépôt de carbone ou de coke et par dégradation chimique, physique ou mécanique. Très naturellement, la troisième partie est focalisée sur les solutions développées industriellement pour prévenir ou limiter la désactivation des catalyseurs et les régénérer. Si les exemples choisis ne concernent que les métaux supportés et les zéolithes acides, les méthodes utilisées et les principales conclusions sont aisément extrapolables aux autres catalyseurs solides.