La quête de solutions énergétiques durables mobilise les scientifiques du monde entier. Une équipe pluridisciplinaire de chercheurs s’attaque aux obstacles techniques en combinant intelligence artificielle et plasma micro-ondes pour développer des catalyseurs plus performants, ouvrant la voie à une transition énergétique efficace.
Une subvention d’un million de dollars a été accordée par la National Science Foundation (USA) à un projet de recherche ambitieux. L’initiative, intitulée «Conception de catalyseurs assistée par calcul haute performance et intelligence artificielle pour les technologies micro-plasma dans la transition énergétique propre», rassemble des experts en chimie, science des matériaux et ingénierie.
Le projet vise à exploiter l’apprentissage automatique pour la découverte de catalyseurs et à mettre au point de nouvelles méthodes de caractérisation des réactions chimiques dans des conditions extrêmes comme le plasma. L’efficacité des catalyseurs sera améliorée dans trois domaines clés : la production d’hydrogène, la capture du carbone et le stockage d’énergie.
L’équipe de l’Université de Houston réunit Jiefu Chen, Lars Grabow, Xiaonan Shan et Xuquing Wu, experts en génie électrique, informatique, génie chimique et biomolécule, et sciences de l’information. Une collaboration a été établie avec Su Yan de l’Université Howard, spécialiste en génie électrique et informatique.
Jiefu Chen, investigateur principal du projet, a indiqué : «L’amélioration de l’efficacité des réactions catalytiques dans des domaines clés tels que la production d’hydrogène, la capture du carbone et le stockage d’énergie contribue directement à relever les défis mondiaux. L’effort interdisciplinaire garantit des solutions complètes et innovantes à des problèmes complexes.»
Une approche novatrice pour accélérer la découverte de catalyseurs
La découverte de nouveaux matériaux pour les processus catalytiques représente traditionnellement un processus lent et complexe. Une installation robotisée de synthèse et de test sera mise en place par les chercheurs, parallèlement à la programmation d’un modèle d’IA pour l’apprentissage non supervisé.
Selon Shan et Wu, l’automatisation du processus expérimental de test et de vérification rendra la conception des catalyseurs beaucoup plus efficace. L’intégration étroite entre théorie et expériences sera réalisée grâce à des techniques avancées d’apprentissage automatique non supervisé.
Quatre axes de recherche majeurs
Le projet s’articule autour de quatre axes de recherche principaux :
1. Découverte de catalyseurs assistée par apprentissage automatique pour les réactions chimiques assistées par plasma : Un modèle de réseau neuronal graphique entraîné sur le jeu de données du projet Open Catalyst sera utilisé par l’équipe.
2. Simulation multi-échelle et multiphysique du plasma micro-ondes : De nouvelles méthodes seront développées pour modéliser les interactions complexes impliquant l’électromagnétisme, la physique des plasmas et la thermodynamique à différentes échelles.
3. Conception, synthèse et caractérisation du matériau support du catalyseur : Les supports de catalyseurs seront optimisés pour des réactions assistées par micro-ondes efficaces, telles que la pyrolyse et le reformage à la vapeur.
4. Démonstration à l’échelle du banc d’essai de réactions efficaces utilisant le système catalyseur micro-plasma : Un réacteur à l’échelle du banc d’essai sera établi pour démontrer l’efficacité du système de support de catalyseur conçu et optimisé.
Vers la formation de la future main-d’œuvre STEM
Un programme multidisciplinaire de recherche et d’éducation sera mis en place dans le cadre du projet. Les domaines couverts incluront l’apprentissage automatique, la catalyse computationnelle, l’électromagnétisme appliqué, la synthèse de matériaux et la caractérisation avancée.
Lars Grabow a souligné l’importance de cette initiative : «La création d’une main-d’œuvre compétente et qualifiée capable de relever les défis critiques de la transition énergétique propre sera facilitée par ce projet. De plus, des connaissances conduisant à un impact économique tangible dans un avenir proche seront générées par ce projet interdisciplinaire transformateur.»
Enfin, l’équipe se déclare ouverte à des partenariats avec l’industrie pour des projets connexes et des développements ultérieurs pendant et après le projet.
Légende illustration : Image d’un plasma micro-ondes dans le laboratoire du Dr. Shan à UH.
