CATALYSE

Le terme catalyse a été forgé par Berzelius en 1835 pour désigner l'ensemble des effets chimiques produits par les catalyseurs. On appelle catalyseur « toute substance qui altère la vitesse d'une réaction chimique sans apparaître dans les produits finaux » (Ostwald, 1902). La catalyse est donc une branche de la cinétique chimique qui, de façon plus générale, étudie l'influence de tous les facteurs physiques ou chimiques déterminant les vitesses de réaction.

La notion de catalyseur est intuitive et elle est passée dans le langage courant pour désigner, par exemple, une personne physique ou morale provoquant par son action ou son exemple une importante transformation politique ou sociale, dont elle n'est pas le moteur.

La définition du catalyseur s'est précisée peu à peu et s'est progressivement distinguée de celle assez voisine de l' initiateur.

Un initiateur est une substance qui produit aussi l'accélération de certains processus chimiques, mais, ce faisant, il est nécessairement détruit. Les peroxydes organiques sont, par exemple, des initiateurs de la polymérisation du styrolène liquide en polystyrènes solides (matières plastiques).

Il en est de même des inhibiteurs, improprement nommés catalyseurs négatifs, ou anticatalyseurs, qui ralentissent fortement ou même suppriment certaines réactions. Des antioxygènes tels que les alcoylphénols inhibent l'oxydation du caoutchouc par l'oxygène de l'air.

Les peroxydes initiateurs et les alcoylphénols sont consommés et chimiquement dénaturés au cours de leur action. Au contraire, un catalyseur reste identique à lui-même au cours de la catalyse et peut ainsi, en principe, être indéfiniment réutilisé. Par exemple, le platine ou le palladium divisés catalysent la combinaison des gaz hydrogène et oxygène en eau (Davy, 1817). Moyennant certaines précautions, ces catalyseurs peuvent provoquer la combinaison de quantités aussi grandes que l'on veut d'hydrogène et d'oxygène.

En pratique néanmoins, par suite de réactions parasites, le catalyseur a une durée de vie limitée ; son action s'affaiblit au cours du temps et s'interrompt complètement au bout de quelques heures ou de quelques années. Cette désactivation n'est pas intrinsèquement liée au mécanisme de la catalyse, mais à des effets physiques (haute température) ou chimiques (présence d'impuretés) parfois réversibles, la réactivation étant alors possible par des procédés simples. La longévité d'un catalyseur peut être mesurée par la quantité de matière qu'il a transformée par unité de masse avant sa disparition : ce rapport théoriquement infini est souvent très élevé (10² à 10⁶). S'il est très faible (quelques unités), on peut se demander s'il y a vraiment catalyse.

On distingue la catalyse homogène et la catalyse hétérogène ; dans le premier cas, le catalyseur est dissous dans le milieu (gaz ou liquide) où se produit la réaction ; dans le second, le catalyseur est un solide au contact de ce milieu, d'où le nom de catalyse de contact. La séparation du catalyseur des produits de la réaction est alors grandement simplifiée.

L'importance pratique de la catalyse dans l'industrie chimique est considérable. Presque tous les produits de grande consommation sont passés par une catalyse à un ou plusieurs stades de leur élaboration : essences et huiles de voiture (cracking, reforming, hydrofining), détergents (alcoylation), caoutchoucs, matières plastiques et fibres synthétiques (synthèse des monomères et polymérisation) et même notre pain quotidien, qui, produit direct d'une catalyse enzymatique, est le produit indirect des engrais azotés de synthèse (catalyse de l'ammoniac).

Thermodynamique et catalyse

L' effet du catalyseur ne peut être que cinétique ; par définition, il se retrouve en effet intact[...]