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Grâce au soutien conjoint de Choose France for Science, de la Région Grand Est et de l’Initiative d’Excellence Lorraine, l’Université de Lorraine accueillera au LRGP (CNRS-Université de Lorraine), Valentina Sierra Jimenez, spécialiste de la modélisation moléculaire et des matériaux carbonés issus de la biomasse. Provenant de Washington State University, cette venue illustre l’engagement fort de l’Université de Lorraine à soutenir les chercheurs et chercheuses dont les travaux sont fragilisés par des contextes politiques instables. Rencontre.
Trois questions à Valentina Sierra-Jimenez. Elle développe des approches innovantes combinant expérimentation, simulations multi-échelles et intelligence artificielle. Ses travaux, consacrés aux biochars et à leurs applications pour la décarbonation, s’inscrivent au cœur des enjeux de transition énergétique, de bioéconomie circulaire et de l’environnement (dépollution des eaux et des gaz)
POuvez-vous vous présenter ?
Valentina Sierra-Jimenez : « Je suis Valentina Sierra-Jimenez, docteure (PhD) et ingénieure chimiste, spécialisée dans la modélisation moléculaire alimentée par des données expérimentales de systèmes carbonés complexes (biochars, bio-huiles et matériaux apparentés). Mes travaux combinent la caractérisation expérimentale, les simulations atomistiques/moléculaires et la modélisation multi-échelles afin de permettre la conception de bio-carburants et de matériaux carbonés fonctionnels. Je mène également des analyses technico-économiques et des analyses globales de filières pour appuyer des décisions éclairées dans les domaines de la bio-économie et de l’énergie. Je suis motivée par l’opportunité de relier la compréhension fondamentale à des impacts concrets grâce à la simulation, à l’apprentissage automatique et à la collaboration interdisciplinaire. »
SUR quels axes portent votre recherche ?
Valentina Sierra-Jimenez : « Mes recherches portent sur cinq thématiques principales, à commencer par la conversion de la biomasse et l’étude des mécanismes de pyrolyse, incluant les réactions secondaires et l’optimisation du rendement en carbone. Elles s’intéressent également à la chimie et à la structure des biochars, en analysant le lien entre les conditions de production — telles que la température, la pression et les prétraitements — et l’architecture moléculaire.
Mes travaux reposent par ailleurs sur la modélisation atomistique et multi-échelles, mobilisant la dynamique moléculaire, les approches de Monte Carlo voire des méthodes quantiques, afin d’expliquer et de prédire les performances des matériaux. Ils couvrent également les applications des biochars, allant de la séquestration du carbone aux usages agricoles et aux fonctions des sols, en passant par l’adsorption, la dépollution, les composites et les matériaux avancés.
Enfin, mes recherches intègrent les développements futurs liés au projet CharMap, avec l’objectif d’y associer pleinement l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle afin d’établir des relations structure–propriétés et de permettre une conception prédictive des matériaux carbonés. »
C’est quoi le projet charmap ?
Valentina Sierra-Jimenez : « CharMap est une plateforme de modélisation moléculaire alimentée par de nombreuses données expérimentales(analyses multi techniques des biochars), conçue pour permettre l’ingénierie prédictive des propriétés fonctionnelles des biochars. Cette modélisation permettra d’optimiser la production des biochars pour l’environnement (dépollution des gaz et eaux) et pour la décarbonation de l’industrie. Je vais réaliser de nombreux liens en Grand Est parmi la communauté académique et avec des acteurs industriels.
Le biochar présente un fort potentiel en tant que matériau à bilan carbone négatif (via le stockage du carbone à long terme) et comme carbone renouvelable fonctionnel pour des usages industriels (adsorbants, catalyse, composites, etc.). Toutefois, son déploiement à grande échelle reste limité par la forte variabilité de ses propriétés, dépendantes de la biomasse d’origine et des conditions de pyrolyse.
CharMap répond à ce défi en combinant :
- une caractérisation expérimentale à haute résolution et multi-technique,
- des simulations atomistiques et multi-échelles, et
- des outils d’apprentissage automatique pour relier conditions de procédé et propriétés du biochar.
L’objectif est de dépasser les approches empiriques par essais-erreurs et de proposer une stratégie de conception rationnelle permettant d’adapter les biochars à des applications ciblées.
CharMap contribue directement à plusieurs enjeux sociétaux majeurs, parmi lesquels figurent l’atténuation du changement climatique et le captage du carbone, à travers le développement de biochars optimisés présentant une meilleure stabilité à long terme et un fort potentiel de séquestration du carbone. Le projet s’inscrit également dans une démarche de bioéconomie circulaire et de valorisation de la biomasse, en visant la transformation de résidus agricoles et forestiers en matériaux à haute valeur ajoutée. Il participe à la décarbonation de l’industrie par la substitution de matériaux carbonés d’origine fossile par des alternatives en carbone renouvelable, notamment pour les matériaux de construction, les composites et des fours industriels
CharMap aborde en parallèle les enjeux liés à la santé des sols et à l’agriculture durable, en concevant des biochars adaptés à la gestion des nutriments, à la réduction des besoins en engrais, à l’amélioration de la rétention d’eau et à la diminution des émissions. Le projet contribue également à la dépollution grâce au développement de structures poreuses et de chimies de surface adaptées à l’adsorption de contaminants, pour le traitement de l’eau et des sols.
Les développements futurs de CharMap viseront à intégrer pleinement l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle afin d’établir des relations structure–propriétés et de permettre une conception prédictive des matériaux carbonés. »
