L’ensemble du cours présente une vision complète de la catalyse hétérogène, depuis les bases jusqu’aux limitations de transport et à la désactivation des catalyseurs. On part d’abord de l’introduction générale : définition de la catalyse hétérogène, rôle industriel et historique, place dans la transition énergétique et lien constant entre réaction – catalyseur – procédé. On étudie ensuite en détail l’adsorption : distinction physisorption/chimisorption, nature des sites de surface (métaux, oxydes, acides/basiques, donneurs/accepteurs d’électrons) et modèles d’isothermes (Langmuir, Temkin, Freundlich), complétés par la physisorption et la texture des solides (types d’isothermes, BET, méthodes t, DR, BJH, porosimétrie Hg) pour déterminer surface spécifique et distribution de pores.
Sur cette base, le cours développe la cinétique de la catalyse hétérogène : décomposition de la réaction en étapes élémentaires (diffusion, adsorption, réaction de surface, désorption), modèles cinétiques (Langmuir, Langmuir–Hinshelwood, Rideal, Hougen–Watson) et principes de sélectivité (réactions parallèles/successives, principe de Sabatier et volcano). Une méthode plus avancée utilise la représentation en graphes (Temkin–Boudart, arbres couvrants, règle de Mason) pour traiter des mécanismes complexes et multi-voies, en faisant apparaître clairement termes moteurs et résistances cinétiques.
Le comportement réel d’un catalyseur est ensuite abordé à travers les transports extragranulaires (film externe, transferts de matière et de chaleur entre fluide et grain, nombres adimensionnels, stabilité des points de fonctionnement, influence sur l’ordre apparent, l’énergie d’activation et la sélectivité) puis les transports intragranulaires (diffusion dans les pores, porosité, tortuosité, diffusivité effective, module de Thiele, modules de Weisz, effets thermiques internes). Enfin, le dernier volet traite de la désactivation des catalyseurs : empoisonnement, dépôt de coke, frittage et autres dégradations, avec leurs lois cinétiques, leur lien avec la structure poreuse et le type de réacteur, et les stratégies de régénération. Au final, le fil rouge du cours est de montrer comment structure du solide, phénomènes de transfert, cinétique et stabilité se combinent pour gouverner l’activité, la sélectivité et la durée de vie d’un catalyseur industriel.