Préparation, caractérisation physico-chimique et valorisation de nouveaux matériaux hybrides : utilisation de synthons naturels pour le greffage et la croissance de polymères issus de la biomasse lignocellulosique sur des structures dendritiques et polymériques contrôlées

Le secteur de la chimie des polymères et des matériaux est parmi les secteurs qui ont le plus à perdre dans le démantèlement progressif mais inévitable de la filière pétrochimique. Il est de ce fait nécessaire de mettre au point de nouvelles structures et des méthodologies d’obtention éco-compatibles de biopolymères et de biomatériaux à partir de molécules issues des bioressources et du carbone renouvelable (synthons biosourcés). Ce genre de recherche a déjà été largement entrepris dans les grandes structures internationales de recherche pour obtenir des additifs et des biomatériaux innovants et respectueux de l’environnement (résines, biopolymères, biosolvants et biodétergents). Dans ce cas, la plupart des recherches fait appel à l’utilisation de la biomasse issue des oléagineux. L’utilisation de biomasse lignocellulosique reste quant à elle quasi inexploitée pour ce type d’applications.

Dans le cas de matériaux à plus haute valeur ajoutée, où des propriétés physico-chimiques spécifiques (propriétés plastiques, thermo-moulantes ou de cristaux liquide par exemple) ou des propriétés biologiques (propriétés antioxydantes, bactéricides, microencapsulation de polluants dans des matrices complexes) sont recherchées, des stratégies palliatives sont utilisées conduisant à l’élaboration de structures hybrides par fonctionnalisation de composés issus de la biomasse végétale (lipidique ou lignocellulosique) par des synthons de synthèse ou inversement. Ainsi, nous avons pu montrer dans des recherches antérieures qu’il est par exemple possible de fonctionnaliser des films d’amidon par des synthons phénoliques issus de la biomasse lignocellulosique afin d’obtenir des propriétés intéressantes d’hydrophobation de surface (effet « toile cirée »).

Dans ce cadre, le sujet de recherche que nous souhaitons développer dans ce projet de thèse est double et vise à rechercher des matériaux présentant des propriétés à haute valeur ajoutées tout en contrôlant au mieux leurs agencements au niveau moléculaire :
- fonctionnalisation par réactions enzymatiques (biocatalyse) d’édifices moléculaires de topologie et d’hydrophobicité variables par des oligomères saccharidiques et phénylpropanoïdiques issus de la biomasse lignocellulosique.
- couplage chimique et/ou enzymatique de monomères ou dimères phényl propanoïdiques issus de la biomasse (graminées, betterave sucrière) avec des di-acides naturels (e.g., acides cuticulaires de fruits et légumes) ou des polyols naturels (e.g., glycérol) pour obtenir des polymères de structures contrôlées, analogues organisés et structurés de polymères naturels tels que la subérine (polymère issu de l’écorce de chêne liège, de structure encore mal connue).

Dans les deux volets de ce projet, la variation de la structure des éléments constitutifs (nature des édifices moléculaire dans le premier volet, provenance et nature des synthons phénylpropanoïdique, des di-acides et des polyols dans le deuxième) permettra d’établir des relations structure-propriétés afin de mieux comprendre l’influence des différents paramètres sur les propriétés physico-chimiques macroscopiques des matériaux préparés et donc d’adapter au mieux leur structure aux propriétés d’usage recherchées (e.g., effet cristaux liquides, encapsulation de micro-polluants, nanomatériaux).

Étant données les propriétés biologiques des éléments constitutifs de nos matériaux (propriétés antioxydantes et éventuellement biocides des phénols et polyphénols végétaux) un accent particulier sera mis sur l’étude de l’activité biologique de ces nouveaux matériaux la reliant à leur structure chimique et à leur agencement au niveau macromoléculaire (taille d’aggrégats, nanoparticules, micelles ou émulsions…)

Sujet de Thèse IJPB 2010 de l'équipe Lignine et tanins : structures, assemblage et valorisation