Polymères et composites bio-sourcés – BIO

    cellulose aerogel
    cellulose aerogel
    Pectin aerogel
    Pectin aerogel
    Cellulose aerogel microparticles
    Cellulose aerogel microparticles
    Swollen cellulose
    Swollen cellulose
    Cellulose aerogels from textile waste
    Cellulose aerogels from textile waste

    MEMBRES PERMANENTS DE L'équipe

    Tatiana Budtova  (CV)  (publ.)
    Sijtze Buwalda  (CV)  (publ.)
    Patrick Navard  (CV)  (publ.)
    Severine Boyer, Thierry Colin

    Domaines de recherche

    Solutions et gels polymères
    Bio-aérogels
    Composites renforcés par des charges végétales
    Composites cellulosiques
    Matériaux poreux
    Administration de médicaments
    Fluides complexes : mélanges, suspensions
    Impression 3D

    Applications

    Mise en forme par dissolution de polysaccharides
    Thermoplastiques renforcés
    Biomédical
    Bâtiments et construction
    Agro, alimentaire, cosmétiques

    Objectifs

    Améliorer les connaissances fondamentales de la structure et des propriétés des polymères synthétiques et bio-sourcés afin de développer de nouveaux matériaux fonctionnels.

    Nouveautés

    04-2022 Arthur Karaulic a rejoint le groupe BIO pour un stage de 2 mois. Bienvenue!

    03-2022 Iman Moulouad et Loris Gelas ont rejoint le groupe BIO en tant que doctorants pour travailler respectivement sur les projets ANR NIAS et Bio-Gel. Bienvenue!

     

    Projets académiques

    Impression 3D de gels pour applications biomédicales ( novembre 2021 - octobre 2025)
    La fabrication additive est une technologie prometteuse pour les applications biomédicales telles que l'ingénierie tissulaire et l'administration de médicaments. Dans ce projet, l'impression 3D sera utilisée pour fabriquer des gels biosourcés aux formes complexes. Ceux-ci seront ensuite transformés en bio-aérogels, qui sont des matériaux nanostructurés ultra-légers avec une surface interne importante. L'objectif est d'utiliser des aérogels à base de cellulose comme matrices pour l'administration de médicaments dans des patchs intelligents pour les applications sur les plaies. Deux approches d'impression de gels à partir de solutions cellulosiques seront envisagées : soit l'impression dans un fluide dans lequel le polymère est réticulé, soit l'impression dans un non-solvant qui induit une séparation de phases. La rhéologie des solutions dans le capillaire de la buse de l'imprimante et à proximité de sa sortie sera étudiée expérimentalement, modélisée et simulée à l'aide d'approches d'analyse par éléments finis développées au CEMEF. Une attention particulière sera portée aux transitions solution liquide-« solide » (gel). Les bio-aérogels seront caractérisés, chargés en médicaments et leur cinétique de libération étudiée. Ce projet est financé par le programme doctoral ParisTech - China Scholarship Counsel (CSC) et est en collaboration avec le groupe Calcul Intensif et Mécanique des Fluides (CFL) du CEMEF.

    Comprendre et prévenir la formation de substances présentes de façon non intentionnelle dans les plastiques usuels (novembre 2021 - mai 2025)
    Les polymères thermoplastiques sont toujours mélangés à des additifs. Ces additifs, parfois avec des interactions avec les impuretés présentes dans le polymère, réagissent pendant les étapes de mélangeage et de mise en forme utilisées pour produire un matériau. Ces réactions chimiques indésirables conduisent à de nombreuses substances toxiques non ajoutées intentionnellement, appelées NIAS. Les objectifs de l’étude concernent trois polymères majeurs bien caractérisés avec leurs additifs les plus courants afin de comprendre comment les NIAS se forment, d'évaluer leur toxicité, de voir si leur occurrence peut être diminuée en modifiant les paramètres de mise en forme et d'évaluer si le recyclage des polymères augmente les quantités de NIAS.
    Ce projet est financé par l’ANR. Le partenariat inclut l’Institut de chimie (Université Côte d’Azur), le Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (Université de Bordeaux) and deux sous-contractants, l’Institut national de l'environnement industriel et des risques (INERIS) et Computers Science Consultants (SCC).

    Dynamique environnementale et impacts des cocktails de contaminants provenant des plastiques dans les écosystèmes du sol
    La pollution plastique menace les sols de dégradation, avec d'importants coûts environnementaux et économiques pour l'agriculture. Considérant les multiples facettes de la pollution plastique (cocktails de contaminants comprenant des additifs et substances non intentionnelles, apportés seuls en paillage ou mélangés à des matières organiques résiduelles dans les amendements), ce projet vise à évaluer l'ampleur de cette menace et proposer des moyens d'y remédier. Grâce à une nouvelle méthodologie basée sur une collaboration entre la chimie des polymères et l'écologie du sol, nous explorerons plusieurs scénarios d'exposition des organismes du sol à des plastiques contrôlés, pour  évaluer leur toxicité dans différents compartiments (rhizosphère, microorganismes, mésofaune, plastisphère), leurs impacts sur les fonctions du sol et les cycles biogéochimiques, leur dynamique et celle des microorganismes associés et les rétroactions physico-chimiques et microbiennes des sols sur les plastiques.
    Ce projet est financé par l’ANR. Le partenariat inclut l’Institut d’écologie et d’environnement de Paris (iEES), le Laboratoire sols et environnement (LSE) Nancy (Université de Lorraine), l’Institut de Chimie de Nice (ICN, Université Côte d’Azur), le Laboratoire Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (EcoSys), le Laboratoire de biologie environnementale (LBE), INRAE Narbonne, le Laboratoire Ecologie Microbienne (Université Claude Bernard Lyon1), Chrono-Environnement (CHRONOENV, Université Bourgogne Franche-Comté), IFP Energies nouvelles (IFPEN) et le laboratoire Recyclage et risques, CIRAD.

    3D-AER-HYAL (mars 2021 - février 2024)
    L'objectif de ce projet est le développement d'aérogels amovibles à la demande à base d'acide hyaluronique obtenus par fabrication additive pour une application en tant que pansements capables de libérer des agents biologiquement actifs. Le projet est à l'interface de la science des matériaux (polymères biosourcés, aérogels, impression 3D), de la chimie (fonctionnalisation des polymères) et des applications biomédicales (pansements, libération contrôlée). Instrument de financement: ANR JCJC.

    Impression 3D d’aérogels de polymères biosourcés pour applications médicales (octobre 2019 - septembre 2022)
    L'objectif de ce projet est l'impression 3D de bio-aérogels et l'évaluation de leur utilisation en tant que pansements libérant des médicaments. Ce projet hautement interdisciplinaire sera réalisé en collaboration avec l'Institut des biomolécules Max Mousseron (IBMM), Montpellier, qui possède une grande expérience dans le domaine des dispositifs médicaux et des systèmes à libération contrôlée. Instrument de financement: CNRS Thèse Transverse.

    Copolysaccharides à blocs (novembre 2017 - octobre 2021)
    L'objectif principal du projet est d'élargir les possibilités de création de nouvelles structures chimiques à partir de blocs d'oligosaccharides en préparant et en étudiant les propriétés d'une nouvelle classe de copolymères (multi) blocs basés exclusivement sur l'assemblage d'oligosaccharides ayant des propriétés différentes. Collaborations avec l'université de Picardie et l'université de Lyon. Instrument de financement: ANR PRC 'OLIBLOCK'.

    Projets industriels

    Nouvelle approche sur le recyclage de textile : nouveaux biomatériaux à haute valeur ajoutée à base de textiles usés
    Plusieurs dizaines de millions de tonnes de textiles sont mis sur le marché chaque année. Un faible pourcentage est recyclé, le reste est brûlé ou envoyé en décharge. En particulier, le recyclage des textiles « multi-composants» pose problème, comme par exemple le polycoton, composé de fibres naturelles (la cellulose) et d’un polymère synthétique (le polyester).
    Le projet consiste à développer des nouveaux matériaux, les bio-aérogels, à base de cellulose extraite de textiles usagés. Les applications peuvent aller des matrices destinées à la libération contrôlée à l’emballage ; d’autres applications restent à découvrir.
    Ce projet est financé par l’institut CARNOT MINES et est un partenariat entre le CEMEF, le RAPSODEE de IMT Mines Albi et le Centre Thermodynamique des Procédés de Mines Paris, avec le soutien du C2MA de l’IMT Mines Alès et Mines de St-Etienne.

    Bio-aérogels pour l’amplification de fluorescence
    La fluorescence est utilisée dans la biologie et médicine pour la détection, la quantification et l’imagerie de différentes structures. Le défi est de détecter les marqueurs rares, d’où le développement de différentes options de leur amplification.
    L’objectif de ce projet est de tester les bio-aérogels comme amplificateurs de fluorescence.
    Le projet est financé par l’Université Cote d’Azur (UCA) et est en collaboration avec l’Institut de Pharmacologie Moléculaire et Cellulaire (IPMC) et l’Institut de Physique de Nice (INPHYNI).

    Biomasse pour le futur (Investissements d’Avenir) (novembre 2014 - octobre 2021)
    BFF vise le développement de systèmes de culture et de nouvelles variétés de sorgho et de miscanthus ainsi que de nouveaux marchés: l'énergie (chaleur et méthane), les composites polymères pour l'industrie automobile et les blocs de béton-miscanthus porteurs pour la construction. L'un des objectifs est de définir la combinaison optimale matières premières / valorisation grâce à l'association de spécialistes en biologie végétale, écophysiologie, génomique, science des matériaux, analyse du cycle de vie, agronomes, sélectionneurs, agriculteurs et ingénieurs process.

    Dissolution de cellulose dans des solvants à base d’hydroxydes

    Projet collaboratif avec Christian Dior Parfums et Transvalor

    Partenaires industriels (anciens et actuels, par ordre alphabétique)
    Addiplast
    Arkema
    Faurecia
    l'Oreal
    Luxottica
    Nestle
    PSA
    Roquette
    Schneider Electric
    UPM

    Réseaux

    GDR LIPs “Liquides Ioniques et Polymeres”: Réseau français sur les liquides et polymères ioniques

    GDR DumBio "Durabilité et Matériaux Biosourcés": Réseau français sur la durabilité et les matériaux biosourcés

    COST Action CA18125 - Advanced Engineering and Research on aeroGels for Environment and Life Sciences

    European Polysaccharide Network of Excellence

    COST Action CA18220 - European network of FURan based chemicals and materials FOR a Sustainable development

    Thèses en cours

    • Sujie YU : Etudes expérimentales de formation de gels et aérogels (gels secs) à base de polymères naturels (cellulose et ses dérivés comme la méthylcellulose et l’hydroxypropylcellulose). Promotion 2021. En collaboration avec l’equipe CFL.
    • Laurianne LEGAY : Impression 3D d’aérogels d’acide hyaluronique sous forme de pansements amovibles à la demande (3D-AER-HYAL). Promotion 2020.
    • Marion NEGRIER : Des déchets textile aux aérogels à base de cellulose pour des applications à libération contrôlée. Promotion 2020.
    • Coraline CHARTIER : Impression 3D d’aérogels de polymères biosourcés pour des applications biomédicales. Promotion 2019.