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La valorisation des Bio-ressources en progression à l’ICMPE

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Recherche

Le 4 janvier 2016

Valérie Langlois et Estelle Renard présentent leurs recherches centrées sur les bioplastiques et plus récemment sur les GWPC, les « Green Wood Plastics Composites » à base de biopolymères renforcés par des fibres végétales. Les applications potentielles sont nombreuses.

Valérie Langlois - Estelle Renard
Les PHAs : une spécialité scientifique

A partir d’une curiosité de laboratoire, découverts à l’Institut Pasteur en 1927, l’ICMPE a développé depuis une dizaine d’années, une recherche originale dans le paysage national et international. Les PHAs sont des matières plastiques produites par biotechnologie à partir de substrats naturels. Ces polymères sont totalement biodégradables, c’est-à-dire transformés en CO2 et H2O en fin de vie. La biodiversité mise au service de la chimie a permis de développer toute une gamme de polymères dont la structure est adaptable en fonction de l’application envisagée.

D’une « chimie fine » à « une chimie simple »


Les deux chercheures ont cherché à rendre compatibles les fibres végétales et la matrice polymère par des techniques de chimie de surface. L’objectif est d’élaborer de nouveaux matériaux à propriétés mécaniques.

Les chercheures déploient ainsi une chimie simple, en s’efforçant de répondre aux exigences de la chimie verte, à savoir la réduction de solvant, l’absence de catalyseurs, rapidité des réactions (économie de temps) et adaptables aux contraintes industrielles dans le cadre d’une valorisation des produits.

Des applications multiples

Cette technique devrait permettre de proposer des applications dans le secteur de l’automobile ou du bâtiment notamment, ou encore celui de l’emballage. En substituant des fibres végétales à des fibres de verre, on peut obtenir par exemple des matériaux plus légers (équipant donc des voitures consommant moins) et plus écologiques (d’une fabrication moins gourmande en ressources en eau).

Des recherches débouchant sur trois dépôts de brevets


Ces travaux ont permis à l’ICMPE de déposer trois brevets, avec le soutien de l’UPEC, de sa Direction de la recherche et de la valorisation et du CNRS.

Un premier brevet a été déposé en 2011 sur des biocomposites à base de cellulose par un procédé de transesterification à partir des travaux de thèse d’un doctorant de l’équipe, financé par l’Université Paris Est.

Un deuxième brevet a été déposé sur cette thématique en février 2015, et complété dans le cadre d’un financement FEDER . Ce dépôt de brevet porte sur un nouveau procédé de fonctionnalisation des fibres végétales permettant l’élaboration de composites bio-sourcés à propriétés renforcées.

Un troisième brevet a été déposé en avril 2015, sur le matériau fini lui-même, un polymère issu de la valorisation d’huiles de tournesol (une agro-ressource), en lien avec un groupe industriel  et les tutelles de l’unité mixte de recherche (CNRS-UPEC).

Des matériaux pour le secteur médical
Valérie Langlois et Estelle Renard conduisent également des travaux de recherche pouvant déboucher sur des applications en médecine.

L’idée de départ est identique : partir de PHAs ou de synthons biosourcés, et grâce à une modification chimique, les adapter à l’application envisagée : revêtement de stents vasculaires, encapsulation de médicaments (travaux conduits avec l’IFREMER, reconstruction cellulaire, support de cellules souches et revêtements anti bactériens. Le savoir-faire scientifique de l’équipe consiste en la maîtrise des différentes modifications chimiques, pour adapter la structure aux applications visées.

Le cahier des charges varie selon l’application envisagée (environnementale ou médicale).


Nanoparticules de PHA
(Faculté de Pharmacie Paris V)








Nanoparticules de PHA mucoadhésives dans le traitement endovésical du cancer de la vessie

(CHU H. Mondor)







Stent à élution de médicaments avec un revêtement PHA (ANR TecSan)









Support de cellules souches pour la reconstruction osseuse (CRRET)








Figure 1 : Utilisation des PHAs dans le domaine biomédical

Des collaborations diverses
Pour leurs recherches, les chercheures collaborent avec d’autres équipes de l’UPEC :

> MSME  pour les travaux sur les biocomposites,

> CREET
  pour les applications bio-médicales,

> SOLéO-IEES, pour des études sur des revêtements anti-bactériens.

Des collaborations internationales existent aussi, en Suisse occidentale ou au Mexique

Différents travaux de thèse

Dans le cadre de l’Université Paris Est, les chercheures encadrent plusieurs thèses sur ces différentes thématiques :

- une thèse, conduite en partenariat avec la direction générale de l’armement (ministère de la Défense), vient de débuter sur les filtres anti-bactériens,

- une autre a reçu le soutien du Labex MMCD pour un financement de travaux interdisciplinaires sur la modélisation des propriétés mécaniques des GWPC biocomposites.

D’autres thèses en cours portent sur la valorisation d’huiles ou celle de terpènes, financées par le groupe Avril et l’Université Paris Est.

Le lien recherche-formation

Ces sujets constituent également un vivier important d’études pour des étudiants du master parcours polymères fonctionnels, dont Valérie Langlois assure la responsabilité pour la faculté de sciences et technologie de l’UPEC.

Glossaire

• Polymères bio-sourcés : matériaux organiques dont le carbone constitutif est issu de la biomasse (matière organique produite par les organismes vivants ou par leur décomposition) à la différence de polymères issus des ressources fossiles (pétrochimie)

Synthon : petite molécule organique intermédiaire de synthèse pour la chimie  qui peut servir d’unité constitutive des polymères


Pour en savoir plus

Estelle Renard est professeur de chimie à l’ESPE de l’UPEC. Valérie Langlois est professeur de chimie à la Faculté de sciences et technologie de l’UPEC. Toutes deux effectuent leurs recherches sur les polymères bio-sourcés (issus des agro ressources) et biodégradables et sur la valorisation de la biomasse à l’Institut de Chimie et des Matériaux de Paris Est (ICMPE), une unité mixte de recherche CNRS UPEC (UMR 7182).

mise à jour le 13 janvier 2016

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