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Polymères Biosourcés et/ou Biodégradables pour l’Environnement et la Santé

Notre recherche au sein de la BioTeam s’inscrit globalement autour des « Systèmes de polymères biosourcés et/ou biodégradables à finalité environnementale ou biomédicale », avec une approche transversale qui va de la biomasse à l’objet final. La chaine de valeur développée part de la bioproduction (Biotech). Les synthons biosourcés ou biomacromolécules produits sont ensuite chimiquement modifiés et/ou polymérisés. Des « objets » finis sont obtenus, suite à une phase de formulation et de mise en œuvre, pour différentes applications

Ces matériaux issus de la biomasse s’intègrent dans une approche de bioraffinerie globale et de valorisation non-alimentaire de différentes biomasses stratégiques. Les matériaux de base sont principalement :

  • Des polysaccharides ou dérivés (amidon, chitosane, alginate, sorbitol, isosorbide,),
  • Des dérivés de triglycérides de végétaux ou de micro-algues (acide gras et dimères),
  • Des composés aromatiques naturels du type lignine, tanin et dérivés furaniques,
  • Des polymères bactériens (PHA, EPS).

Cette démarche est associée au développement de architectures macromoléculaires biosourcés innovantes avec de nouvelles fonctionnalités pour des applications originales, sans compétition avec l’alimentaire.

Les nouvelles fonctionnalités apportées par ces nouveaux matériaux sont : 

(i)        une fin de vie contrôlée (biodégradation, )

(ii)       une biocompatibilité ou un comportement bactéricide/fongicide (biomédical,), 

(iii)      l’intégration de matériaux renouvelables en substitution de matériaux fossiles, 

(iv)      une toxicité réduite (matériaux respectueux de l’environnement de la santé),

(v)       une ACV améliorée et en accord avec les principes d’une chimie verte.

Cet effort de recherche tente de répondre aux attentes sociétales actuelles tout en prenant en compte certaines attentes industrielles sélectionnées. Notre démarche originale et transversale est actuellement encore très peu développée en France dans le domaine des polymères. Aussi, nous accompagnons la recherche de nombreux partenaires industriels majeurs dans divers secteurs industriels. Associé à une bonne productivité scientifique, cette démarche a permis de créer un très bon rayonnement international et national avec par exemple, des implications dans des pôles de compétitivité (CA, COS), clusters et GDR. Nous avons par exemple organisé 2 congrès internationaux à Strasbourg en 2011, et nous participons chaque année à la co-organisation de différentes conférences dans le monde. En contact avec de très nombreux laboratoires étrangers, nous recevons très régulièrement des scientifiques en visite.

Trois thèmes de recherches sont développés conjointement au sein de la BioTeam :

Thème 1 : Bio-production & catalyse enzymatique de polymères biosourcés & biodégradables (Applications court terme et biomédical) :

Nous avons été initiés aux biotechs blanches lors d’un précèdent projet Européen FP6. Cette riche expérience a conforté l’élargissement de nos thèmes de recherche vers l’amont i.e., vers la bioproduction de synthons et biopolymères à partir de biomasses. Différentes études financées sur la bio-production par fermentation en milieu solide et liquide ont été menés (acides lactique et iconique pour la production de polymères originaux). Cependant, pour éviter une potentielle dispersion, la poursuite des études sur ces derniers points se fera uniquement en collaboration avec des laboratoires extérieurs.

Sur ce même thème, nous développons de la synthèse de polymères biosourcés par catalyse enzymatique (biocatalyse) autour de la polymérisation par ouverture de cycles (ROP) et de la polycondensation. Des résultats très prometteurs ont été obtenus en utilisant des enzymes (lipases et autres esterases) supportés (notamment sur nano-argiles) pour la ROP de différents macrocycles avec production de polyesters et de différents copolymères soufrés, azotés, . Ce thème financé par Soufflet-France a permis de tester une collection importante d’estérases. Cette approche a été étendue dans le domaine de la polycondensation de (co)polyesters, polyuréthanes à partir de synthons produits par biotech. Récemment, nous avons obtenus d’excellents résultats sur de la polycondensation de synthons courts avec des biocatalyseurs, en obtenant des masses molaires importantes et une cinétique adaptée. Il est à noter que jusqu'à récemment, la biocatalyse était très peu abordée par la communauté en France. Deux projets Européens récents (FP7-SYNPOL ; H2020-P4SB) ont permis de soutenir ce thème.

Thème 2 : Systèmes à base de nouveaux polymères biosourcés durables (Application long terme) :

Le terme « durable » a ici un double sens car ces matériaux s’inscrivent dans un développement durable avec une tenue dans le temps. Différentes architectures macromoléculaires très originales ont été synthétisées et caractérisées. Elles s’intègrent dans différents domaines d’applications à longs termes.

Ce thème porte principalement sur la synthèse d’architectures originales à partir de différentes biomasses issues de plantes annuelles, bois, micro-algues et autres oléo-ressources. Il s’agit de synthétiser des familles complètes de nouveaux polymères biosourcés durables et contrôlées, tels que des polyamides ou des polyuréthanes aliphatiques-aromatiques (TPU, PUR, PIR), en parfait accord avec les principes de la chimie verte (sans solvant, catalyseur et sans réactif toxique. ex. : PU sans isocyanate –NIPU). Dans ce contexte de bioraffinerie, des travaux sur l’utilisation de micro-algues font partie des premiers menés dans le domaine pour l’obtention de mousses performantes.

Ce thème très productif est actuellement reconnu par la communauté scientifique internationale, ce qui se traduit par de très nombreuses collaborations. Il est soutenu en France par de très nombreux financements tels que BPI-France (projets MUTATIO & Trans’Alg), ADEME, région Alsace, ou des financements directs d’entreprises. Ce thème est aussi associé à la création d’un Laboratoire Commun de Recherche avec la société Soprema, sur les « Nouveaux matériaux polymères biosourcés pour le bâtiment ».

 

Thème 3 : Systèmes multiphasés à base de polysaccharides (Application court terme et biomédical) :

En utilisant notre expertise forte et reconnue depuis 1998 sur les amidons plastifiés (amidons thermoplastiques), nous avons été récemment les premiers à développer des chitosanes et des alginates thermoplastiques en fondu, permettant la production de (bio)matériaux à grande échelle avec des moyens conventionnels de mise en œuvre (extrusion,), pour des applications de grande diffusion. Ces avancées s’inscrivent aussi dans le contexte d’un consortium académique international que nous avons créé avec des unités de recherche dans 10 pays Européens ou non. Différents systèmes multiphasés tels que des nano-biocomposites ont été aussi développés (Nouveaux systèmes à base de sépiolite et/ou d’halloysite notamment pour faire des systèmes à relargage contrôlé de principes actifs,). Par ailleurs, on a développé des modifications chimiques par greffage de groupements actifs afin d’augmenter le caractère bactéricide du chitosane. Ce thème s’appuie sur des financements Européens (FP7-SYNPOL) et de l’ANR (CHWWEPS).