Projets ANR

Relarguage programmable de médicaments par des biopolymères enroulés dans des capsules

Coordinateur : Valeriy Luchnikov

Reponsable scientifique IS2M : Valeriy Luchnikov

01/12/2017-30/11/2020

 

La pharmacocinétique de nombreux médicaments, c’est-à-dire, leur résorption, distribution, methabolisme et l’élimination dépend de l’heure de l’administration. En conséquence, ces médicaments sont plus efficaces et / ou mieux tolérée s’ils sont pris à un moment opportun. Une distribution non uniforme d’un médicament dans une matrice micro/nanoporeuse (comprimés ou capsules) constitue une approche permettant la programmation de la libération d’un médicament, contrôlée par la diffusion. Cependant, la création de ces matrices avec une distribution complexe de médicaments est un véritable défi. Nous proposons une méthode simple et peu onéreuse pour créer des capsules renfermant des biopolymères au sein desquels sont réalisées des distributions complexes des médicament, et visons par la mise en œuvre de ce procédé à permettre la chronotherapie. L’approche consiste à enrouler des films minces de biopolymères fonctionnalisés par un ou plusieurs médicaments et à insérer l’ensemble dans une capsule. La répartition du principe actif se fera sur des bandes de films biopolymères par impression en utilisant la technique à jet d’encre. Les films seront ensuite enroulés par le  stress de gradient interne. Les cinétiques de libération des médicaments seront étudiées dans des milieux proposés dans le 8ème Pharmacopée Européenne et similaires à ceux rencontrés physiologiquement, et comparés à des modèles de simulation numérique.

Croissance de germanène sur substrats à bande interdite

Coordinateur : Carmelo Pirri

Responsable scientifique IS2M : Carmelo Pirri

01/10/2017 – 31/03/2021

 

Ce projet vise à réaliser la croissance du germanène, l’équivalent pour le germanium du graphène, et à étudier la physique des fermions de Dirac dans ce matériau bidimensionnel (2D). En effet, le germanène se différencie des systèmes à structure électronique 2D conventionnels et du graphène par une structure atomique en nids d’abeille gauchie et un couplage spin-orbite conséquent. Un tel système ouvre un vaste champ d’études fondamentales en physique de basse dimensionnalité. Basé sur l’expertise récemment acquise avec la croissance de germanene sur un cristal d’Al(111) par les partenaires de ce projet, nous voulons explorer la réalisation d’héterostructures composées de germanene et de substrats lamellaires, liées uniquement par des interactions de van der Waals. Pour atteindre cet objectif, notre consortium dispose d’outils de caractérisation de pointe à l’échelle nanométrique : le rayonnement synchrotron, la microscopie en champ proche à basse température utilisant des pointes multiples combinée avec une spectroscopie optique résolue en temps. Cette analyse du matériau basée sur une caractérisation multi-physique poussée sera comparée avec des calculs réalisés dans le cadre la théorie de la fonctionnelle densité (DFT), afin de montrer la corrélation entre l’arrangement atomique et la structure de bande du germanene, et montrer comment la nature du substrat perturbe les propriétés structurelles et électroniques du germanène. Les caractéristiques principales auxquelles nous porterons toute notre attention sont les cônes de Dirac au voisinage du niveau de Fermi, la largeur de la bande interdite, la mobilité des porteurs dans le germanène et le transfert de charge entre le germanène et son substrat. Aussi, nous nous efforcerons de démontrer l’existence de l’effet de Hall de spin, attendu pour le germanène en raison du couplage spin-orbite important. D’autres caractéristiques très intéressantes seront regardées avec attention, comme les défauts et des déformations de réseau, à l’origine des transformations topologiques, comme les déformations de Kekulé. Vu la forte réactivité attendue du germanène lors d’une exposition à l’air, qui limiterait sérieusement son utilisation dans des applications de type spin/opto-electronique, une partie du projet est consacrée à l’encapsulation du germanène. Nous voulons réaliser la croissance de germanène sur des films ultra-minces d’aluminium Al(111) déposés sur un substrat de Si(111). Un feuillet de cristal 2D protègera le germanene après dépôt de germanene sur les couches minces d’aluminium. Le cristal de Si sera éliminé par la suite et la couche d’Al oxydée, permettant d’obtenir une couche de germanene sur feuillet lamellaire liée par des interactions de type van der Waals. Parallèlement à ces expériences, nous développerons une instrumentation innovante, comme la spectroscopie Raman sous l’ultravide qui est un outil de choix pour caractériser les matériaux 2D. Les entreprises françaises qui sont impliquées dans les projets Equipex et Labex de deux des partenaires bénéficieront de transfert de technologie de ces innovations instrumentales. Les progrès dans le domaine de la synthèse du germanène, dans la compréhension de la physique de ce matériau et dans la conception et la réalisation d’outils adaptés à son étude devraient ouvrir la voie à l’intégration future du germanène dans des composants à la fin de ce projet.

Compréhension de la polymérisation biphotonique utilisée en écriture laser directe via la combinaison de plusieurs méthodes d'analyse résolues temporellement et spatialement

Coordinateur : A. Sprangenberg

Responsable scientifique IS2M : A. Sprangenberg

01/01/2017-31/12/2021

De nos jours, il y a une demande croissante en microsystèmes 3D compacts et sophistiqués répondant à des critères spécifiques et variés dans des domaines tels que la nanomécanique, la nanophotonique, la nanofluidique, la nanomédecine ou la biologie. Alors que différentes stratégies ont été élaborées avec succès pour la production de masse de micro- et nanostructures 2D et 2.5D, la fabrication de micro- et nanostructures 3D n’est pas aisée et requiert des processus multi-étapes très longs à mettre en œuvre. Dans ce contexte, l’utilisation de méthodes de fabrication additive (FA) est particulièrement pertinente, mais ces dernières sont limitées en terme de résolution spatiale. Ainsi la stéréolithographie biphotonique (TPS) apparait comme une méthode de choix permettant de réaliser une seule étape des structures 3D arbitraires présentant des détails sub-100 nm. De plus, de nouveaux records de vitesse d’écriture ont souligné le potentiel de la TPS comme méthode FA à l’échelle sub-micrométrique et ont ainsi confirmé le rôle clef qu’est appelé à jouer cette technologie émergente dans les années à venir. Néanmoins, contrairement aux méthodes de FA conventionnelles, la TPS n’a pas encore atteint un niveau de maturité suffisant permettant d’envisager des applications industrielles commercialisables. De façon plus surprenante, son usage est encore restreint à certaines communautés académiques. Aujourd’hui, afin de passer à l’étape d’industrialisation et de favoriser sa dissémination à toutes les communautés scientifiques, un des défis à lever consiste à développer et caractériser des matériaux fonctionnels compatible avec la TPS. Alors que nous-mêmes et d’autres équipes ont très récemment proposé des matériaux innovants compatibles avec la TPS, l’impact de ce procédé de fabrication sur les propriétés finales du matériau reste à ce jour rarement étudié en raison de la complexité de la réaction photoinduite. En effet, contrairement à la plupart des applications standards de la photopolymérisation, la TPS implique des conditions de réactions spécifiques comme une excitation très localisée (< µm3) et intense, induite par une excitation laser très courte, limitant son étude approfondie par des méthodes plus conventionnelles (FTIR, Raman, PhotoDSC, HPLC…). Enfin, à ces échelles temporelle et spatiale, de nombreux phénomènes doivent être pris en considération tels que la diffusion moléculaire, les aberrations optiques, l’échauffement local, la post-polymérisation, etc… Ainsi, jusqu’à maintenant, les études relatives à la TPS ont été principalement limitées à l’analyse géométriques d’un voxel (brique élémentaire) ou de lignes suspendues en fonction des paramètres de fabrication (la puissance et la vitesse d’écriture). Dans ce contexte, 2PhotonInsight vise à comprendre la réaction de polymérisation biphotonique (TPP) dans le cadre d’une écriture directe par laser. Dans ce but, une 1ère tâche consistera à caractériser les propriétés géométriques, chimiques, et mécaniques finales du matériau. Pour cela, des approches conventionnelles (MEB, microspectroscopie Raman) et originales (vibrométrie laser) seront mises en œuvre. Dans une 2nde tâche, la cinétique de la TPP sera étudiée. Pour cela, des méthodes compatibles avec les échelles temporelles et spatiales auxquelles se produit la TPP seront implémentées. Ainsi, de nouvelles stratégies basées sur l’utilisation de sondes moléculaires fluorescentes et sensible à la viscosité seront envisagées.
Ces deux 1ères étapes permettront une meilleure compréhension de la réaction TPP, ce qui est crucial afin d’exercer un contrôle fin sur le processus de fabrication et de définir les relations entre le procédé de fabrication et les propriétés résultantes du matériau. Enfin, pour illustrer l’intérêt de notre approche, nous concevrons des surfaces modèles parfaitement contrôlées pour la biologie cellulaire et nous évaluerons l’impact de chaque paramètre de fabrication sur le comportement cellulaire.

Photo-structuration 3D à des échelles submicroniques de matériaux nanomagnétiques fonctionnels

Coordinateur : Dominique Berling

Responsable scientifique IS2M : Dominique Berling

01/01/2017 – 31/01/2021

 

Le projet PHOTOMAGNET propose de développer de nouvelles matrices sol-gel incorporant des Nanoparticules Magnétiques (NPM) dispersées de façon homogène et qui soient photostructurables en structures 3D de résolutions sub-micrométrique par stéréolithographie biphotonique (TPS). In fine, la démonstration du potentiel de ces matériaux nanocomposites fonctionnels microstructurés sera réalisée à travers deux preuves de concept correspondant à un matériau multifonctionnel : cristaux magnéto-photoniques (CMP) 3D et μ-structures magnétothermiques.

 

La réalisation de CMP 3D vise à obtenir une exaltation de rotation Faraday à 1,5 µm par le mécanisme d’onde lente propre aux cristaux photoniques, tout en garantissant une bonne transmittance du matériau micro-structuré. C’est le grand intérêt d’une réalisation par TPS qui garantit une excellente homogénéité de la microstructure comparativement aux méthodes d’auto-organisation plus classiquement employées pour réaliser des CMP. Une telle démonstration permettra de lever totalement le verrou actuel de l’intégration ou de la micro-structuration des matériaux magnéto-optiques classiques, verrou qui limite drastiquement l’emploi de ces matériaux dans les applications où ils sont pourtant vivement attendus.  Pour les µ-structures magnéto-thermiques, il s’agit de réaliser un réseau 2 D de micro-pilliers qui soient activable thermiquement par application d’un champ magnétique externe, cette activation reposant sur l’hyperthermie magnétique propre des NPM. Adaptées à l’interaction avec des cellules biologiques, ces surfaces fonctionnelles micro-nanostructurées ouvrent la voie à l’étude de phénomènes cellulaires liés à l’hyperthermie.  Afin de caractériser au mieux les capacités d’hyperthermie des NPM, les partenaires proposent une mesure magnéto-optique sensible à la température interne de ces NPM lors de leur activation thermique. Novatrice par rapport aux outils actuellement disponibles, et couplée à la diversité des NPM disponibles dans le projet, cette technique de mesure apportera, à n’en pas douter, des informations précieuses pour la communauté sur les mécanismes mis en jeu en hyperthermie magnétique.

Le projet est pluridisciplinaire et présente des challenges scientifiques et technologiques dans ses différents aspects. Il met en œuvre les compétences complémentaires des trois équipes impliquées dans différents domaines :

  1. i) La synthèse NPM fonctionnalisées compatibles avec la matrice choisie et à propriétés magnétiques contrôlées sera une étape initiale clé dans ce projet.
  2. ii) Le développement de matrices hôte pour les NPM photostructurables par stéréolithographie biphotonique constituera un deuxième challenge ambitieux. Plusieurs types de matrices sont envisagés, des matrices sol-gel hybrides (silane/acrylate) et des matrices à base d’oxo-clusters métalliques (Zr et Ti) dont la structuration par TPS a été validée très récemment.

iii) L’intérêt sera démontré à travers deux applications : structures résonantes 3D à propriétés magnéto-optiques et microstructures 3D à propriétés magnétothermiques. Dans les deux cas, la technique de TPS associée à ces matériaux magnétiques photostructurables est la seule technique permettant d’obtenir des microstructures complexes 3D fonctionnelles. S’agissant d’une technique de prototypage, il est également possible de modifier à volonté le design des structures pour ajuster les propriétés.

Photolatent N-heterocyclic carbenes for delayed ring-opening polymerizations

Coordinateur : Julien Pinaud

Responsable scientifique IS2M : Abraham Chemtob

01/11/2016 – 20/04/2020

La photopolymérisation est une technologie bien établie au niveau industriel qui suscite un intérêt croissant ces dernières années en raison des avantages économiques et environnementaux qu’elle présente. Cependant, les films et revêtement basés sur cette technologie sont aujourd’hui obtenus à 95 % par un procédé de polymérisation radicalaire en chaîne inhibé en présence d’oxygène atmosphérique. Il y a donc un intérêt évident à développer de nouveaux photoamorceurs nonradicalaires. A cet égard, les Carbènes N-Hétérocycliques (NHCs) sont récemment apparus comme de très bons ligands de complexes organométalliques mais aussi comme des catalyseurs organiques efficaces pour des réactions de polymérisation (par ouverture de cycle, condensation..). Les NHCs sont généralement synthétisés par déprotonation d’un sel d’imidazolium au moyen d’une base forte, mais leur génération in-situ et à la demande à partir de composés thermolabiles a également été le sujet d’une intense recherche au cours des dernières années. De manière surprenante, la génération de NHCs par un procédé photochimique n’a jamais été rapportée, et le développement d’un NHC photolatent reste à réaliser. Le projet Photon DROP a pour objectif de développer des NHCs photo-latents via une méthode de synthèse simple et robuste. Ceux-ci seront ensuite utilisés comme organocatalyseurs photolatents ou comme ligands photolatents pour la polymérisation par ouverture de cycle anionique (ROAP) ou par métathèse (ROMP). Les applications visées sont la synthèse de revêtements par irradiation UV et la production de latex.

Design of highly conductive and reflective metal top coatings on textile materials

Coordinateur :  Lavinia  BALAN

 

Responsable scientifique IS2M : Lavinia BALAN

 

01/10/2016 – 30/11/2020

 

Le développement de matériaux multifonctionnels via des procédés simples, éco-efficients et viables industriellement représente un enjeu majeur, en particulier dans le domaine des textiles souples. L’objectif principal du projet MeTex est de développer de nouvelles voies de synthèse pour la métallisation des surfaces textiles via un procédé in situ, en une seule étape, et totalement photo-induit afin de préparer de nouveaux revêtements multifonctionnels métalliques bicouches métal/métal-polymère. La couche supérieure sera un film continu de métal (principalement Ag ou Cu et éventuellement Au) et la couche inférieure un mélange de polymères biocompatibles avec un gradient en profondeur de nanoparticules métalliques (NPMs). Le contrôle spatial de l’organisation des NPMs permettra d’obtenir le revêtement multifonctionnel : optique (miroir, haute réflectivité et luminosité) et conducteur (électrique et thermique). L’approche photochimique combinant photo-greffage, photo-polymérisation, synthèse photo-induite et assemblage de NPMs permettra l’élaboration de revêtements fonctionnels (métallisation) des textiles d’usage courant ou professionnels.

 

Les principaux atouts du procédé en cours de développement sont :

  • l’éco-conception : procédé sans solvant, rapide, peu énergivore, n’utilisant pas de matières premières à haute valeur ajoutée et facilement transposable dans l’industrie,
  • le « safe by design » : nanoparticules synthétisées in situ par voie photochimique dans la matrice polymère. Le procédé permettra d’éviter la manipulation de poudres de nanoparticules d’argent, et les risques associés en termes de santé et d’environnement. De plus, il évitera l’agrégation communément observée lors de la dispersion de ces poudres dans les formulations liquides. La surface du revêtement sera une fine couche de métal massif,
  • le contrôle photochimique de l’organisation tridimensionnelle des NPs dans la matrice polymère pour le développement de matériaux actifs optiquement, électriquement et/ou biologiquement.
Decontamination of textile industries’ effluents in the Mediterranean region for reuse in agriculture. Coupling innovative sustainable treatment processes with existing industrial processes.

Coordinateur : Duplay

Responsable scientifique IS2M : Amane Jada

15/04/2016-15/04/2019

La pénurie en eau est une préoccupation cruciale à court terme dans les régions méditerranéennes soumises à un climat aride, et où les ressources en eau sont surexploitées, notamment dans l’agriculture et les industries textiles. Le traitement des effluents est une préoccupation majeure pour l’environnement et la santé humaine, car les eaux usées, même traitées selon les procédés classiques, contiennent encore des polluants et du sel.

Par ailleurs, la composition des effluents de l’industrie textile est complexe, et nécessite le plus souvent des procédés combinés impliquant plusieurs méthodes physico-chimiques pour obtenir une eau traitée de qualité. L’adsorption sur le charbon actif est une technique de traitement classique, mais qui n’est pas pleinement efficace, et surtout coûteuse. Une des alternatives serait d’utiliser des matériaux adsorbants innovants moins coûteux et des procédés physico-chimiques couplés à l’adsorption.

L’objectif du projet est de grouper les compétences, de tous les pays Méditerranéens, qui conduiront au choix des procédés les plus efficaces pour atteindre une qualité de l’eau aux normes des pays méditerranéens, et les meilleurs modes de valorisation ou inertage des déchets solides. Les possibilités de mise en œuvre au niveau industriel seront étudiées, tout d’abord à petite échelle en tenant compte des aspects environnementaux et économiques, par une analyse du cycle de vie et une analyse des coûts. La réflexion sera ensuite menée pour un scale-up à l’échelle du semi-pilote.

Les résultats obtenus vont améliorer nos connaissances, d’une part, sur les mécanismes de dégradation des molécules organiques en fonction des processus physico-chimique ou biologique impliqués, et d’autre part, sur les processus d’adsorption et de rétention du sel, sur la modélisation des transferts en milieux poreux, et sur l’inertage/valorisation des déchets solides. En outre, les résultats de ce projet vont nous permettre d’atteindre les normes de l’eau pour une réutilisation dans l’agriculture en mettant en œuvre des processus durables de traitement d’effluents textiles. Par ailleurs, sur le plan technologique, les résultats du projet permettront  de proposer plusieurs procédés de traitement innovants, en fonction des prétraitements industriels et de la nature des effluents, afin d’avoir un système généralisé qui pourrait bénéficier à d’autres industries du textile, et d’autres pays.

Surfaces intelligentes aux propriétés thermoréversibles

Coordinateur : Florence Bally-Le Gall

Responsable scientifique IS2M : Florence Bally-Le Gall

01/01/2016 – 31/12/2018

 

La recherche dans le domaine des matériaux stimulables est très active mais les applications industrielles sont encore peu nombreuses. Ce constat est lié au fait que les solutions actuelles proposent généralement de formuler l’ensemble du matériau afin de lui conférer des propriétés intelligentes alors que de nombreux phénomènes n’ont lieu qu’en surface. Cette stratégie n’est donc pas viable économiquement car seul un très faible pourcentage du volume du matériau est exploité pour ses propriétés intelligentes or ces dernières augmentent considérablement le prix du produit. La fabrication de revêtements intelligents, qui apporteraient ces propriétés intelligentes en surface tout en préservant les propriétés massives du matériau et donc l’essentiel de son coût, permettrait donc de stimuler le renouveau industriel dans ce secteur. Deux défis apparaissent : i) développer une chimie dynamique de surface efficace, contrôlée par un stimulus thermique, et ii) l’adapter à un procédé de modification de surface « universel ».

Dans ce contexte, le projet INTHERMO a pour objectif le design d’interfaces intelligentes aux propriétés thermo-réversibles selon un procédé de fabrication indépendant du substrat utilisé. Il a été choisi de travailler sur des surfaces qui réagiront de manière covalente selon une chimie thermo-réversible de type Diels-Alder (DA). En effet, cette chimie présente un caractère dynamique et réversible dans certaines conditions et fait partie des chimies de type click. Elle est donc efficace et sélective. Par ailleurs, l’élaboration de ces surfaces sera basée sur la polymérisation plasma, procédé permettant la synthèse de films minces de polymères fonctionnels sur de nombreux substrats (de natures et de formes variées). Les revêtements polymères synthétisés par ce procédé serviront au greffage des composés mettant en jeu la réaction de DA.

Le projet INTHERMO développe le concept de liaison covalente réversible en surface grâce i) à une étude thermodynamique de la chimie de DA interfaciale afin de comprendre l’influence des propriétés du revêtement plasma sur la réactivité de surface et ii) au développement de nouveaux couples de DA interfaciale, réagissant dans des conditions douces (températures de DA directe et rétro modérées, réactions dans l’eau). Les résultats de ces travaux permettront de fabriquer des échantillons illustrant le concept original de chimie de DA interfaciale dans le cadre de deux applications industrielles précises. Tout d’abord, ce concept pourra engendrer une adhésion covalente réversible de matériaux dans le but de remplacer facilement une pièce endommagée dans des systèmes complexes (par exemple des matériaux composites, des systèmes microélectroniques). L’assemblage covalent des matériaux se fera à faible température (par réaction directe de DA) et leur séparation à température plus élevée (par réaction de rétro-DA). Ce procédé limitera la dégradation des matériaux, car les températures mises en jeu restent relativement faibles, et aura un impact significatif sur la recyclabilité des assemblages complexes. La seconde application visée consiste à immobiliser/libérer des (bio)molécules de manière contrôlée thermiquement. Cette stratégie pourra être utilisée pour la séparation de (bio)molécules présentes dans un mélange complexe et permettra de régénérer efficacement le substrat fonctionnel lors de la libération de la molécule d’intérêt.

Ce projet de 36 mois, coordonné par une jeune chercheuse de l’Institut de Science des Matériaux de Mulhouse (IS2M), vise à développer une combinaison unique alliant une chimie interfaciale de type DA ayant lieu selon des conditions douces et un procédé de fabrication de revêtements fonctionnels, par polymérisation plasma, applicable à tout type de matériau substrat. La réussite de ce projet permettra d’envisager des applications industrielles concrètes basées sur le concept de surfaces intelligentes.

Polymères RAFT comme macrophotomaorceurs polyvalents

Coordinateur : Julien Poly

Responsable scientifique IS2M : Julien Poly

01/01/2015 – 31/08/2018

Les polymérisations radicalaires contrôlées ont été jusqu’ici sous-exploitées à l’échelle industrielle au regard de leur exceptionnel potentiel. Toute proposition visant à les exploiter dans de nouvelles applications à haute valeur ajoutée, surmontant par là-même leur surcoût par rapport aux polymérisations radicalaires classiques, constituerait une avancée majeure dans ce domaine, susceptible de renouveler leur intérêt d’un point de vue industriel.

Le projet RAFT-POP s’inscrit dans ce cadre. Il vise à valoriser le mécanisme de transfert de chaîne réversible par addition-fragmentation (RAFT) comme une plateforme de synthèse polyvalente pour le design de polymères bien définis, utilisables en tant que macrophotoamorceurs possédant une efficacité de photodissociation accrue et plus généralement en tant que précurseurs pour de nouvelles réactions photo-induites en ingénierie macromoléculaire.

Ce concept repose sur la photo-sensibilité de leurs fonctions terminales, résultant directement de la structure des agents de transfert de chaîne utilisés : ces composés thiocarbonylthio, tels les dithiocarbamates ou les xanthates, étaient déjà employés comme photoamorceurs ou photoiniferters avant la découverte de la RAFT. Cette réactivité sera ici exacerbée grâce à l’introduction d’un chromophore au voisinage de la liaison C-S photodissociable.

L’application du procédé RAFT à l’échelle industrielle a été jusqu’ici limitée, particulièrement à cause de la présence indésirable dans les produits finaux de ces fonctions terminales, susceptibles d’induire leur coloration et restant sensibles à chaleur et à la lumière. Dans le projet RAFT-POP, ces bouts de chaînes ne sont plus considérés comme un inconvénient mais deviennent, au contraire, des fonctions-clés pour de nouvelles applications des polymères RAFT.

Concrètement, le chromophore sera introduit directement via la polymérisation RAFT, soit comme substituant sur l’unité monomère terminale, soit comme groupe Z de l’agent de transfert. Ces deux stratégies conduiront à deux classes de précurseurs macromoléculaires photoactifs, qui seront synthétisés et étudiés dans ce projet.

Tout d’abord, tous seront étudiés comme précurseurs pour de nouvelles méthodologies de synthèse macromoléculaire qui combineront la RAFT avec des réactions photo-induites originales ou avec d’autres mécanismes de polymérisations contrôlées. En particulier, les modifications de bouts de chaînes permettant de changer de mécanisme et les couplages radicalaires photo-induits seront considérés.

Dans un second temps, ces polymères RAFT seront mis en œuvre comme macrophotoamorceurs au sens strict. Après des études cinétiques préliminaires, ils seront mis en œuvre pour la préparation de revêtements photopolymères à base d’acrylates multifonctionnels. Certaines structures seront également des macrophotoamorceurs originaux pour des polymérisations cationiques induites par des radicaux, et seront donc utilisés pour la préparation de revêtements époxy.

La nature polymère de ces macrophotoamorceurs peut apporter plusieurs avantages par rapport aux photoamorceurs classiques. Tout d’abord, une extractabilité plus faible de la fraction résiduelle est attendue. Ils peuvent ensuite jouer simultanément le rôle d’additifs, permettant de moduler les propriétés finales du photopolymère, via la longueur, la composition ou la densité des chaînes RAFT. Ils peuvent également améliorer la miscibilité initiale du photoamorceur dans une formulation.

Certains précurseurs seront des macrophotoiniferters optimisés qui devraient permettre la préparation de revêtements multicouches impliquant des liaisons covalentes aux interfaces. Le développement d’un mécanisme de « photoRAFT » optimisé est également envisagé.

Enfin, des macrophotoamorceurs comportant des groupes latéraux greffables ou polymérisables seront aussi introduits, respectivement  pour renforcer l’interface entre un revêtement photopolymère et son substrat ou pour réduire leur extractabilité.

Transferts de charges dans les zéolithes hiérarchisées: un nouveau défi pour la catalyse

Coordinateur : Isabelle Batonneau-Gener

Responsable scientifique IS2M : Jean-Louis Paillaud

01/10/2014 – 31/03/2019

 

Le phénomène de séparation de charges suite à l’adsorption d’une molécule aromatique sur zéolithe a fait l’objet de plusieurs publications. L’ionisation de la molécule qui engendre cet état de charges séparées peut être initiée par photolyse, radiolyse, voie électrochimique ou thermique, comme dans le cas de l’ionisation spontanée. Il est aujourd’hui bien établi que l’adsorption dans le volume poreux d’une zéolithe d’une molécule aromatique ayant un potentiel d’ionisation relativement bas peut conduire à son ionisation spontanée et à la création d’un état de charges séparées. Les zéolithes acides sont très utilisées en catalyse hétérogène dans le domaine de la pétrochimie. Dans ces processus catalytiques classiques, l’obtention des produits se fait par la formation d’intermédiaires réactionnels tels que les carbocations. La mise en évidence d’espèces radicalaires dans le coke présent sur des catalyseurs zéolitiques désactivés ainsi que le maintien de leur activité catalytique ouvrent une nouvelle voie de réflexion pour la catalyse. Or, la complexité des molécules de coke ne permet pas une identification claire des espèces radicalaires ou des états de charges séparées à l’origine de la formation du coke et/ou du maintien de l’activité catalytique. Si le rôle de ces espèces s’avère être crucial pour améliorer l’activité catalytique des zéolithes acides, il convient d’étudier les paramètres permettant de contrôler leur génération et leur durée de vie afin de concevoir des catalyseurs hétérogènes performants ou de nouveaux matériaux hybrides pour la conversion d’énergie. Ce projet vise à étudier l’influence des propriétés physico-chimiques (acidité de Brønsted et de Lewis, rapport Si,Ge/Al, taille des cristallites, taille des pores, défauts) de zéolites classiques modifiées et de germanosilicates sur les espèces radicalaires formées (nature et durée de vie) dans leur volume lors de l’adsorption de molécules aromatiques modèles du coke (naphtalène, anthracène, phénantrène…). Les matériaux choisis sont des zéolithes (ZSM-5, MOR, BEA) utilisées en pétrochimie, mais également des germanosilicates. L’idée est de faire évoluer progressivement, pour chaque famille de matériau, une seule propriété parmi celles citées plus haut, par des traitements post-synthèse (désilication, désalumination, dégermanation, échange ionique) ou au cours de la synthèse, afin d’évaluer son impact sur les espèces radicalaires générées lors de l’adsorption de molécules aromatiques. Une attention particulière sera portée à l’étude de l’influence de l’acidité, de la porosité secondaire et de la taille des cristallites sur les espèces radicalaires formées. En effet, les limitations diffusionnelles, souvent responsables de la diminution de l’activité catalytique et de la désactivation des zéolithes, peuvent être diminuées en réduisant la taille des cristallites ou en créant des mésopores (zéolithes hiérarchisées). Or, les traitements post-synthèse des zéolites génèrent de nombreux défauts de structure. C’est pourquoi, les germanosilicates, matériaux zéolithiques possédant peu de défauts, seront intégrés à l’étude. Ces matériaux possèdent une acidité de Bronsted intrinsèque leur conférant une activité catalytique. Cette acidité peut être augmentée par ajout d’aluminium de réseau. Le comportement des radicaux générés dans ces solides, non encore décrit dans la littérature, permettra une meilleure compréhension du rôle des espèces extraréseau lors de la génération et la stabilisation des états de charges séparées. Ce projet s’articule donc autour de quatre tâches principales : synthèse et modifications post-synthèse des solides, caractérisations physico-chimiques, adsorption d’aromatiques et caractérisation spectroscopique des états de charges séparées. L’ensemble de ces tâches permettra à l’issue du projet d’évaluer l’influence des propriétés chimiques ou physique d’une zéolithe donnée sur les radicaux et états de charge séparées spontanément générés dans son volume poreux.

Résines à base d'oxo-clusters métalliques pour l'écriture directe DUV de nanostructures semi-conductrices et conductrices
Coordinateur : Olivier Soppera
Reponsable scientifique IS2M : Olivier Soppera
01/10/2014-30/09/2018
Développement d’un procédé de soudage du bois pour des usages en extérieur

Coordinateur : Eric Masson

Responsable scientifique IS2M : Luc DELMOTTE

01/10/2014 – 30/09/2018

 

Une des faiblesses de la technologie du soudage du bois était jusqu’à fin 2010 la résistance mécanique du joint soudé à l’humidité. Des recherches menées par le LERMAB et l’INRA ont montré que certaines essences de bois présentaient des soudures résistantes à l’humidité. Cette découverte a initié une nouvelle technique brevetée de soudage permettant d’obtenir une soudure résistante à l’humidité. Celle-ci consiste à traiter la surface à souder avec un additif biosourcé (ex : colophane) avant soudage. Ce traitement crée une couche hydrophobe protectrice autour du joint de soudure. Jusqu’à présent, les essais ont été réalisés sur un nombre limité d’essences avec la mise en oeuvre d’un seul additif.

 

Une des incertitudes concernant cette nouvelle technique de soudage du bois, au-delà de sa résistance aux conditions humides, est sa durabilité au sens large. C’est une demande récurrente des industriels intéressés par cette nouvelle technologie.

 

Par ailleurs, la nature hétérogène du matériau bois nous laisse penser que le cycle optimum de soudage pourrait avantageusement être ajusté au cas par cas avec un asservissement temps réel. Il est important d’analyser l’impact qualitatif sur le soudage de certains paramètres liés à l’hétérogénéité pour pouvoir industrialiser le procédé (densité, cernes, aubier ou duramen, etc.). Le pilotage temps réel adaptatif du cycle de soudage en fonction de paramètres mesurés est une piste intéressante à creuser. Les travaux du premier projet Soudabois avait initié la possibilité d’un pilotage du soudage en fonction des émissions gazeuses de la ligne de soudure.

Sondes actives pour la mIcroscopie optique en champ proche à très haute résolution
Coordinateur : Céline Fiorini
Reponsable scientifique IS2M : Olivier Soppera
1/1/2014-31/12/2017
Photocatalytic microchannel Reactors Using Metal-Oxide Semiconductors sensitized with CuInS2 quantum dots arrays

Coordinateur : Didier ROBERT

Reponsable scientifique IS2M : Lavinia BALAN

01/11/2013-30/11/2017

 

Les substances médicamenteuses, en particulier celles contenues dans les effluents hospitaliers, constituent un nouveau type de pollution de l’environnement et de risques possibles pour la santé des consommateurs. C’est le cas de certains anticancéreux qui même à très faibles doses peuvent aussi causer le cancer. C’est l’une des menaces de la chimiothérapie moderne. Parmi les différentes méthodes récemment mises au point pour éliminer ces substances dans l’eau, la photodégradation constitue une méthode nouvelle et alternative. Cependant, les techniques disponibles à ce jour sont généralement onéreuses en raison des coûts d’exploitation élevés et pas toujours opérantes. Ainsi, de nouveaux systèmes de traitement de l’eau plus efficaces doivent être étudiés. La dégradation photocatalytique de polluants organiques en présence d’oxyde métallique tel que le TiO2 a été étudié au cours des dernières années pour résoudre les problèmes environnementaux, en minéralisant les contaminants émergents persistants. Des systèmes de réacteurs photochimiques commerciaux peuvent être utilisés en recirculation pour le traitement de l’eau contaminée pour des volumes limités. Toutefois, en raison de leur rapport surface/volume élevé, les catalyseurs de taille nanométrique ont tendance à s’agréger au cours de la photolyse, ce qui entraîne une diminution de la surface active et donc de la photoactivité. La séparation et la régénération des photocatalyseurs est également un enjeu majeur pour l’application dans des procédés catalytiques. L’inconvénient majeur de catalyseurs immobilisés est leurs faibles surfaces actives. Les avantages des microréacteurs dans des réactions catalytiques ont été largement démontrés. Ils sont fondés sur un  grand rapport surface/volume, des distances de diffusion faibles et un transfert de masse efficace et rapides. Les réactions photochimiques en microréacteurs bénéficient d’une plus grande homogénéité au niveau de l’éclairage et d’une meilleure pénétration de la lumière dans la totalité du réacteur par rapport aux réacteurs à plus grandes échelles.

Nanoemetteurs plasmoniques hybrides anisotropes
Coordinateur : Renaud Bachelot
Reponsable scientifique IS2M : Olivier Soppera
15/01/2013-14/01/2018