Polymérisation et dépolymérisation contrôlées par cavitation ultrasonore : développement de latex polymère de haute pureté

Contexte

Ce projet de thèse s’inscrit dans une démarche de transition écologique visant à développer une technologie verte pour la production de polymères, en particulier de latex synthétiques. Il ambitionne de réduire significativement l’impact environnemental des procédés de polymérisation en remplaçant les méthodes conventionnelles par une approche plus propre, basée sur l’utilisation des ultrasons en milieu aqueux. L’innovation repose sur l’élimination des solvants organiques volatils (COV), des amorceurs chimiques et des tensioactifs, substances (éco-)toxiques couramment utilisées en polymérisation radicalaire. Les ultrasons jouent un rôle central dans cette stratégie. Les effets chimiques de la cavitation permettent la génération in situ d’espèces radicalaires hautement réactives issues de la dissociation de l’eau, tandis que les effets mécaniques (microjets, chocs locaux, cisaillement intense) favorisent la formation et la stabilité des latex. Le projet explore également la dépolymérisation ultrasonore en milieu aqueux afin de fragmenter les chaînes polymères en monomères ou oligomères réutilisables, s’inscrivant ainsi dans une logique d’économie circulaire. En réduisant la consommation de ressources, l’usage de substances dangereuses et la production de déchets, ce projet propose une alternative durable aux procédés actuels de l’industrie chimique et contribue à la diminution des émissions de gaz à effet de serre.

Objectifs Scientifiques et Techniques

• Etendre le potentiel de la polymérisation RAFT sono-induite afin de dépasser les limitations actuelles¹ (faible taux de solides, masse molaire limitée, gamme de tailles des particules réduite) et de mieux comprendre les interactions spécifiques entre ultrasons et monomères.
• Explorer la dépolymérisation en milieu dispersé sous ultrasons pour mieux comprendre les mécanismes de rupture ou de réversibilité et identifier les paramètres opératoires adaptés (fréquence, puissance, …).
• Elaborer des latex polymères de microstructure (copolymères à blocs et statistiques) et de morphologie (latex core-shell) contrôlées.

Les résultats attendus incluent des avancées dans la compréhension des mécanismes de cavitation ultrasonore appliqués à la polymérisation et la dépolymérisation, ainsi que la mise au point de protocoles expérimentaux.

Environnement de Recherche et Moyens

Le projet bénéficiera d'un environnement scientifique et technique de haut niveau, avec un accès complet aux plateformes de recherche de l'IMMM, comprenant : (i) équipement pour la synthèse en milieu dispersé sous atmosphère contrôlée ; (ii) équipements de caractérisation : SEC, RMN, DSC, (cryo)-TEM, DLS ; and (iii) systèmes ultrasonores : des équipements à fréquence et puissance modulables déjà en place et optimisés dans le cadre de travaux préliminaires. L'encadrement scientifique sera assuré par une équipe expérimentée en polymérisation radicalaire, procédés innovants, sonochimie et caractérisation des polymères.

Profil du Candidat

Le candidat devra avoir une solide formation en chimie des polymères et un intérêt marqué pour les procédés innovants, notamment en sonochimie et en chimie durable. Les compétences recherchées incluent :

• Connaissances scientifiques :
  • Bonnes bases en chimie des polymères, notamment en polymérisation radicalaire en milieu dispersé (émulsion, dispersion, etc.), et en RAFT.
• Compétences techniques :
  • Expérience pratique en synthèse de polymères et manipulation en laboratoire.
  • Maîtrise des techniques de caractérisation des polymères : SEC, RMN, DLS…
• Qualités transversales :
  • Goût pour l’expérimentation, l’analyse de résultats et le développement méthodologique.
  • Autonomie, rigueur et capacité à travailler en équipe pluridisciplinaire (chimie, acoustique).
  • Bonne communication écrite et orale en français et en anglais.