Etude de la détection des conséquences du (photo)vieillissement par des sondes fluorescentes

Lorsqu’ils sont soumis à des facteurs environnementaux (chaleur, lumière, oxygène…), les
polymères vieillissent, ce qui se traduit par une modification irréversible de leurs propriétés
fonctionnelles (mécaniques, optiques, barrière…). Ceci est causé par une évolution de leur structure
chimique (notamment par des réactions d’oxydation) et de leur architecture macromoléculaire
(coupures de chaînes, réticulation, chimie-cristallisation). Le (photo)vieillissement des polymères est
traditionnellement étudié par une analyse multi-échelles, permettant de corréler les évolutions de
structure chimique (spectroscopies IR et UV-visible), d’architecture macromoléculaire (fraction de gel,
thermoporosimétrie, DMA…) et de propriétés (analyses thermiques, mécaniques et de perméabilité…).

Les techniques traditionnellement employées souffrent néanmoins d’un manque de sensibilité
rendant impossible la détection précoce des conséquences du (photo)vieillissement, alors que celle-ci
est particulièrement critique pour des applications nécessitant un remplacement immédiat en cas de
dégradation des propriétés (pièces pour des composants électriques, pièces sous stress mécanique…).
Le projet ANR JCJC « FluoAge » (2025-2029) a ainsi pour vocation de développer l’utilisation de
sondes fluorescentes afin d’accroître la sensibilité aux changements causés par le
(photo)vieillissement des polymères et d’accéder ainsi à une détection précoce de ceux-ci.

Le sujet de thèse (36 mois) proposé s’inscrit dans le projet FluoAge et a pour sujet l’étude de la
détection des conséquences du (photo)vieillissement par des sondes fluorescentes sensibles à
l’évolution de la structure chimique des polymères (sondes de polarité et de pH) et de l’architecture
macromoléculaire (sondes de mobilité). L’objectif principal est de relier les résultats d’une analyse
multi-échelles du (photo)vieillissement de polymères modèles à l’évolution des propriétés (rapport de
bandes, déplacement solvatochromique, rendement quantique, durée de vie…) de sondes
fluorescentes introduites par différentes méthodes (trempage, extrusion…).

Le travail de thèse se déroulera au sein de la thématique POlymères, Photochimie, Propriétés et
Interfaces (POPPI) de l’Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (ICCF) en collaboration avec le groupe
Photochimie Moléculaire et Macromoléculaire (P2M) du Laboratoire de Photochimie et d’Ingénierie
Macromoléculaire (LPIM) de Mulhouse. Les équipements nécessaires à l’étude du
(photo)vieillissement des polymères (racks de vieillissement naturel, enceintes de photovieillissement
accéléré, étuves ventilées) et leur analyse multi-échelles (spectroscopies IR et UV-visible, DSC, DMA,
perméamètre à oxygène…) sont disponibles à l’ICCF. Les études de fluorescence résolue dans le temps
(TC-SPC) auront lieu dans les locaux du LPIM.

L’étudiant(e) recruté(e) sera en charge de la préparation des échantillons (pressage, extrusion,
trempage…), leur (photo)vieillissement artificiel accéléré et naturel, la caractérisation multi-échelles
de leur vieillissement et les études de fluorescence stationnaire et résolue dans le temps. Il(elle) sera
également en charge d’une recherche bibliographique active et continue, de l’animation de réunions
avec les membres de l’équipe du projet, et participera à des conférences ainsi que, plus généralement,
à la vie du laboratoire.

L'Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (ICCF) est un laboratoire pluridisciplinaire en Chimie de l'UCA constitué de 6 équipes de recherche organisées en 3 axes : "Chimie pour le Vivant", "Chimie et Environnement" et "Chimie et Matériaux".

L'offre de thèse concerne la thématique POlymères, Photochimie, Propriétés et Interfaces (POPPI) de l'équipe Photochimie. Cette thématique appartient à l'axe "Chimie et Matériaux". Elle compte 7 chercheurs et enseignants-chercheurs permanents.

Une partie de la thèse aura lieu au sein du Laboratoire de Photochimie et d'Ingénierie Macromoléculaires (LPIM) de Mulhouse (UHA), essentiellement pour la fluorescence résolue dans le temps.

Encadrants de thèse : Dr. Julien CHRISTMANN (MCF UCA)
                                       Dr. Sandrine THERIAS (DR CNRS) 
                                       Pr. Christian LEY (Pr. UHA)

• Titulaire d’un Master ou d’un diplôme d’ingénieur en Science des Matériaux ou en Physico-Chimie avec des connaissances sur les polymères (et, si possible, leur durabilité) et la photochimie moléculaire.
• Connaissances sur les techniques de caractérisation de base des polymères (spectroscopie FTIR et UV-visible, DSC, chromatographie…) et de photochimie (spectroscopie de fluorescence stationnaire et résolue dans le temps).
• Maîtrise de l’anglais à l’écrit comme à l’oral. Autonomie, proactivité, capacité d’organisation, dynamisme, curiosité intellectuelle, rigueur expérimentale, bon relationnel, goût pour la recherche, maîtrise rédactionnelle.