Biocomposites Innovant et Optimisé pour une Valorisation Avancée de la Lignine // Design and Optimization of Innovative Biocomposites for Advanced Lignin Valorization

Face aux enjeux environnementaux et économiques liés à l'utilisation massive de polymères pétrosourcés, le développement de matériaux biosourcés performants constitue un axe stratégique majeur. Les tensions sur les ressources fossiles, marquées par une volatilité des prix et des incertitudes d'approvisionnement, renforcent la nécessité de solutions durables issues de ressources renouvelables.
Parmi celles-ci, la lignine apparaît comme un biopolymère prometteur. Coproduit abondant de l'industrie papetière, elle présente des propriétés intéressantes (structure aromatique, stabilité thermique, activité antioxydante), mais reste encore peu valorisée dans des applications à forte valeur ajoutée.
Le polybutylène succinate (PBS), polyester biodégradable, constitue une matrice de référence pour le développement de biocomposites. D'autres matrices biosourcées peuvent également être envisagées selon les applications. L'intégration de renforts tels que la lignine, les nanofibrilles de cellulose (CNF) et les nanoparticules d'argile permet d'améliorer les performances des matériaux.
Cependant, malgré les avancées sur les propriétés mécaniques et thermiques, un verrou scientifique majeur subsiste concernant les propriétés électriques et diélectriques des biocomposites biosourcés, limitant leur utilisation dans des applications comme l'isolation électrique.
La problématique du projet BIOVAL est de comprendre et maîtriser les relations entre formulation, microstructure et propriétés multifonctionnelles (mécaniques, thermiques et diélectriques). Elle repose sur plusieurs verrous scientifiques :
- dispersion et compatibilisation de la lignine dans la matrice,
- optimisation des interactions interfaciales avec les CNF et les nanoparticules d'argile,
- compréhension des mécanismes de transport et de piégeage des charges.
Un défi clé réside dans le compromis entre performances et biodégradabilité, nécessitant une optimisation fine des formulations.
Enfin, la transposition vers des procédés industriels constitue une perspective importante afin d'assurer la reproductibilité et la valorisation des matériaux développés.
Le projet BIOVAL vise ainsi à développer des nanobiocomposites innovants à base de matrices polymères biosourcées, tout en apportant des connaissances inédites sur leurs propriétés diélectriques, à l'interface entre science des matériaux et enjeux industriels.
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In the context of environmental and economic challenges related to the extensive use of fossil-based polymers, the development of high-performance bio-based materials has become a major strategic priority. Tensions affecting fossil resources, characterized by price volatility and supply uncertainties, reinforce the need for sustainable solutions derived from renewable resources.
Among these, lignin stands out as a promising biopolymer. As an abundant by-product of the pulp and paper industry, it exhibits interesting properties (aromatic structure, thermal stability, antioxidant activity), yet remains underutilized in high value-added applications.
Polybutylene succinate (PBS), a biodegradable polyester, serves as a reference matrix for the development of biocomposites. Other bio-based matrices may also be considered depending on the targeted applications. The incorporation of reinforcements such as lignin, cellulose nanofibrils (CNF), and clay nanoparticles enhances the overall performance of these materials.
However, despite progress in mechanical and thermal properties, a major scientific bottleneck remains regarding the electrical and dielectric properties of bio-based biocomposites, limiting their use in applications such as electrical insulation.
The BIOVAL project aims to understand and control the relationships between formulation, microstructure, and multifunctional properties (mechanical, thermal, and dielectric). It addresses several key scientific challenges:
- dispersion and compatibility of lignin within the matrix,
- optimization of interfacial interactions with CNF and clay nanoparticles,
- understanding of charge transport and trapping mechanisms.
A key challenge lies in balancing performance and biodegradability, requiring careful optimization of formulations.
Finally, the transfer to industrial processes represents an important perspective to ensure reproducibility and valorization of the developed materials.
The BIOVAL project thus aims to develop innovative nanobiocomposites based on bio-based polymer matrices, while providing new insights into their dielectric properties, at the interface between materials science and industrial challenges.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université de Reims Champagne - Ardenne

620 MPSNI - Mathématiques Physique Sciences du Numérique et de l'Ingénieur

Nous recherchons un(e) candidat(e) motivé(e), titulaire d'un Master (ou équivalent) en science des matériaux, génie des matériaux, physico-chimie des polymères ou domaine connexe. Le/la candidat(e) devra posséder de bonnes bases en science des polymères et en caractérisation des matériaux (mécanique, thermique et idéalement diélectrique). Une expérience en formulation de composites ou nanocomposites et/ou en procédés de mise en œuvre (mélangeage, extrusion, films) sera appréciée. Le/la doctorant(e) conduira un projet de recherche pluridisciplinaire à l'interface matériaux–procédés. Des compétences en rédaction scientifique (rapports, articles) et en communication (présentations orales, valorisation des résultats) sont indispensables. Rigueur, autonomie, capacité d'analyse et esprit d'initiative sont attendues, ainsi qu'une aptitude à évoluer dans un environnement collaboratif (académique et industriel). Une sensibilité aux enjeux des matériaux biosourcés et de la durabilité est souhaitée. Une bonne maîtrise de l'anglais scientifique est requise. Le projet doctoral, d'une durée de 3 ans à compter d'octobre 2026, avec financement acquis, sera réalisé au sein du laboratoire MATIM, spécialisé en science et ingénierie des matériaux et des procédés, avec un axe orienté vers les matériaux biosourcés. Le laboratoire offre un environnement structuré, des équipements scientifiques et des collaborations actives.
We are seeking a highly motivated candidate holding a Master's degree (or equivalent) in materials science, materials engineering, polymer physico-chemistry, or a related field. The candidate should have a solid background in polymer science and materials characterization (mechanical, thermal, and ideally dielectric). Experience in composite or nanocomposite formulation and/or polymer processing techniques (mixing, extrusion, films, etc.) will be considered an asset. The PhD candidate will conduct a multidisciplinary research project at the interface between materials science and processing. Strong skills in scientific writing (reports, publications) and communication (oral presentations, dissemination of results) are essential. Rigor, autonomy, analytical skills, and initiative are expected, along with the ability to work in a collaborative environment (academic and industrial). An interest in bio-based materials and sustainability issues is desirable. A good command of scientific English (written and spoken) is required. The PhD project, funded for a duration of 3 years starting in October 2026, will be carried out within the MATIM laboratory, specialized in materials science and engineering and processing, with a strong focus on bio-based materials. The laboratory provides a structured research environment, scientific equipment, and active collaborations.