Impression 3D d’élastomères polyuréthanes biosourcés

Les polyuréthanes (PU), et notamment les élastomères polyuréthanes, occupent une place centrale dans l’industrie des polymères. Cependant, la production de ces matériaux polyvalents repose encore majoritairement sur l’utilisation d’isocyanates, des composés très réactifs et toxiques faisant l’objet de restrictions réglementaires dans le cadre de REACH. Dans ce contexte, les polyuréthanes non-isocyanates (NIPU) et les polyuréthanes hybrides (HPU) sont apparus comme des alternatives prometteuses. En parallèle, de nombreux travaux de recherche se sont intéressés à l’intégration de briques moléculaires biosourcées dans les réseaux polyuréthanes, notamment à partir d’huiles végétales époxydées, de polyols dérivés d’acides naturels ou encore de diamines biosourcées. Néanmoins, l’intégration de motifs aromatiques biosourcés dans les segments durs des élastomères NIPU reste encore peu explorée, malgré leur potentiel pour améliorer la rigidité, la stabilité thermique et la résistance chimique des matériaux. Une meilleure compréhension de l’architecture moléculaire et de son influence sur la formation du réseau et les proriétés finales est donc nécessaire afin de permettre la conception rationnelle d’élastomères NIPU biosourcés à hautes performances. Enfin, la pertinence environnementale de ces matériaux ne peut être évaluée sur la seule base de leur teneur en carbone biosourcé. Leur devenir en fin d’usage, leur potentiel de recyclabilité et leur performance environnementale globale doivent également être pris en compte afin de garantir qu’ils constituent des alternatives réellement crédibles aux matériaux polyuréthanes conventionnels.

Cette thèse vise à développer de nouveaux élastomères polyuréthanes hybrides non-isocyanates (NIPU), biosourcés et photosensibles, à partir de ressources aromatiques issues de biomasses locales et utilisées comme briques moléculaires renouvelables. Les travaux porteront sur le développement de nouveaux monomères et oligomères photosensibles, selon des voies de synthèse simples et respectueuses de l’environnement, puis sur leur incorporation dans des réseaux polymères biosourcés flexibles adaptés à l’impression 3D par photopolymérisation en cuve. Une attention particulière sera portée à la compréhension des mécanismes moléculaires gouvernant les réactions induites par irradiation UV, notamment leur cinétique et la formation du réseau polymère. Les relations entre la structure moléculaire, la formulation, le comportement lors de la photoréticulation et les propriétés finales des matériaux seront étudiées de manière systématique. Ces connaissances permettront d’optimiser les formulations de résines afin d’obtenir un compromis entre **imprimabilité, précision dimensionnelle, efficacité de photopolymérisation et performances thermomécaniques des élastomères imprimés.

Un autre objectif de la thèse sera d’explorer la circularité et le potentiel de valorisation en fin de vie des matériaux développés. Selon l’architecture des réseaux obtenus, différentes stratégies de réparation, de récyclage et/ou de valorisation des matériaux seront étudiées. Enfin, les bénéfices et les limites environnementales des systèmes NIPU biosourcés développés seront évalués dans une démarche d’éco-conception et d’évaluation de leur performance environnementale, notamment par comparaison avec des matériaux polyuréthanes conventionnels. Cette approche permettra d’identifier les principaux paramètres moléculaires et procédés de mise en œuvre nécessaires au développement d’élastomères plus durables, tout en conservant les performances requises pour des applications avancées de fabrication additive.

Références

Delavarde A., et al., Sustainable Polyurethanes: Toward New Cutting-Edge Opportunities. Prog. Polym. Sci. 2024. DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2024.101805.

Malucelli, G., et al., A. Sustainability in Polyurethanes: Old Hat or New Strategy for Future Developments? npj Mater. Sustain. 2025. DOI:10.1038/s44296-025-00064-w.

L’ICMR est un institut de recherche internationalement reconnu au sein duquel divers aspects fondamentaux de la chimie moléculaire sont étudiés : méthodologie de synthèse, réactivité et ingénierie moléculaire, chimie verte, méthodes analytiques, chimie de l’environnement, chimie macromoléculaire avec de nombreux projets en interface avec la chimie fine, la valorisation de la biomasse, les sciences de la vie, les sciences de l'environnement et des matériaux. La personne recrutée intègrera l’Équipe « Édifices Moléculaires Complexes et Applications » et bénéficiera des compétences techniques et du parc d’équipements de très haut niveau en matière de caractérisations chimique et physico-chimique.

NB : Le poste pour lequel vous postulez est situé dans un secteur lié à la protection du potentiel scientifique et technique (Zone à régime restrictif). Il exige donc, conformément à la réglementation, que l’arrivée du candidat sélectionné soit autorisée par l'autorité compétente du ministère de l’Enseignement Supérieur, de la Recherche et de l'Innovation.

Outre des compétences en chimie de synthèse, il sera demandé au candidat d’avoir des connaissances en chimie macromoléculaire, afin de pouvoir interagir avec les différents acteurs académiques concernés par ce travail de thèse. Des compétences connexes en formulation, caractérisation de matériaux et en chimiométrie, seront un plus.

Nous cherchons plus particulièrement un(e) étudiant(e) ayant validé un master en Chimie ou en science des matériaux (ou diplôme équivalent), qui souhaite s’investir dans un projet innovant motivé par les évolutions sociétales, environnementales et réglementaires. Le(la) candidat(e) devra faire preuve de rigueur et de dynamisme tout en montrant sa volonté de s’investir dans le domaine de la chimie verte et des matériaux.

Le (la) doctorant(e) sera amené(e) à valoriser ses travaux de recherche au travers de publications scientifiques ainsi que lors de communications dans des congrès nationaux et internationaux. Une maitrise solide de l’anglais est indispensable.