Matériaux et Milieux Innovants

 

Personnels permanents impliqués : J. Andrieu (MCF uB, HDR), J.-C. Hierso (PR uB), Laurent Plasseraud (CR CNRS), D. Poinsot (IE CNRS), Sylvie Pourchet (MCF uB).

La chimie moléculaire est une voie attractive dans la construction ascendante (« bottom/up ») de matériaux au propriétés nouvelles. La mise en œuvre des matériaux, et des molécules réactives en générale, est toujours en très forte dépendance avec leurs milieux de travail dont l’étude reste encore parfois négligée. Cette tendance s’atténue avec l’utilisation de milieux innovants notamment dans la chimie durable avec les solvants ioniques ou supercritiques. Sur le socle de son expertise en chimie organique et organométallique de synthèse l’Institut ICMUB oriente une partie de ses recherches vers le développement de matériaux innovants dans leur conception (biosourcés) et/ou leur structure (diamantoïdes à cages C-sp3) ainsi qu’à l’étude de réactivité chimique dans des milieux propices au développement de la chimie durable et de l’éco-innovation.

Sur les matériaux diamantoïdes, le projet de recherche démarré en 2012 vise à explorer la réactivité et à exploiter les propriétés de molécules organiques cages de carbone de taille nanométrique (nanodiamants) stables thermodynamiquement et extrêmement régulières, en conjonction avec des métaux de transition. Cela permet la constitution de matériaux hybrides combinant du carbone pur d’hybridation sp3 (innovant vis-à-vis du C-sp2 graphène, fullerènes, nanotubes) et des métaux de transition en structures ordonnées de manière unique. Nous visons à concevoir de nouvelles structures hybrides pour lesquelles des propriétés physiques et catalytiques sont attendues en raison de la connexion intime des fragments métal-carbone. La synthèse "ascendante" de structures inspirées de la structure « diamant » tente de transférer certaines des propriétés hautement performantes de celui-ci, à partir de diamant à l'échelle nanométrique. Du point de vue applicatif, le projet concerne le développement de catalyseurs et de capteurs avec un potentiel de valorisation significatif. En terme de chimie durable, les matériaux visés ici, par exemple comme capteurs, participeraient de la lutte pour la détection des gaz polluants (NO2, NH3, H2, etc.). Ce thème converge avec des approches « capteurs » pour la chimie durable étudiés, sur d’autres aspects et d’autres objets, dans les groupes EMMD et P2DA.
Références : (8) Angew. Chem. Int. Ed. 2019, doi.org/10.1002/anie.201903089; (7) Chemistry of Materials 2019, 31; 619; (6) ChemCatChem 2018, 10, 2915; (5) Advanced Functional Materials 2018, 28, 1705786; (4) Journal of Organic Chemistry 2016, 81, 8759; (3) Nanoscale 2015, 7, 1956; (2) Journal of Organic Chemistry 2014, 79, 5369; (1) New Journal of Chemistry 2014, 38, 28.

Les matériaux composites biosourcés renforcés par des fibres naturelles présentent un intérêt croissant en raison des préoccupations environnementales et énergétiques actuelles. Plus légers, ils représentent des composés attractifs pour les applications d'ingénierie en particulier dans les secteurs du transport et du mobilier urbain. Ils sont également une excellente occasion de mettre en place de nouvelles fonctionnalités et donc de concevoir de nouvelles familles de matériaux avancés et multifonctionnels d’origine renouvelable. Ce domaine de recherche interdisciplinaire requière une large gamme de compétences telles que la chimie verte, les matériaux polymères, le fractionnement de la biomasse, la mécanique des matériaux fibreux, les procédés de fabrication, la durabilité et la prédiction de la durée de vie des composites et de leurs interfaces. Dans ce contexte a débuté en 2013 au sein de l'Université de Bourgogne-Franche-Comté une étroite collaboration entre le Département de Mécanique Appliquée du laboratoire FEMTO-ST-Besançon et l’ICMUB (groupe Green Chemistry & Sustainable Polymers - GCSP). Leur travail se focalisent sur le développement de matrices organiques –résines ayant pour but d’imprégner les renforts fibreux– également biosourcées, en valorisant des synthons issus de la biomasse. En employant des traitements originaux comme le CO2 supercritique ils visent l’amélioration de la cohésion entre le renfort et la matrice.
Support international : Consortium européen SSUCHY (https://www.ssuchy.eu). Ce projet a été sélectionné dans le cadre de l’appel à projets Bio-Based Industries Joint Undertaking (BBI JU). Il a pour objectif de contribuer au développement de produits bio-composites avec des fonctionnalités avancées et des propriétés structurelles élevées pour les secteurs du transport.

L’Eco-innovation en chimie : depuis les années 2000 des enseignant-chercheurs de l’ICMUB ont relevé le défi de répondre aux besoins liés à l’augmentation de la population, tout en préservant les matières premières et énergie non renouvelables, soit à travers des enseignements de cours ou de travaux pratiques liés au développement durable dans plusieurs formations (masters de chimie MEPC, QESIS et CAC, licence professionnelle PL CTDD), soit à travers leurs recherches en chimie moléculaire et procédés propres. Ainsi, ils produisent aujourd’hui des solvants non inflammables, des monomères et matériaux biosourcés, en utilisant massivement des matières premières renouvelables issues de bioraffineries ou inépuisables comme le CO2 et les électrons. Certains produits sont même conçus pour être recyclés en fin de vie. En outre, l’utilisation de l’électrosynthèse leur permet d’élaborer des procédés alternatifs très économes en matière et en énergie, jusqu’à la valorisation des déchets issus de la synthèse. Ces thèmes se déploie notamment en forte coopération avec les électrochimistes du groupes EMMD de l’ICMUB. Une approche originale de ces recherches en chimie moléculaire est l’intégration effective d’une démarche d’éco-citoyenneté, telle que décrite par le standard international de gestion environnementale ISO 14044 de 2006.
Valorisation : Les efforts faits en termes de ces économies d’atomes et d’énergie et de recyclage ont été valorisés au niveau international par deux brevets et plusieurs publications dont deux Green Chemistry, communiqués et présentés au grand public via la presse locale Le Bien Public en 2014 et 2016, et récompensés par l’ADEME par le Prix des Techniques Innovantes pour l’Environnement en 2013 et le Trophée Eco-innovez en Bourgogne en 2014.