Les recherches de l’axe EDD se poursuivent autour de 3 thèmes : procédés pour une chimie propre, valorisation des bio-ressources et chimie dans l’environnement et pollution.
Certains projets sont particulièrement structurants : l’éco-conception de matériaux polymères complexes aux propriétés spécifiques, avec des thèses financées par le Labex MMCD, le DIM RESPORE et l’I-SITE FUTURE, la photoélectroréduction du CO2 sur des nanocatalyseurs bimétalliques supportés par des nanofils de silicium, recherche soutenue par le CNRS à travers le recrutement d’une CRCN en 2017, ou encore une étude sur les cordes harmoniques de piano et leur métallurgie en collaboration avec les laboratoires du Musée de la Musique et des « Archéomatériaux et Prévision de l’Altération » (LAPA), avec le soutien du Labex Patrima.
Procédés pour une chimie propre
Les objectifs concernent la mise en place de réactions multicomposants encore plus complexes avec le développement de réactions à quatre composants, de réactifs bifonctionnels, de composés organoborés (systèmes à trois composants ou domino), ainsi que la généralisation d’approches permettant le stéréocontrôle des processus chimiques.
Le développement de réactifs plus éco-compatibles est également abordé au travers de l’étude des organobismuthanes. Ainsi, des travaux en chimie théorique associant l’expertise d’une équipe de l’UPEM sont envisagés afin de cerner les propriétés physico-chimiques des arylbismuths et comprendre leur réactivité, en particulier dans les réactions de couplage croisé.
Le savoir-faire en électrosynthèse organique est également développé dans le but de répondre aux enjeux de modifications structurales et de fonctionnalisation pour le chimiste organicien. Cette méthodologie concerne soit une approche électro-réductrice qui contribue à l’enrichissement des structures moléculaires dont le motif central est un cycle (hétéro)aromatique pour accroitre les types de fonctionnalité portés par ces cycles (création de liaisons C-C, C-N, C-P) ; soit une approche électro-oxydante, moins développée jusqu’alors, qui permet des aménagements fonctionnels sur des composés hétérocycliques dans des conditions simples et efficaces. Ces approches permettent d’activer tant des liaisons C-Halogène que des liaisons C-H, dans le respect d’une chimie durable.
Valorisation des bio-ressources
La valorisation des bio-ressources implique en aval une éco-conception de matériaux polymères complexes aux propriétés spécifiques. Ainsi, le secteur du bâtiment a besoin de matériaux écologiques et performants des points de vue mécanique, thermique et phonique. Pour comprendre les phénomènes de transport associés, des matériaux modèles sont fabriqués, par exemple des biporeux (macro/nano) anisotropes mimant la structure du bois. L’autre objectif est de concevoir de nouveaux matériaux totalement biosourcés (via des synthons phénoliques ou terpéniques) possédant des performances supérieures ou égales à celles des matériaux de construction usuels, en particulier des thermoplastiques et thermodurcissables dans des matériaux biocomposites massifs.
Les difficultés écologiques liées aux matières plastiques (accumulation, recours au pétrole) motivent notre recherche pour développer de nouveaux polymères à la fois biosourcés et biodégradables grâce notamment à de nouvelles technologies (i.e. la biotechnologie), à la réduction de la consommation d’énergie et d’eau douce pour la production des polyesters biodégradables en utilisant des substrats peu coûteux (e.g. issus de déchets ménagers). Pour cibler des applications à forte valeur ajoutée, nous proposons aussi de fonctionnaliser leur surface afin de développer des membranes ou des matériaux à propriétés commutables. Nous poursuivons aussi nos travaux sur la valorisation des squelettes carbonés de polyols et dérivés (glycérol, solkétal, etc.) en utilisant de nouveaux outils développés en catalyse et en chimie organométallique et l’étude de la substitution des solvants nocifs par des solvants issus d’agro-ressources.
Chimie dans l’environnement et pollution
Dans le cas des matériaux et procédés membranaires, quatres axes seront développés :
- Modification des matériaux constitutifs des membranes échangeuses d’ions (MEIs), en surface ou en masse, pour réduire le colmatage ou augmenter la sélectivité (extraction du Li)
- Introduction de méthodes douces de lavage comme l’utilisation d’enzymes spécifiques pour prolonger la durée de vie des MEIs
- Développement de nouveaux procédés : couplage électrodialyse/énergie photovoltaïque pour réaliser un dispositif autonome de potabilisation d’eau
- Développement d’un système de microscopie électrochimique pour l’étude des structures des MEIs
L’ensemble de ces activités est conduit dans le cadre de projets industriels avec Eurodia Industrie S.A., à la suite du LIA Franco-Russe MEIPA (2015-2018) sur les MEIs et procédés associés et d’un projet PHC Kolmogorov (2017-2019) menés avec l’IEM (Montpellier) et l’Université du Kouban (Russie).Nous développerons également des films nanoporeux membranaires thermostables à haute-performance dont les propriétés mécaniques, thermiques, diélectriques et de transport de gaz, vapeurs ou liquides peuvent être modulées (LIA Franco-Ukrainien Polynanopor, 2018-2021) avec le soutien d’une MCF UPEC recrutée en 2015. Par ailleurs, une approche originale pour la conception de monolithes poreux hybrides à base de polymères et de MOFs est envisagée pour des applications en catalyse en flux continu combinée à la séparation moléculaire, dans le cadre d’une collaboration initiée avec le LRS à Paris.
En ce qui concerne les procédés électrochimiques de dépollution, nos travaux seront focalisés sur l’élimination de l’urée dans l’urine avec production de H2 via l’élaboration d’électrodes photoactives décorées de catalyseurs bimétalliques. Ils sont soutenus par un partenaire industriel, le SIAAP (Syndicat Assainissement Francilien), un projet impulsion I-SITE (Nano-4-Water, 2018-20) et des collaborations françaises (LISE-Paris, LGC-Toulouse). Le même type de catalyseur sera utilisé pour développer la conversion photo-électrochimique du CO2 en combustibles renouvelables à haute valeur ajoutée (e.g. alcools, alcanes).
La dégradation et la conservation des matériaux du patrimoine est un autre aspect lié aux effets de l’environnement et de la pollution étudié au sein de l’Institut. Les collaborations engagées avec le LISA et les autres laboratoires franciliens dont le Musée de la Musique seront poursuivies, notamment au travers de la récente adhésion du DIM « Matériaux Anciens et Patrimoniaux » (2017), qui permettra de développer une étude sur la structure et la mise en forme des parties métalliques en relation avec la réalisation de fac-similés. La collaboration avec le LAPA devrait être pérennisée via un dépôt de projet avec le Japon (2018).