Gélification d’un solvant supramoléculaire par des polysaccharides et application aux extraits végétaux

Association of polysaccharides with a supramolecular solvent to generate soft materials and application to plant extracts

• Auteur / Autrice : Benoît Caprin
• Direction : Etienne Fleury
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 16/03/2023
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Membre de : Université de Lyon (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....) - Institut des Nanotechnologies de Lyon - Site de l'INSA / INL
• Jury : Président / Présidente : Rob Verpoorte
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Etienne Fleury, Rob Verpoorte, Catherine Amiel, Luc Picton, Aurélia Charlot, Fernande Boisson-Da Cruz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Amiel, Luc Picton

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solvants

Technologie de la chimie verte

Chimie

Mots clés libres

Chimie verte

NaLTTM - Mélanges à transition de phase basse température d’origine naturelle

Polysaccharide

Gélification

Solvants

Extraits végétaux

Green chemistry

NaLTTM - Natural Low Transition Temperature Mixtures

Polysaccharide

Gel

Solvents

Vegetal extracts

Résumé

Les mélanges à transition de phase basse température d’origine naturelle (NaLTTM) sont des mélanges supramoléculaires qui répondent aux principes de la chimie verte. Gattefossé a développé un mélange composé de fructose, de glycérol et d’eau (noté FGE115) pour ses activités d’extraction végétale. Toutefois, la compréhension du mécanisme d’association des molécules constitutives de ce solvant restait insuffisante. Face à l’absence de consensus sur les méthodes de caractérisation de ce type de mélanges, une méthodologie de caractérisations physico-chimiques a été développée en s’inspirant des travaux disponibles dans la littérature. Cette stratégie basée sur la détermination des propriétés thermiques (ATG, DSC), des propriétés rhéologiques (viscosité, énergie d’activation) et sur la description des systèmes à l’échelle moléculaire (RMN 1D-1H, 13C, 2D 1H-1H NOESY), a permis d’identifier les mélanges FGE ayant les caractéristiques de NaLTTM. Comme tous les extraits végétaux liquides, les extraits obtenus avec le solvant FGE115 possèdent une durée de conservation limitée. La voie explorée pour répondre à cette problématique industrielle consiste à diminuer la mobilité des molécules en solution par le biais de la gélification. Pour ce faire, différents polysaccharides naturels (xanthane, alginates, carraghénanes) ont été sélectionnés en fonction de leur affinité avec le solvant FGE115. Une caractérisation fine des solutions viscoélastiques ou des matériaux de type gels obtenus est proposée dans ce manuscrit. Ces travaux démontrent la possibilité de concevoir et de caractériser des matériaux biosourcés aux propriétés rhéologiques modulables à base du solvant FGE115. Le potentiel applicatif industriel et les bénéfices apportés par la gélification sur la stabilité des extraits végétaux sont également discutés dans ce manuscrit.

Natural Low Transition Temperature Mixtures (NaLTTM) are supramolecular liquids that meet the principles of green chemistry. Gattefossé developed a solvent composed of fructose, glycerol, and water (noted FGW115) for its plant extraction activities. The accurate understanding of the association mechanism of this solvent remained insufficient. To overpass the lack of consensus on the methods of characterization of NaLTTM, we developed a methodology of characterization, inspired by the works available in the literature, based on the determination of thermal properties (ATG, DSC), rheological properties (viscosity, activation energy) and, on the description of the systems at the molecular scale (1D-1H, 13C, 2D 1H-1H NOESY NMR). This strategy permitted to identify the FGW mixtures characteristics of the NaLTTM class. Like all liquid plant extracts, extracts obtained with the solvent FGW115 have a limited shelf life. The approach explored to answer this industrial problem consists in limiting the molecular mobility in solution by means of gelation techniques. Different natural polysaccharides (xanthan, alginates, carrageenans) have been selected according to their affinity with FGW115. A precise characterization of the viscoelastic solutions or gel-like materials obtained is proposed in this manuscript. This thesis highlights the possibility to design and characterize biosourced materials with tunable rheological properties based on the solvent FGW115. The industrial applicative potential and the benefits brought by gelation on the stability of plant extracts are also discussed in this manuscript.