Conception et Investigation Multi-échelle des Matériaux Polymères Biporeux Bioinspirés
Auteur / Autrice : | Vierajitha Srikanthan | |
Direction : | Daniel Grande, Philippe Coussot | |
Type : | Projet de thèse | |
Discipline(s) : | Sciences des Matériaux | |
Date : | Inscription en doctorat le | Soutenance le 28/01/2021 |
Etablissement(s) : | Paris Est | |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement | |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : ICMPE - Institut de Chimie et des Matériaux Paris Est | |
Jury : | Examinateurs / Examinatrices : Daniel Grande, Olivier Pitois, Benjamin Le droumaguet, Elise Lorenceau, Peter Krajnc, Dominique Hourdet, Thibaud Chevalier | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Elise Lorenceau, Peter Krajnc |
Mots clés
Résumé
La conception de modèles de milieux poreux à base de polymères qui présentent les propriétés spécifiques du bois pendant l'imbibition, le séchage et la filtration constitue un défi intéressant. Les principaux objectifs de ce travail consistent à renforcer la compréhension de ces phénomènes physiques et à fournir de nouvelles structures poreuses aux propriétés originales. La nouveauté de notre approche réside dans l'utilisation de matériaux bioinspirés biporeux sur mesure, qui vise à reproduire plusieurs aspects complexes de la structure du bois à l'origine de ces processus physiques. Dans ce contexte, des fibres de nylon, utilisées pour former de grands pores tubulaires orientés après une gravure appropriée, sont alignées pour présenter un gabarit périodique dans un moule qui est rempli d'un mélange de polymérisation comprenant un solvant porogène pour générer le niveau de petite porosité. Après polymérisation et extraction ultérieure des deux agents porogènes, des macropores et des nanopores anisotropes tubulaires alignés sont générés. À cette fin, des monomères biosourcés issus de la lignine ont été synthétisés pour imiter chimiquement la structure du bois : méthacrylate de syringyle pour le bois des feuillus, méthacrylate de guaiacyle et méthacrylate de vanilline (VMA) pour le bois des résineux. Différents paramètres expérimentaux ont clairement démontré leur impact sur les caractéristiques poreuses du réseau nanoporeux par porosimétrie par intrusion de mercure (PIM), à savoir la polarité du solvant porogène, la nature du monomère et le rapport volumique entre le solvant et les comonomères. Plus le solvant est hydrophobe, plus la taille des pores des matériaux poreux résultants est petite. Dans l'ensemble, ces résultats ont permis dajuster finement le faible niveau de porosité des matériaux à double porosité conçus pour imiter les structures du bois. Concernant les matériaux biporeux, différents paramètres ont été étudiés, tels que le nombre et le diamètre des pores tubulaires. Le MEB et la microtomographie aux rayons X ont été utilisés pour vérifier la morphologie des macropores. Enfin, les propriétés de transfert de ces matériaux biporeux anisotropes ont été étudiées. Tout dabord, des mesures de perméabilité et d'imbibition ont été effectuées avec des matériaux à base de HEMA (référence) car ce monomère a été largement étudié dans notre groupe. En effet, les propriétés de transfert de fluides ont récemment été étudiées avec des matériaux à base de HEMA préparés avec des macroporogènes (particules de NaCl ou billes de polystyrène) différents de notre système actuel. Ces résultats ont ensuite été comparés à ceux des matériaux à base de VMA.