Thèse en cours

Green synthesis of bio-based monomers from cellulose-based levoglucosenone and preparation of polyacrylates and polyesters: investigating more sustainable materials
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Triangle exclamation pleinLa soutenance a eu lieu en 2020. Le document qui a justifié du diplôme est en cours de traitement par l'établissement de soutenance.
Auteur / Autrice : Florian Diot
Direction : Florent AllaisStephen Albert Miller
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Génie des procédés
Date : Soutenance en 2020
Etablissement(s) : Paris, Institut agronomique, vétérinaire et forestier de France en cotutelle avec University of Florida - Gainesville
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : URD ABI
Jury : Président / Présidente : Stephen A. Miller
Examinateurs / Examinatrices : Florent Allais, Ronald K. Castellano, Alexander J. Grenning, Lauri B. Gower, Benjamin W. Smith
Rapporteurs / Rapporteuses : Alexander J. Grenning, Benjamin W. Smith

Résumé

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Quand nous réfléchissons à la période actuelle, Anthropocène est l’un des meilleurs termes qui puisse la décrire. Ce mot suggère que nous, l’humanité, avons altéré négativement et drastiquement la Terre et sa biodiversité. De la production grandissante de biens, qui cause un épuisement des ressources, à la génération de pollution, qui menace toutes espèces vivantes, nous sommes déjà témoins de désastres écologiques. Outre les domaines de l’énergie et de l’agriculture, l’industrie du plastique est un exemple contemporain qui illustre tristement bien notre impacte néfaste. Des centaines de millions de tonnes de matériaux sont produites annuellement de façon exponentielle afin de satisfaire nos besoins consuméristes. En conséquence, des quantités considérables de déchets tels les gaz à effet de serre ou encore des plastiques usagés sont déversés dans l’environnement. Dans ce contexte, des solutions sont nécessaires pour contribuer à diminuer notre impact. Le travail présenté ici se focalise sur la levoglucosenone, une molécule issue de la cellulose, et vise à proposer de nouveaux monomères ainsi des matériaux dits « Eco-friendly ». En plus de cibler des polymères durables, des approches de chimie vertes ont été privilégié pour synthétiser soit des diols soit des acrylates. Par exemple, des réactions à températures ambiantes, incluant des bases inorganiques et des solvants verts tels des alcools et de l’eau ont été favorisé. Trois projets sont présentés dans le manuscrit suivant. L’ensemble de ces trois projets s’articule autour de la levoglucosenone et de ses dérivés tels le CyrèneTM et la HBO. HBO est une molécule utilisée dans les industries pharmaceutiques et en tant qu’arôme. Initialement obtenue via l’oxydation de Baeyer-Villiger de la LGO qui utilise des conditions conventionnelles comme l’acide peracétique ou m-CPBA, de nouvelles procédures ont été développé pour réaliser cette réaction en milieu aqueux avec des réactifs plus verts. En ce qui concerne le CyrèneTM, obtenu par hydrogénation de la LGO, il est principalement connu en tant que potentielle alternative verte aux solvants polaires comme le DMF. Le premier projet se concentre sur la méthacrylation bio-catalysée de HBO et de 2H-HBO ainsi que sur la préparation de M-THP-2H-HBO synthétisé par méthylenation en α pour produire les homopolymères et les copolymères correspondants. Le second projet décrit une voie de synthèse verte pour obtenir 2H-HBO-HBO, un nouveau diol bicyclic issu de LGO-CyrèneTM, ainsi que la formation des polyesters associés. Le troisième et dernier projet cible quant à lui le développement d’un procédé plus vert pour la synthèse de 2-deoxy-D-ribonolactone, ainsi que sa polymérisation et une analyse de cycle de vie comparative entre les différentes méthodes d’hydratation de LGO. Dans l’ensemble, ce travail propose une bibliothèque de monomères bio-renouvelable issus de LGO qui sont obtenus via des conditions plus vertes. Les séries de polymères correspondants, que ce soit des polyesters ou des polyacrylates, montrent des propriétés prometteuse telles des résistances thermiques élevée et une large gamme de températures de transitions vitreuses. Enfin, ces matériaux ont été pensé pour offrir la possibilité de modifications post-polymérisations pour élargie les champs d’applications.