Valorisation des huiles colza / tournesol pour la production de bioplastiques

par Carine Mangeon Pastori

Thèse de doctorat en Sciences des Matériaux

Sous la direction de Valérie Langlois et de Estelle Renard.

Le président du jury était Luc Averous.

Le jury était composé de Valérie Langlois, Estelle Renard, France Thevenieau, Paul-Joël Derian.

Les rapporteurs étaient Stéphanie Reynaud, Florent Allais.


  • Résumé

    Les poly (3-hydroxyalcanoate)s (PHAs) constituent une solution alternative aux plastiques issus des ressources pétrolières en raison de leur biodégradabilité et leur biocompatibilité. Cependant, les coûts de production élevés et les difficultés de mise en œuvre des PHAs ont limité leur développement à plus grande échelle. Il convient donc de modifier les PHAs afin d’accroître leurs propriétés et de développer des stratégies permettant de réduire leurs coûts de production pour permettre leur utilisation en remplacement des plastiques conventionnels. Parmi les matières premières issues des ressources renouvelables, les huiles métropolitaines de colza ou de tournesol sont des candidats intéressants pour la synthèse et la modification chimique des PHAs de par leur coût compétitif, leur biodisponibilité et leurs fonctionnalités intrinsèques. Ainsi, notre travail a porté sur réduction des coûts de production des PHAs en utilisant des substrats tels que l’huile de colza ou le glycérol. La souche sélectionnée, Haloferax mediterranei, a démontré sa capacité à biosynthétiser du PHB92HV8. Par ailleurs, nous avons développé deux approches permettant d’améliorer les performances des PHAs : la plastification par des molécules terpéniques issues des plantes et la synthèse de réseaux semi-interpénétrés (semi-IPNs) par réaction de thiolène entre l’huile de tournesol et un thiol trifonctionnel au sein d’une matrice de PHAs linéaire. L’utilisation de terpènes pour la formulation des PHAs a permis de réduire la température de mise en œuvre du polymère de 7 °C et d’augmenter sa souplesse. La synthèse d’un réseau semi-interpénétré biosourcé a permis d’améliorer la stabilité thermique des PHAs et d’augmenter leur allongement à la rupture de 2400 %. Enfin, de nouveaux matériaux biosourcés ont également été produits à partir de terpènes et d’huiles végétales, en faisant appel à un procédé simple et vert. Les matériaux obtenus, aux propriétés intéressantes en termes de flexibilité et d’élasticité ont la capacité de piéger et de libérer des molécules hydrophobes telle que la molécule d’eugénol aux propriétés antibactériennes et antifongiques. Ainsi, une large gamme de bioplastiques a été synthétisée en valorisant les huiles végétales et les PHAs, dont les propriétés variées pourraient concurrencer les plastiques actuels issus des ressources fossiles

  • Titre traduit

    Valuation of rapeseed / sunflower oils for bioplastics production


  • Résumé

    Poly (3-hydroxyalkanoate)s (PHAs) are an alternative to petroleum-based plastics because of their biodegradability and their biocompatibility. However, the high production costs, the limited mechanical performance and the narrow processing window of PHAs have limited their development on a larger scale. It is therefore necessary to modify the PHAs in order to increase their properties and develop strategies to reduce their production costs to allow their use as replacement for conventional plastics. Among the raw materials derived from renewable resources, metropolitan rapeseed or sunflower oils are interesting candidates for the synthesis and chemical modification of PHAs because of their competitive cost, their bioavailability and their built-in functionalities. Thus, we aimed to reduce the cost productions of PHAs by using rapeseed oil and glycerol as cheap substrates. The strain, Haloferax mediterranei, has demonstrated its ability to biosynthesize a PHB92HV8. In addition, we have developed two approaches to improve the performance of PHAs: plasticization of PHAs by terpene molecules from plants and synthesis of semi-interpenetrating networks (semi-IPNs). The use of terpenes for the formulation of PHAs reduced the processing temperature of the polymer and increased its flexibility. The synthesis of a biobased semi-IPN is obtained by crosslinking sunflower oil and a trifunctional thiol, using the thiolene reaction, within a matrix of linear PHAs. The network improved the thermal stability of PHAs and increased their elongation at break of 2400%. Finally, new biobased materials were also produced from terpenes and vegetable oil, using a simple and "green" process. The resulting materials exhibited flexibility and elasticity with the ability to absorb and to release antibacterial and antifungal hydrophobic molecules such as the eugenol. Therefore, a wide range of bioplastics have been synthesized using vegetable oils, PHAs or a combination of both, with wide range of properties to compete with plastics derived from fossil resources

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