Polymères mécanofluorochromes comme sondes de contraintes mécaniques

par Benjamin Poggi

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Clémence Allain et de Rémi Métivier.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec PPSM - Laboratoire de Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires (laboratoire) et de École normale supérieure Paris-Saclay (Cachan, Val-de-Marne) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Description de la problématique : Les molécules et matériaux mécanofluorochromes, c'est-à-dire dont l'émission de fluorescence change lors de l'application d'une contrainte mécanique suscitent un intérêt grandissant, avec la description de plusieurs nouvelles familles de molécules mécanofluorochromes ces dernières années.[1] En particulier, le développement de polymères mécanofluorochromes[2] semble particulièrement prometteur pour la détection de contraintes mécaniques, que ce soit en temps réel (suivi de la fluorescence in situ lors d'essais mécaniques) ou lors de contrôles ponctuels pour le suivi de l'endommagement d'un matériau soumis à des sollicitations mécaniques répétées. Dans la littérature, il existe des exemples de polymères mécanofluorochromes obtenus par dopage, covalent[3] ou non covalent[4], d'un polymère avec une molécule mécanofluorochrome. Cependant, ces études sont rarement quantitatives : le plus souvent, seul un changement de fluorescence après déformation irréversible du matériau est mis en évidence. De plus, il n'existe pas à notre connaissance d'étude visant à comparer les propriétés d'un composé mécanofluorochrome pur (sous forme de poudre ou de film mince) et celles d'un polymère dopé dopé avec ce composé mécanofluorochrome, que ce soit en terme de sensibilité aux forces mécaniques (sensibilité à la pression plutôt qu'au cisaillement, seuil de détection) ou de réversibilité (retour à la fluorescence initiale après application d'une force), ni aucun travail d'optimisation sur ces systèmes. Par conséquent, nous souhaitons développer différents polymères mécanofluorochromes, et caractériser leurs propriétés photophysiques, d'abord au repos puis sous sollicitation mécanique. L'objectif à terme est d'une part de déterminer s'il est possible de relier les propriétés mécanofluorochromes d'un composé pur à celles d'un polymère dopé par ce composé et d'autre part, d'établir dans quelle mesure de tels polymères mécanofluorochromes peuvent constituer un outil réellement utile pour la métrologie mécanique (détermination du champ de contraintes dans une pièce mécanique, suivi de l'endommagement lié au phénomène de fatigue…).

  • Titre traduit

    Mechanofluorochromic polymers as mechanical stress probes


  • Résumé

    Mechanofluorochromic molecules and materials, which fluorescence emission change upon application of a mechanical stimulus are attracting a growing interest, with the description of several new families of mechanofluorochromic materials over the past 5 to 6 years.[1] In particular, mechanofluorochromic polymers[2] seem very attracting for the development of mechanical stress probes, both for in situ, real time experiments and for remote controls, to study the damaging of materials under repeated mechanical stimuli. In the literature, one can find examples of mechanofluorochromic polymers obtained by covalent[3] or non-covalent[4] doping. However, few of these studies are quantitative: most of the time, only a change in fluorescence emission after an irreversible deformation of the polymer is described. Furthermore, to the best of our knowledge there is no study which aims at comparing the properties of a mechanofluorochromic molecular material (studied as a powder or thin film) to those of a polymer doped with this material, both in terms of sensitivity (sensitivity to shearing stress compared to compression, detection limit) and reversibility (restauration of the initial fluorescence after mechanical stress), or at optimizing these properties. As a consequence, our objective is to prepare different mechanofluorochromic polymers and to study their photophysical properties, before, during and after mechanical stimulation. In the long term, our ambition is to establish relationships between the mechanofluorochromic properties of a dye and those of a polymer doped by this dye and to determine to which extent mechanofluorochromic polymers can become a new tool for the determination of mechanical stress.