Elabοratiοn d'élastοmères recyclables à partir de déchets pneumatiques par réactiοn de méthathèse d'οléfines et de Diels-Alder

Development of recyclable elastomers from tire waste through olefin metathesis and Diels-Alder reactions

• Auteur / Autrice : Yougourthen Boumekla
• Direction : Isabelle Dez, Isabelle Chataigner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 28/11/2024
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale normande de chimie (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie moléculaire et thio-organique (Caen ; 1996-2025)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement co-accrédité : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Zinck, Vincent Ladmiral, Fabrice Burel, Pamela Pasetto
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Zinck, Vincent Ladmiral

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pneus

Déchets

Polyoléfines

Alcènes

Métathèse (chimie)

Polymères -- Détérioration

Diels-Alder, Réaction de

Recyclage (déchets, etc.)

Opérations de recyclage (génie chimique)

Élastomères

Mots clés libres

Recyclage chimique

Réseaux thermoréversibles

Métathèse d’oléfines

Déchets pneumatiques

Elastomers

Chemical recycling

Thermoreversible networks

Diels-Alder

Depolymerization

Olefin metathesis

Tire waste

Résumé

Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur le développement d’un procédé de valorisation chimique des déchets pneumatiques pour la préparation de matériaux élastomères. Dans un premier temps, la synthèse de polydiènes fonctionnalisés avec des groupements furane via la réaction de métathèse croisée d’oléfines catalysée au ruthénium, entre un polydiène et un alcène symétrique porteur de fonctions furane (agent de transfert de chaîne, CTA). Après une optimisation de la réaction sur le polyisoprène, comme polydiène modèle, elle a été étendue aux granulats de déchets pneumatiques, permettant d’obtenir des polydiènes à haute valeur ajoutée avec des masses molaires contrôlées, de faibles dispersités, des bons taux de fonctionnalisation et de très bons rendements.Dans une seconde étape, les polydiènes obtenus ont été réticulés par réaction de Diels-Alder avec des agents de réticulation multifonctionnels contenant des motifs maléimide, soit pétrosourcés, soit issus de déchets pneumatiques. La réaction de Diels-Alder a été activée thermiquement et par micro-ondes pour former des réseaux élastomères thermoréversibles. Ces derniers ont été analysés, leurs propriétés thermomécaniques modulées en fonction de la nature des polydiènes et agents de réticulation utilisés, et de leur ratio molaire.Enfin, ces réseaux élastomères ont été recyclés avec succès par des cycles Diels-Alder/rétro-Diels-Alder, et conservent leurs propriétés thermomécaniques même après plusieurs cycles, démontrant ainsi leur potentiel pour des applications durables.

The work presented in this manuscript focuses on the development of a chemical valorization process for tire waste to prepare elastomeric materials. Initially, the synthesis of functionalized polydienes with furan groups was carried out via the cross-metathesis reaction of olefins catalyzed by ruthenium, involving a polydiene and a symmetrical alkene bearing furan functions (chain transfer agent, CTA). After optimizing the reaction on polyisoprene as a polydiene model, the method was extended to tire waste granulates, resulting in high-value poly dienes with controlled molar masses, low dispersities, good functionalization rates, and very high yields.In a second step, the obtained polydienes were crosslinked through a Diels-Alder reaction with multifunctional crosslinking agents containing maleimide moieties, derived from petrochemical sources or from tire waste. The Diels-Alder reaction was thermally activated and also activated by microwaves to form thermoreversible elastomer networks. These networks were analyzed, and their thermomechanical properties were modulated based on the nature of the poly dienes and crosslinking agents used, as well as their molar ratio.Finally, these elastomeric networks have been successfully recycled through Diels-Alder/retro-Diels-Alder cycles, maintaining their thermomechanical properties even after several cycles, thereby demonstrating their potential for sustainable applications.