Conception et mise en forme de nouveaux matériaux à partir de macromolécules naturelles

Conception and shaping of new materials synthesized from natural macromolecules

• Auteur / Autrice : Lucie Crépy
• Direction : Patrick Martin, Nicolas Joly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique et macromoléculaire
• Date : Soutenance le 25/11/2010
• Etablissement(s) : Artois
• Ecole(s) doctorale(s) : ED Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (n°104)
• Jury : Président / Présidente : Eric Monflier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Martin, Nicolas Joly, Eric Monflier, Grahame Mackenzie, Carlos Vaca Garcia, Thierry Benvegnu, Lê-Chiên Hoang
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Grahame Mackenzie, Carlos Vaca Garcia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomatériaux

Polysaccharides

Macromolécules

Mots clés libres

Polysaccharides

Amidon

Biomateriaux

Acides gras

Superplastifiant

Cellulose

Béton

Résumé

La présente étude concerne la synthèse de matériaux à base de polysaccharides d’origine naturelle. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la synthèse en milieu homogène d’esters gras de cellulose, de nature de chaîne grasse et de degré de substitution variables. Les analyses chimiques, thermiques, mécaniques et structurales de ces produits en fonction de la longueur des chaînes grasses greffées (de C8 à C18) ont démontré que l’allongement du substituant greffé influençait les propriétés étudiées. De plus, un modèle structural a été proposé pour les chaînes cellulosiques estérifiées, dans lequel ces chaînes semblent s’organiser en couches avec les substituants gras greffés totalement déployés perpendiculairement au squelette cellulosique et non enchevêtrés entre eux.Dans une seconde partie, la valorisation d’un film cellulosique a été envisagée dans le domaine médical. Le choix s’est porté sur un film de laurate de cellulose fortement substitué. Des tests biologiques de cytocompatibilité et de cytotoxicité ont été réalisés sur ce matériau à partir de différents types de cellules. Les résultats des tests in-vitro obtenus concluent à la non-toxicité de ce film, ce qui rend prometteuse son application en tant que biomatériau.Enfin, la synthèse de dérivés polysaccharidiques a été réalisée dans le but de remplacer les dérivés pétrochimiques, utilisés comme superplastifiants dans la formulation du béton. Trois polysaccharides ont été testés, avec ou sans modification chimique: la cellulose et l’amidon. Les premiers résultats indiquent que les dérivés amidonnés sulfonés semblent être de bons candidats pour la substitution de tels additifs pétrochimiques.

This study deals with the synthesis of a natural-polysaccharide-based-material. First of all, we focused on the synthesis of fatty cellulose esters in a homogeneous media, with different fatty chains and various degrees of substitution. Chemical, thermal, mechanical and structural analyses of these products revealed the influence of the grafted fatty chain length (from C8 to C18) on these properties. Moreover, a structural model was purposed for the acylated cellulosic chains, in which these chains seem to be organized in a layered type structure, and where the fatty substituents are fully extended perpendicular to the cellulosic skeleton, and without interdigitated.Then, one of these cellulosic films was studied in order to be used in a medical application. A cellulose laurate film with high degree of substitution was chosen. Biological tests such as cytocompatibility and cytotoxicity were performed on this material from different type of cells. The results of the in-vitro tests conclude to the non-toxicity of this bio-based film. These results are promising for their application of as biomaterial.Finally, the synthesis of polysaccharide derivatives was performed in order to find alternatives to petrochemical derivatives compounds, used as superplasticizers in concrete formulation. Three native or chemically-modified polysaccharides were tested: cellulose and starch. First results indicate that starch sulfonate derivatives seem to be promising candidates to the substitution of such petrochemicals additives.