Thèse Vers des Hydrogels Supramoléculaires Electro-Stimulables H/F

ENS de Lyon

Établissement : ENS de Lyon
École doctorale : Chimie de Lyon
Laboratoire de recherche : LABORATOIRE DE CHIMIE
Direction de la thèse : Christophe BUCHER ORCID 0000000318036733
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-10T23:59:59

Résumé : Ce projet multidisciplinaire s'attaque à de nouveaux défis de la chimie supramoléculaire en visant le développement de matériaux mous auto-assemblés stimulables. L'objectif principal est de développer une approche rationnelle vers des assemblages supramoléculaires capables de réaliser des transitions sol/gel réversibles en réponse à des stimuli optiques ou électriques. Une part importante des travaux proposés portera sur la synthèse de molécules organiques redox/photoactives capables de s'auto-assembler en solution pour former des réseaux dynamiques constituant des gels. Une autre partie portera sur la caracterisation des assemblages et des gels et sur l'étude de leurs réponses à des stimulations de nature optique ou électrique.
Description détaillée: Les gels possèdent des propriétés fascinantes qui se sont révélées utiles dans de nombreuses applications. En termes simples, les gels peuvent être considérés comme des matériaux souples constitués d'une grande quantité de solvant emprisonnée au sein d'un réseau moléculaire. Dans les gels supramoléculaires, ces réseaux résultent d'interactions non covalentes entre de petites molécules organiques appelées gélifiants. Grâce à ces réseaux dynamiques composés de liaisons faibles, les gels supramoléculaires sont des matériaux souples hautement évolutifs, dotés de propriétés de réparation et d'auto-adaptation. De tels assemblages sont également parfaitement adaptés au développement de gels stimulables, capables de subir des changements drastiques de forme, d'apparence, de propriétés rhéologiques ou une transition de phase sol/gel en réponse à des stimuli externes. Cette réactivité aux stimuli est particulièrement utile en catalyse ou pour le développement de capteurs, de dispositifs de mémoire ou encore pour l'élimination des polluants.
Ce projet vise à relever deux défis dans le domaine des gels supramoléculaires stimulables qui s'appuient sur les observations suivantes: i) la plupart des gels supramoléculaires rapportés dans la littérature résultent de découvertes fortuites, faute de contrôle et d'anticipation des événements moléculaires impliqués dans les processus d'auto-assemblage; ii) la réponse des gels au transfert d'électrons demeure largement inexplorée, bien qu'essentielle à l'intégration de tels matériaux dans les dispositifs électroniques.
Nous nous attacherons donc à combler ces lacunes par le développement de réseaux supramoléculaires auto-assemblés conçus sur mesure et dont la structure peut être contrôlée par transfert d'électrons déclenché chimiquement, photochimiquement ou électrochimiquement.
Ce projet tire parti de l'expertise complémentaire et des récents travaux du laboratoire d'accueil dans le domaine des molécules et matériaux électro-stimulables, ainsi que dans la formulation et la caractérisation des gels.
La méthodologie proposée vise à relever les défis suivants:
- Concevoir des briques moléculaires capables de s'auto-assembler en réseaux 3D amorphes dynamiques formant des gels;
- Maîtriser le processus d'assemblage-désassemblage par un transfert d'électrons, permettant ainsi le déclenchement à distance de l'effondrement et de la régénération du réseau (sol-gel) sous l'effet de stimuli (chimiques, optiques ou électriques);
- Réaliser des caractérisations temporelles des transitions sol-gel ciblées à l'aide de cellules de mesure spectrorhéologiques et électrochimiques dédiées.

Les gels possèdent des propriétés fascinantes qui se sont révélées utiles dans de nombreuses applications. En termes simples, les gels peuvent être considérés comme des matériaux souples constitués d'une grande quantité de solvant emprisonnée au sein d'un réseau moléculaire. Dans les gels supramoléculaires, ces réseaux résultent d'interactions non covalentes entre de petites molécules organiques appelées gélifiants. Grâce à ces réseaux dynamiques composés de liaisons faibles, les gels supramoléculaires sont des matériaux souples hautement évolutifs, dotés de propriétés de réparation et d'auto-adaptation. De tels assemblages sont également parfaitement adaptés au développement de gels stimulables, capables de subir des changements drastiques de forme, d'apparence, de propriétés rhéologiques ou une transition de phase sol/gel en réponse à des stimuli externes. Cette réactivité aux stimuli est particulièrement utile en catalyse ou pour le développement de capteurs, de dispositifs de mémoire ou encore pour l'élimination des polluants.

Ce projet multidisciplinaire s'attaque à de nouveaux défis de la chimie supramoléculaire en visant le développement de matériaux mous auto-assemblés stimulables. L'objectif principal est de développer une approche rationnelle vers des assemblages supramoléculaires capables de réaliser des transitions sol/gel réversibles en réponse à des stimuli optiques ou électriques. Une part importante des travaux proposés portera sur la synthèse de molécules organiques redox/photoactives capables de s'auto-assembler en solution pour former des réseaux dynamiques constituant des gels. Une autre partie portera sur la caracterisation des assemblages et des gels et sur l'étude de leurs réponses à des stimulations de nature optique ou électrique.

Ce projet vise à relever deux défis dans le domaine des gels supramoléculaires stimulables qui s'appuient sur les observations suivantes: i) la plupart des gels supramoléculaires rapportés dans la littérature résultent de découvertes fortuites, faute de contrôle et d'anticipation des événements moléculaires impliqués dans les processus d'auto-assemblage; ii) la réponse des gels au transfert d'électrons demeure largement inexplorée, bien qu'essentielle à l'intégration de tels matériaux dans les dispositifs électroniques.
Nous nous attacherons donc à combler ces lacunes par le développement de réseaux supramoléculaires auto-assemblés conçus sur mesure et dont la structure peut être contrôlée par transfert d'électrons déclenché chimiquement, photochimiquement ou électrochimiquement.
Ce projet tire parti de l'expertise complémentaire et des récents travaux du laboratoire d'accueil dans le domaine des molécules et matériaux électro-stimulables, ainsi que dans la formulation et la caractérisation des gels.
La méthodologie proposée vise à relever les défis suivants:
- Concevoir des briques moléculaires capables de s'auto-assembler en réseaux 3D amorphes dynamiques formant des gels;
- Maîtriser le processus d'assemblage-désassemblage par un transfert d'électrons, permettant ainsi le déclenchement à distance de l'effondrement et de la régénération du réseau (sol-gel) sous l'effet de stimuli (chimiques, optiques ou électriques);
- Réaliser des caractérisations temporelles des transitions sol-gel ciblées à l'aide de cellules de mesure spectrorhéologiques et électrochimiques dédiées.

Des stratégies très originales et efficaces seront développées pour contrôler la formation et la dissociation de réseaux supramoléculaires en exploitant la formation de complexes donneur-accepteur impliquant des sous-unités viologènes comme éléments rédox actifs et des cavitands de type cucurbituril comme promoteurs d'assemblage.