Thèse Conception de Matériaux Composites Mof - Hdl pour la Libération Contrôlée de Produits Agro-Chimiques H/F

Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
École doctorale : Interfaces : matériaux, systèmes, usages
Laboratoire de recherche : Institut Lavoisier de Versailles
Direction de la thèse : Nathalie STEUNOU ORCID 0000000270497388
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-21T23:59:59

Le projet de recherche s'inscrit dans les activités de recherches liées à l'axe matériaux du groupe « Molécules-Interaction-Matériaux » (MIM) de l'Institut Lavoisier de Versailles. Cette équipe possède une expertise reconnue dans le domaine de la synthèse, la caractérisation et les applications des matériaux hybrides poreux de type Metal Organic Framework (MOF). La thématique de recherche sera centrée sur la conception de nouveaux composites associant des MOFs et des hydroxydes double lamellaires (HDL) différant par leur composition chimique, leurs propriétés physico-chimiques, texturales et microstructurales. Ces matériaux seront ainsi synthétisés selon différentes stratégies en solution et caractérisés en combinant plusieurs techniques de caractérisation avancées. Ce projet vise également à démontrer l'efficacité de ces composites pour des applications environnementales telles que la libération contrôlée de produits agrochimiques et la fertilisation durable. Un point clé est de développer des composites présentant de bonnes propriétés interfaciales. La compatibilité physico-chimique entre les HDL et les MOF sera donc étudiée.

Dans un enjeu de préservation des ressources en engrais et une réduction de la pollution des sols et des réservoirs d'eau, certains travaux de recherche se tournent vers la dépollution, d'autres vers des apports plus raisonnables, efficaces et durables de produits agrochimiques (herbicides, pesticides, engrais) dans les cultures [1,2]. Parmi les systèmes susceptibles de répondre au cahier des charges environnemental et pratique, les systèmes à libération contrôlée garantissent un apport de nutriments suffisant sur la période de développement des plantes en une seule application [2]. L'objectif de la thèse sera d'élaborer des matériaux composites poreux comme matrices support sans barrière sacrificielle et recyclables pour la délivrance de nutriments NPK nécessaires dès les premiers stades du développement des plantes.
Les Hydroxydes Doubles Lamellaires (HDL) sont des minéraux argileux 2D synthétisables en laboratoire, ainsi qu'à grande échelle, par des procédés de chimie douce. Les HDL possèdent une structure de type brucitique (Mg(OH)2), les cations métalliques divalents M(II) octaédriques sont partiellement substitués par des cations trivalents M(III) ce qui génère un excès de charge positive à la surface du feuillet. Afin de maintenir l'électroneutralité du matériau, des anions hydratés sont intercalés par interaction électrostatique dans le domaine interlamellaire. Ces matériaux 2D de composition ajustable, ont une capacité d'adsorption de ces anions élevée et une propriété d'échangeurs anioniques qui en font de bons candidats pour la remédiation sélective de polluants et pour la libération contrôlée d'espèces anioniques [3]. Les propriétés physico-chimiques des Hydroxydes Doubles Lamellaires comme support pour le relargage contrôlé de fertilisants ont été étudiées, ce qui constitue une base solide pour l'étude [4].
Les matériaux hybrides organiques/inorganiques poreux, comme les Metal Organic-Frameworks (MOFs), se caractérisent par une surface spécifique accessible élevée. Ces réseaux de coordination suscitent un engouement croissant de par leur grande diversité chimique et structurale, offrant de nombreuses applications potentielles [5,6]. L'intérêt de la communauté des MOFs pour des applications agricoles est encore en développement [1]. Ainsi, de plus en plus de travaux de la littérature traitent des propriétés d'adsorption de ces matériaux hybrides vis-à-vis des herbicides et pesticides pour la dépollution ou la récupération de ces molécules. En revanche, le relargage contrôlé de composés agrochimiques par les MOFs reste encore peu étudié [1]. Ceux-ci sont, en revanche, plus susceptibles d'interagir avec des espèces non anioniques que le HDL et offriraient des cinétiques de libération modulables complétant le système NPK [7,8].
L'objectif du projet est d'élaborer des composites MOF-HDL en étudiant les propriétés intrinsèques de chaque matériau et des composites, de leur compatibilité, voire de leur synergie. Dans ce contexte, la versatilité et la proximité des méthodes de synthèse de chimie douce des matériaux constitutifs rend particulièrement adaptée leur combinaison [9]. Une fois l'élaboration des matériaux composites, une attention particulière sera portée sur la caractérisation multi-échelle de ces matériaux et de leurs propriétés de libération contrôlée selon le cahier des charges de composés agrochimiques. Un point clé sera l'obtention de composites homogènes avec de bonnes propriétés interfaciales et une quantité relative de MOFs et d'HDL modulables. Il sera donc nécessaire d'élaborer ces matériaux selon différentes voies de synthèse afin de contrôler la microstructure de ces composites.

L'objectif est de synthétiser une nouvelle famille de composites associant des solides hybrides poreux de type MOFs et des hydroxydes double lamellaires. Le deuxième objectif consistera à évaluer la potentialité de ces matériaux pour la fertilisation durable, domaine d'application original et peu étudié à ce jour pour ces matériaux.