Thèse Eco-Conception de Films Épais à Base de Chitosane de la Formulation à la Mise en Forme pour les Laboratoires sur Puce H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Ecole Centrale de Lyon École doctorale : EEA - Electronique, Electrotechnique, Automatique de Lyon Laboratoire de recherche : INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon Direction de la thèse : Emmanuelle LAURENCEAU ORCID 0000000196017306 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59 Les laboratoires sur puce (LOC) sont des dispositifs miniaturisés principalement fabriqués à partir de polymères pétro-sourcés, qui trouvent des applications dans divers domaines (chimie, santé, alimentation et environnement). Ils sont souvent à un usage unique ce qui induit des coûts environnementaux liés à la fois à leur fabrication et à leur élimination. Dans le contexte actuel de changements climatiques, il devient urgent de proposer de nouveaux procédés de fabrication respectueux de l'environnement basés sur des matériaux biosourcés. Nous avons récemment développé à l'INL, en collaboration avec l'IMP, un procédé permettant de fabriquer les premiers LOC en chitosane, un polysaccharide dérivé de la chitine produit à partir des déchets générés par l'industrie des produits de la mer. Les enjeux de cette thèse sont donc de lever les verrous technologiques restant sur la fabrication de LOC en chitosane et d'explorer l'utilisation d'autres biopolymères (dextran, alginate) afin de proposer une filière de fabrication entièrement éco-responsable. Il s'agira d'optimiser la formulation et le procédé de fabrication des films épais de biopolymère, d'étudier la microstructuration de ces films à l'aide d'un laser femtoseconde afin d'intégrer différentes fonctions (séparation, tri, concentration, capture, détection) mais aussi de modifier les propriétés de surface des films pour permettre le scellement du LOC. En parallèle, une analyse du cycle de vie de l'ensemble du procédé depuis l'obtention des films jusqu'à l'élimination/recyclage des LOC fabriqués sera mise en oeuvre afin d'orienter les choix technologiques. Dans le contexte actuel des changements climatiques, de la biodiversité menacée et des problèmes géopolitiques croissants liés à la disponibilité des matières premières [1], il devient urgent de proposer de nouveaux procédés de fabrication basés sur des matériaux abondants et non toxiques, grâce à des technologies respectueuses de l'environnement. Cela est particulièrement vrai pour les laboratoires sur puce (LOC), qui sont pour la plupart des dispositifs miniaturisés à usage unique trouvant des applications dans divers domaines (chimie, santé, alimentation et environnement). Le marché mondial des LOC s'élevait à 22,78 milliards de dollars en 2024 et devrait atteindre 54,61 milliards de dollars d'ici 2032 [2]. À l'heure actuelle, les LOC sont principalement fabriqués à partir de polymères pétro-sourcés, ce qui entraîne des coûts environnementaux liés à leur fabrication et à leur élimination. Il est donc nécessaire de développer des procédés écologiques durables pour la production de LOC.
Dans le cadre d'un récent projet de doctorat (doctorat Morgane Zimmer, 2021-2024) mené à l'INL, en collaboration avec l'IMP (Institut des Matériaux Polymères), nous avons mis au point un procédé et fabriqué le premier LOC à partir de chitosane (Fig. 1), un polysaccharide renouvelable, biocompatible et biodégradable dérivé de la chitine (le deuxième polymère naturel le plus abondant) et produit à partir de déchets générés par l'industrie des produits de la mer [3]. Ce travail de doctorat s'articulera autour de quatre objectifs principaux :
1- Mise au point d'une formulation et d'un procédé de fabrication respectueux de l'environnement pour les films épais à base de polysaccharides
2- Texturation par laser femtoseconde pour la création de motifs à l'échelle micrométrique à géométrie contrôlée (canaux, spirales, piliers, etc.) tout en minimisant les effets thermomécaniques sur les films polymères.
3- Développer une méthode respectueuse de l'environnement pour le scellement des circuits intégrés sur micro-régimes (LOC) afin de remplacer la méthode actuelle, qui utilise une résine à base de pétrole.
4- Étudier la biodégradabilité et la recyclabilité des films et des dispositifs produits à l'aide d'une analyse du cycle de vie