Thèse Nouveaux Agents d'Estérification Durables pour la Fonctionnalisation de la Biomasse Lignocellulosique H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Institut National Polytechnique de Toulouse École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Laboratoire de recherche : LCA - Laboratoire de Chimie Agro-industrielle Direction de la thèse : Sébastien LEMOUZY ORCID 0000000245819453 Début de la thèse : 2026-12-01 Date limite de candidature : 2026-11-11T23:59:59 La transition vers une économie décarbonée nécessite le développement de matériaux et
procédés reposant sur des ressources renouvelables. Parmi celles-ci, la biomasse
lignocellulosique constitue une ressource abondante et durable pouvant être valorisée sous
forme de biomatériaux à haute valeur ajoutée. Toutefois, son utilisation reste limitée par sa
forte hydrophilie, à l'origine de phénomènes de gonflement, d'instabilité dimensionnelle et de
sensibilité à l'humidité. Il est impératif de développer de nouvelles approches de
fonctionnalisation de la biomasse lignocellulosique fondées sur l'utilisation molécules
biosourcées afin de dépasser le compromis actuel entre réactivité chimique et durabilité
environnementale. Le projet portera sur le développement de procédés de synthèse durables
de nouvelles molécules présentant une fonction anhydride mixte issus d'acides gras naturels, qui ont
montré un fort potentiel à l'issue d'essais préliminaires réalisés au laboratoire en 2026. Leur
réactivité et les mécanismes d'acylation en milieu homogène, puis leur application à des
matrices lignocellulosiques de complexité croissante, de la cellulose au bois massif seront
étudiés. Les matériaux obtenus feront l'objet d'une caractérisation physico-chimique
approfondie afin d'établir les relations entre structure de ces molécules, efficacité du greffage
et propriétés d'usage. À terme, ce projet vise à proposer une montée en échelle permettant la fonctionnalisation durable de matériaux lignocellulosiques à l'échelle industrielle. Depuis plusieurs décennies, de nombreux travaux ont cherché à réduire l'hydrophilie des biomatériaux [1](notamment du bois) [2] par modification chimique de leurs fonctions hydroxyles, afin d'en améliorer les propriétés d'usage. Les stratégies développées reposent principalement sur des réactions d'acylation [3] permettant l'introduction de chaînes carbonées hydrophobes. Toutefois, les solutions actuellement disponibles reposent sur un compromis difficile à résoudre. Les agents d'acylation les plus réactifs permettent d'atteindre des niveaux élevés de fonctionnalisation mais présentent généralement des inconvénients majeurs en termes de toxicité, de stabilité chimique ou de génération de sous-produits indésirables.[4-6] À l'inverse, les réactifs directement dérivés d'acides gras naturels présentent un profil environnemental particulièrement favorable mais leur faible réactivité impose souvent des conditions opératoires sévères susceptibles d'altérer les propriétés des matériaux traités. [7-9] Dans ce contexte, ce projet de thèse vise à développer une nouvelle approche de fonctionnalisation de la biomasse lignocellulosique reposant sur l'utilisation d'anhydrides mixtes peu développés dans la littérature dérivés d'acides gras renouvelables. L'hypothèse scientifique centrale du projet est que ces intermédiaires pourraient permettre de dépasser le compromis historique entre réactivité chimique et durabilité environnementale qui limite aujourd'hui le développement de procédés de modification de la biomasse plus respectueux de l'environnement. Plusieurs travaux exploratoires ont été réalisés en 2026 sur fonds propres du laboratoire afin d'évaluer la pertinence de cette approche. Ces premiers essais ont permis la synthèse d'un anhydride mixte dérivé d'acide gras avec un rendement satisfaisant à l'échelle laboratoire. La réactivité de cet intermédiaire a ensuite été démontrée en phase homogène sur un alcool modèle. Lors de cette phase, l'utilisation de catalyseurs acides de Lewis a permis d'accélérer significativement la réaction d'acylation, permettant la fonctionnalisation en phase hétérogène sur une matrice cellulosique dans des conditions relativement douces. Les analyses par spectroscopie infrarouge ont confirmé la formation de fonctions esters issues de la réaction de greffage attendue. Les matériaux obtenus par acylation avec des anhydrides mixtes présentent par ailleurs une hydrophobation marquée, caractérisée par des angles de contact supérieurs à 90° maintenus pendant plus de cinq minutes sans absorption observable de la goutte d'eau. Ces résultats constituent une première preuve de concept démontrant la faisabilité de la fonctionnalisation de matrices lignocellulosiques par des dérivés d'acides gras.