Nano-composites hybrides silice-chitine par auto-assemblage colloïdal – HYSIKIT

Nous avons récemment décrit une nouvelle voie de synthèse de matériaux hybrides organique-inorganique nanostructurés associant des nanoparticules de polysaccharides (bâtonnets de chitine) et une matrice de silice issue de la condensation de précurseurs oligomères siloxane. Notre approche consiste à combiner des colloïdes organiques et inorganiques dans des suspensions hybrides pour former des nanocomposites par auto-assemblage. Nous souhaitons poursuivre ces recherches dans le cadre du projet HYSIKIT soumis au Programme Blanc de l’ANR.

Les matériaux hybrides nanostructurés connaissent un fort développement en raison des propriétés nouvelles qui émergent de l’association intime, à l’échelle nanométrique, de composantes organiques et inorganiques. Dans un contexte où la recherche de voies de synthèse plus flexibles et plus économes est un fort enjeu, nous proposons une méthode basée sur l’auto-assemblage de colloïdes qui pourrait représenter une approche conceptuelle innovante. Le projet s’intéresse par ailleurs aux matériaux à fonction en étudiant les méthodes et procédés d’élaboration permettant la modulation des propriétés (composition, texture, morphologie) à différentes échelles. Enfin, il s’inscrit dans un contexte général de recherche de nouveaux matériaux issus de la biomasse et de procédés de substitution.

Notre méthode combine la structuration de la matière à l’échelle nanométrique par des approches dites « bottom - up » et des mécanismes inspirés des processus de biominéralisation et d’auto-assemblage de molécules amphiphiles. Elle consiste à utiliser comme gabarit des objets supramoléculaires préformés et de dimensions calibrées. Nous cherchons à exploiter les propriétés particulières d’auto-assemblage des colloïdes et la variété des textures qui en découlent, en maîtrisant le plus finement possible les interactions entre colloïdes précurseurs. Ayant par ailleurs l’ambition de développer une nouvelle famille de procédés d’élaboration et de matériaux fonctionnels, nous considérerons également : les matériaux composites du point de vue de leurs propriétés mécaniques, et les matériaux poreux d’oxydes mixtes du point de vue de leurs performances en catalyse hétérogène.

Nous développerons ce projet sur 4 ans, avec les objectifs spécifiques suivants : caractériser les colloïdes hybrides chitine-silice en suspension ainsi qu’étudier et manipuler les interactions intermoléculaires existantes (tâche 2), élaborer de façon maîtrisée des nano-composites hybrides biopolymère-oxyde à morphologie définie par auto-assemblage de précurseurs colloïdes (tâche 3) et enfin, mettre en évidence les propriétés remarquables résultant des procédés d’élaboration des nano-composites (tâches 4 et 5). Le programme scientifique est construit de telle sorte que les différentes tâches s’enrichiront mutuellement, tout en présentant des objectifs propres qui pourront être atteints ou non, indépendamment.
Le projet s’appuiera sur un partenariat (ICGM/QUALISUD/IMP/CEMHTI) construit autour du porteur et initiateur du projet (ICGM) en organisant une synergie basée à la fois sur une analogie des systèmes (suspensions colloïdales, nanomatériaux, composites) et des processus étudiés dans nos recherches respectives (auto-assemblage, mise en forme, minéralisation), et sur la complémentarité des approches conceptuelles et expérimentales.