DS0303 - Produits (conception, procédés et matériaux)

De la particule de caoutchouc d'hévéa à la structure et aux propriétés du caoutchouc naturel: vers l'optimisation des performances du caoutchouc naturel – RUBBex

Optimiser les performances du caoutchouc naturel

Le caoutchouc naturel, biopolymère produit à partir du latex d’Hevea brasiliensis, présente des propriétés inégalées par les caoutchoucs synthétiques. C’est un matériau stratégique pour la production notamment de pneumatiques. <br />Le projet RUBBex ambitionne d’étudier et d’identifier les principaux composés biochimiques et les mécanismes impliqués dans la structuration du caoutchouc naturel dans le but d’optimiser ses performances.

De la particule de caoutchouc (organisation, composition) à la structuration du caoutchouc naturel

Les propriétés du caoutchouc naturel brut dépendent à la fois de sa structure et de sa composition, toutes deux conditionnées par la composition du latex initial exsudé de l'arbre. Les particules de caoutchouc sont principalement constituées d'un cœur de poly (cis-1,4-isoprène) entouré par une monocouche de lipides associés à des protéines. Les particules de caoutchouc vont se lier entre elles par le biais d'interactions (coagulation) et / ou de réactions entre certains composés biochimiques. Ces interactions / réactions peuvent impliquer soit des composés intrinsèques de la membrane des particules de caoutchouc et / ou d'autres composés présents dans les deux autres fractions de centrifugation principales du latex (C-sérum et lutoïdes). Aujourd'hui encore, il y a un manque de connaissances sur l'organisation des particules de caoutchouc et de leur composition mais aussi de la structuration du caoutchouc naturel. Il est donc nécessaire d'identifier les principaux composants biochimiques et les mécanismes impliqués dans la structuration et les propriétés du caoutchouc naturel.

Une approche pluridisciplinaire et intégrée associant principalement la chimie (synthèse de copolymères biomimétiques), la physique (films de Langmuir, Plasmon Waveguide Resonance (PWR), RX, PMIRRAS, …) et la biochimie (fractionnement, composition du latex, LC-MS, GC-MS, …) a été adoptée. Cette approche nous permettra de revenir sur certains vieux concepts de la structuration du caoutchouc naturel et de valider le(s) modèle(s) de la particule de caoutchouc toujours en débat.

Les quatre fractions de latex frais (crème, skim, sérum et lutoïdes) ont été séparées avec succès via une méthode de centrifugation en 3 étapes. L'intégrité des lutoïdes a été maintenue avec une concentration appropriée de mannitol ajustée selon la pression osmotique du latex. La validation de la méthode de fractionnement du latex est basée sur un bilan massique satisfaisant (> 90 %) et la séparation du skim et de la crème, 2 fractions constituées de petites (d?200 nm) et grandes (d?500-1000 nm) particules, respectivement. La caractérisation biochimique des différentes fractions est en cours.
La synthèse des macromolécules mimant le modèle de Tanaka se réalise en trois étapes : (i) l’obtention d’une chaîne polyisoprène (PI) totalement « 1,4-cis », (ii) le greffage de phospholipides en ? de la chaîne PI et (iii) le greffage de protéine en a de la chaîne PI. Pour l’obtention d’un PI totalement « 1,4-cis », la dégradation oxydative contrôlée du PI extrait du caoutchouc naturel a été réalisée. Différentes masses molaires (de 10 000 à 70 000 g/mol) ont ainsi pu être obtenues (polydispersités ~ 1,5). Deux variants cystéinilés en C-terminal des HbREF and HbSRPP ont été clonés, afin de les coupler aux PI fonctionnalisés par des bouts de chaines variés (-OH, -NH2, maléimide, …).
D’autres protéines ont été clonées et purifiées : IPP isomerase (HbIDI), hévéine, prohévéine, homologues de SRPP dans Taraxacum (pissenlit, TkSRPP1-5) et Arabidopsis(AtSRP3). Ces protéines recombinantes ont été étudiées et testées sur des membranes modèles de type Langmuir par ellipsométrie et BAM. Les protéines HbREF and HbSRPP ont également été produites et testées sur des membranes reconstituées à base de lipides natifs directement extraits du latex d’hévéa (génotype RRIM600) sous forme de phospholipides, lipides neutres et glycolipides.

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Sur la base des travaux du projet RUBBex, trois articles (au 18 juin 2016) ont été publiés dans des revues scientifiques à comité de lecture. Deux articles, centrés sur la prohévéine, ont permis notamment de souligner ses propriétés amyloides.
Ces travaux ont aussi été présentés à la communauté scientifique lors de congrès internationaux.

Le caoutchouc naturel (NR), biopolymère produit à partir du latex d’Hevea brasiliensis, présente des propriétés inégalées par les caoutchoucs synthétiques. C’est donc un matériau hautement stratégique pour la production notamment de pneumatiques. Toutefois, il présente des inconvénients majeurs : i) la variabilité de ses propriétés, ii) une dynamique de structuration, ou «durcissement au stockage », pas encore totalement compris.
Le projet RUBBex se propose d’étudier et identifier les principaux composés biochimiques (poly(cis-1,4-isoprène), protéines et lipides) et les mécanismes qui interviennent dans la structuration du NR afin d’optimiser les performances du NR brut. L’objectif principal du projet RUBBex est de générer de nouvelles connaissances qui permettront de cibler de nouveaux traitements avant la mise en forme pour un meilleur contrôle de la variabilité de ses propriétés et de sa dynamique de structuration avec le temps.
Une approche multidisciplinaire et biomimétique permettra l’étude de ce matériau de la particule de caoutchouc (organisations, compositions) jusqu’au caoutchouc brut (composition, structures, propriétés). La réussite de ce projet est basée sur la complémentarité de ses 6 partenaires (3 laboratoires académiques français, la société Michelin et 2 laboratoires académiques thaïlandais) qui vont partager leurs expertises en chimie analytique, chimie macromoléculaire, connaissances des propriétés structurales des matériaux, biochimie, biophysique et spectroscopies.

Coordination du projet

Frederic Bonfils (IATE)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IATE
LBTNR Laboratory of Biochemistry and Technology of Natural Rubber
BIOTEC National Center for Genetic Engineering and Biotechnology
Michelin Manufacture Française des Pneumatiques Michelin
CBMN Chimie et Biologie des Membranes et Nanoobjets
LCPO Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques
IATE Ingénierie des Agropolymères et Technologies Emergentes

Aide de l'ANR 754 118 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2014 - 36 Mois

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