LES POLYMERES NATURELS et leurs APPLICATIONS

DEFINITION Chaînes macromoléculaires produites par la biomasse - Toutes espèce vivantes Biosynthétiques > structures naturelles - 4 grandes familles

PRODUCTION 107 109 MILLIONS DE TONNES PAR AN Consommation < 1/105 =102-104 MT/an - 103 MT/an -> Polymères synthétiques

IMPORTANCE SOCIO-ECONOMIQUE Créateurs d’emplois à plusieurs niveaux Energies renouvelables Production globalement moins polluante que les polymères de synthèse Impact environnemental pas d’accumulation biodégradables, biorésorbables (!!!) avenir des énergies fossiles ??? 5-10-20 ans 2020-2040?

4 GRANDES FAMILLES Polysaccharides Protéines Polynucléotides Polyesters

PROPRIETES GENERALES - Haute fonctionnalité - Chiralité - Organisations jusqu’à 4 à 5 niveaux d’échelle -Toutes les propriétés chimiques et physiques connues - Rôle très important des interactions de faible énergie - Pas de Tg, rôle de l’eau - Biodégradables, biorésorbables, toxicité? - Propriétés biologiques

LES POLYSACCHARIDES - Origines - Formes physiques dans la biomasse - Rôle dans la biomasse - Points communs (structure)

LES POLYSACCHARIDES

LES POLYSACCHARIDES Sources

LES POLYSACCHARIDES : linéaires Chitine/chitosane Sources

LES POLYSACCHARIDES : linéaires Acide hyaluronique Sources

LES POLYSACCHARIDES : linéaires complexes Alginates Sources

LES POLYSACCHARIDES : linéaires complexes

LES POLYSACCHARIDES : linéaires complexes Carraghénanes Sources

LES POLYSACCHARIDES : ramifiés Gomme Guar Origine

LES POLYSACCHARIDES : linéaires Amylose Sources

LES POLYSACCHARIDES : ramifiés Amylopectine

LES POLYSACCHARIDES : ramifiés

LES POLYSACCHARIDES : ramifiés complexes Pectines Sources

LES POLYSACCHARIDES - Rôle de l’unité de répétition (structure, fonctions) - Rôle de la liaison entre unités (position, anomérie) Rôle de la structure tridimensionnelle (linéaire, ramifiée, copolymères)

LES POLYSACCHARIDES Propriétés générales - en solution (viscosifiants, épaississants, dispersants, flocculants, désintégrants) - à l’état solide (propriétes mécaniques, protecteur) - à l’état de gel (propriétes mécaniques, protecteur) - propriétés biologiques autres qu’à l’état natif

LES POLYSACCHARIDES Propriétés générales En solution : - viscosifiant (viscosité??; 3 facteurs) - épaississant (agrégats, micro-gels) - floculant, dispersant (effet PE) - désintégrant (hydratation/déstructuration/solubilisation)

Importance des solutions (autres matériaux) LES POLYSACCHARIDES Propriétés générales Conditions d’existence des solutions ramifications sites ionisables rôles pH,, T, t Importance des solutions (autres matériaux)

LES POLYSACCHARIDES Propriétés générales - A l’état solide propriétes mécaniques (Tg) propriétés barrières rôle H2O (Tg)

LES POLYSACCHARIDES Propriétés générales - Elaboration des formes solides (non natives) - fibres, films - particules - capsules

COAGULATION par gaz ammoniacal LES POLYSACCHARIDES COAGULATION par gaz ammoniacal SECHAGE / ETIRAGE NH3 Pousse seringue Solution concentrée de chitosane NH3 CH3COOH

LES POLYSACCHARIDES 40 µm

LES POLYSACCHARIDES Propriétés générales - A l’état de gel (définition, rôle dans le vivant) - propriétés mécaniques - protecteur - biomimétique

LES POLYSACCHARIDES Propriétés générales - Conditions de formation des gels - chimie - physicochimie - T - Ions : Ca, K, - Interactions hydrophobes, liaisons H

LES POLYSACCHARIDES

LES POLYSACCHARIDES Propriétés générales - Propriétés biologiques autres qu’à l’état natif - Biodégradables - Biorésorbables - Non toxiques - Bioactifs ???

LES PROTEINES - Origines - Formes physiques dans la biomasse - Rôle dans la biomasse - Points communs (structure)

LES PROTEINES Les collagène - Protéine des mammifères - > 12 différents - Coll. 1 -> 40% Collagène 1 - Triple hélice a - (Gly-pro-Y)n

LES PROTEINES

LES PROTEINES Structure tertiaire ->Super hélice

LES PROTEINES Structure quaternaire - hélice de triples hélices Télopeptides

LES PROTEINES Propriétés générales Collagène 1 - Mécaniques (rôle triples hélices/télopeptides) - Pb stabilité thermique - dénaturation - gélatine

AUTRES POLYMÈRES NATURELS - POLYNUCLÉOTIDES - POLYHYDROXYALCANOATES

POLY(HYDROXYALCANOATES)  -CH-CH2-C-O-n  CH3 OU CH2- CH3

THECHNIQUES D’ETUDE Structures Spectroscopie Dimensions Chromatographies liquides Spectrométrie de masse Diffusion de la lumière, neutrons, RX Elaboration de matériaux Diffusion, diffraction (L,N,X) Microscopies (opt. Électron, AFM) - Propriétés

LES POLYSACCHARIDES

LES POLYSACCHARIDES 100 mm

LES POLYSACCHARIDES Exemples d’étude

LES POLYSACCHARIDES Exemples d’étude ~1Å-1 Diffraction: caractérisation des distances inter atomiques ou inter réticulaires ~1Å-1

LES POLYSACCHARIDES Exemples d’étude

LES POLYSACCHARIDES Exemples d’études

LES POLYSACCHARIDES Exemples d’études

LES POLYSACCHARIDES Exemples d’études

LES POLYSACCHARIDES Exemples d’études

APPLICATIONS DES POLYMÈRES NATURELS > 100 X synthétiques Cellulose : le plus utilisé, le moins cher

APPLICATIONS DES POLYMERES NATURELS 1- Chimie - modifications chimiques - synthèse d’oligomères

APPLICATIONS DES POLYMERES NATURELS 2- Agrochimie (non polluante) - molécules bioactives - traitements phytosanitaires - enrobage de semences - conservation des fruits et légumes

APPLICATIONS DES POLYMERES NATURELS 3- Cosmétiques

APPLICATIONS DES POLYMERES NATURELS 4- Pharmacie - formulations - principes actifs - vectorisations (protéines, gènes) - relargage contrôlé

APPLICATIONS DES POLYMERES NATURELS 5- Papeterie - emballage - bâtiment - hygiène (personnelle, médicale)

APPLICATIONS DES POLYMERES NATURELS 6- Dispositifs médicaux 7- Environnement - dépollution des eaux et des sols

APPLICATIONS DES POLYMERES NATURELS 8-Textiles

APPLICATIONS DES POLYMERES NATURELS 9- Bâtiment, transports

APPLICATIONS DES POLYMERES NATURELS 10- Lessives

APPLICATIONS DES POLYMERES NATURELS 11-alimentation