Thermoplastification d’amidon par des plastifiants ioniques : application à l’élaboration de mélanges et de composites.

 

Thèse de doctorat en Sciences pour l’ingénieur, Génie des procédés

Soutenue à Nantes le 20 mars 2015, dans le cadre de l’école doctorale Sciences pour l’Ingénieur, Géosciences et Architecture (SPIGA), par  Paul Decaen

Directeur de Thèse : Eric Leroy (CNRS, GEPEA UMR 6144)

Co-Directeur de Thèse : Denis Lourdin (INRA, Unité BIA)

Co-encadrant : Gaël Colomines (IUT de l’Université de Nantes, GEPEA UMR 6144)

Contexte : Ce travail de doctorat s’insère dans le projet de recherche LIMPONAN (Liquides Ioniques et Matériaux Polymères Naturels Novateurs), soutenu par la Région des Pays de la Loire dans le cadre des Paris Scientifiques Régionaux.

 

Résumé

Le développement des matériaux thermoplastiques biosourcés à base d’amidon nécessite d’explorer de nouvelles voies. Celle étudiée dans ce travail consiste à utiliser des liquides ioniques comme une nouvelle famille de plastifiants permettant de modifier la transformation de l’amidon par extrusion, et les propriétés finales du matériau obtenu. Contrairement aux plastifiants classiques, les liquides ioniques offrent la possibilité d’une grande variété de propriétés en faisant varier la structure des anions et cations qui les composent. D’un autre côté, l’état de l’art nous montre que la caractérisation et la compréhension de l’influence des plastifiants usuels de l’amidon, en particulier le glycérol, a été un processus long, avec de nombreuses questions encore ouvertes.

Aussi, nous avons fait le choix d’une étude expérimentale en trois parties :

Dans un premier temps, huit liquides ioniques ont été synthétisés en combinant le cation cholinium, biocompatible, avec des anions biodégradables. Une démarche de criblage de leurs propriétés de plastification de l’amidon a ensuite été mise en place.

Dans un deuxième temps, nous avons étudié en détail l’influence des liquides ioniques sélectionnés sur le mécanisme de thermoplastification, la rhéologie à l’état fondu et les propriétés de l’amidon plastifié, notamment en termes de transition vitreuse et de re-cristallisation. Des différences significatives ont pu être mises en évidence par rapport au glycérol.

Enfin, nous avons étudié une propriété fonctionnelle originale des liquides ioniques, qui permettent la comptabilisation de mélanges de biopolymères, en prenant notamment le cas des mélanges amidon/zéine.