Une inspiration verte

Mais on ne se contente pas dans ce laboratoire d'étudier les réactions « classiques ». Alain Deffieux et Frédéric Peruch, eux, ont choisi d'observer la nature et de s'en inspirer. « Dans le contexte actuel de raréfaction des ressources pétrolières, il devient urgent de trouver de nouvelles solutions pour fabriquer les polymères non plus à partir du pétrole mais de matières premières renouvelables », explique Alain Deffieux. Pour cela, ils se sont intéressés au caoutchouc naturel, produit par l'Hevea brasiliensis à partir du pyrophosphate d'isopentényle. Dans l'industrie, ce polymère est fabriqué à partir de l'isoprène, un dérivé du pétrole. Nature et industrie : les réactions mises en jeu sont vraiment très différentes. « Mais nous relevons le défi de parvenir à synthétiser le caoutchouc en copiant la voie choisie par la nature, commente le chimiste. Nous essayons donc de reproduire fidèlement le site actif de l'enzyme produite par l'hévéa qui polymérise le pyrophosphate d'isopentényle en caoutchouc. L'avancée de nos travaux sur la compréhension du mécanisme nous a déjà permis de produire de petites quantités de polymères à partir d'analogues du pyrophosphate. » Si pour le moment, la structure du polymère obtenu n'est pas tout à fait celle du caoutchouc naturel, la démarche est très prometteuse et pourrait, selon les chercheurs, être appliquée à bon nombre d'autres polymères !

 

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© F. Jannin/CNRS Photothèque

Pour remplacer les solvants organiques toxiques, les chercheurs étudient la synthèse des polymères dans d'autres milieux. Ici, ils fabriquent des polyuréthanes dans du CO2.

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Dans un autre bureau, quelques portes plus loin, Henri Cramail et ses collègues réfléchissent quant à eux aux moyens de réaliser ces réactions de polymérisation dans l'eau ou le dioxyde de carbone, milieux différents des solvants organiques classiquement utilisés, qui sont généralement toxiques. « Le CO2 présente plusieurs intérêts. D'abord il remplace avantageusement les solvants pour réaliser la réaction. De plus, une fois la polymérisation terminée, il suffit de libérer la pression pour récupérer directement le polymère », explique le chercheur. Ce  qui évite d'utiliser un solvant supplémentaire pour son extraction. « Par ailleurs, poursuit-il, nous étudions la possibilité d'utiliser le CO2 comme intermédiaire réactionnel. Pour cela, nous travaillons sur la synthèse des polyuréthanes obtenus à partir d'alcool et d'isocyanate. Et lorsque nous réalisons cette réaction en présence de CO2, celui-ci intervient dans la réaction et joue le rôle d'activateur. » Un résultat qui, s'il est confirmé, permettrait d'éviter, dans la fabrication de polyuréthanes pour l'industrie biomédicale, l'usage du catalyseur classique, un dérivé de l'étain lui aussi extrêmement toxique.

 

 

Le design à la chaîne

Si certains chercheurs du LCPO se consacrent à l'amélioration des mécanismes de

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© M.Schappacher et A. Deffieux

En introduisant des ramifications, les chercheurs parviennent à conférer aux polymères des formes spécifiques. Ici, on observe par microscopie à force atomique deux macromolécules constituées chacune de molécules de polystyrène (en blanc) et de polyisoprène (en marron clair) organisées en forme de peigne.

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polymérisation en essayant, entre autres, de répondre aux enjeux de la chimie verte (voir dossier du n° 193), d'autres s'intéressent plutôt aux fonctions des nouveaux polymères obtenus. « Une chaîne de polymère ressemble à un spaghetti, commente Yves Gnanou. Si on veut lui attribuer une fonction particulière, il faut lui donner une forme particulière. Nous agençons donc les chaînes de polymères en introduisant soit des points de ramification, soit des “informations” qui vont générer un auto-assemblage, autrement dit une réorganisation de la molécule par elle-même. » Valérie Heroguez-Sabaut fait partie de ces “architectes” ou “designers” qui conçoivent des polymères aux fonctions bien précises. Elle travaille en particulier sur certaines particules capables de libérer des médicaments, soit par vectorisation – le principe actif est acheminé jusqu'à sa cible –, soit par greffage de la particule sur un biomatériau. « Nous avons conçu des particules dont la liaison avec le principe actif est sensible au pH, explique la chercheuse. Puis, nous avons pu y introduire des points d'ancrage, pour les greffer sur un matériau biocompatible. » Des résultats fructueux, qui l'ont conduite à collaborer avec un industriel de l'orthopédie pour une application sur des implants osseux. Le résultat est étonnant : « Un implant placé dans le corps génère une inflammation, poursuit la chercheuse. Or, celle-ci induit localement une diminution du pH. Sous l'effet de cette variation, nos particules, greffées sur l'implant, vont larguer l'anti-inflammatoire qu'elles contiennent. » Au final, le médicament est libéré uniquement à l'endroit désiré, ce qui permet de réduire sa quantité et de limiter ses effets secondaires.

 

 

Une chimie très physique

Mais ces nouveaux types de molécules, une fois créés, doivent être caractérisés. C'est là qu'interviennent les physico-chimistes du laboratoire, qui s'affairent dans des salles équipées d'appareils de diffusion de rayonnement, de rhéologie ou d'imagerie. « Nous utilisons toutes les techniques de physico-chimie pour comprendre les propriétés, la structure et la dynamique des polymères à architecture contrôlée réalisés par les chimistes », commente Redouane Borsali, qui dirige cette équipe. Mais ils ne se contentent pas de cela. Depuis peu, ils développent une nouvelle voie d'ingénierie qui consiste à contrôler la morphologie – et donc la fonction – de polymères naturels comme les polysaccharides en les couplant à des blocs de polymères de synthèse. Encore une preuve qu'au LCPO, les chercheurs ont bien intégré les enjeux de la chimie verte, puisque ces travaux visent la réduction de l'utilisation des polymères issus du pétrole au profit de polymères naturels.

Avec un tel foisonnement d'idées, rien d'étonnant à ce que le laboratoire bordelais suscite autant l'intérêt de l'industrie pharmaceutique, cosmétique… Ni à ce qu'il affiche 36 brevets et quelque 160 publications au compteur entre 2002 et 2005. Et ait déjà donné naissance à trois start-up, dont la petite dernière, Polyrise, s'est fait une spécialité de la fabrication de polymères activée par les ultraviolets !

 

Stéphanie Belaud