Description du sujet de thèse

Ce projet vise à étendre le concept d'entraînement des verres aux gels, un domaine relativement peu exploré jusqu'à présent. Nous supposons que les gels colloïdaux et macromoléculaires présenteront des réponses uniques à l'entraînement, ce qui pourrait conduire à de nouvelles propriétés structurelles et mécaniques, telles qu'une résistance accrue, une élasticité réduite ou une anisotropie induite.

Description du sujet de thèse :
1) Entrainement de gel colloïdaux anisotropes par l’action combiné de la filtration et des ultrasons :
Dans des travaux précédents, une structure orthotrope typique à trois couches qui ressemble à l'organisation du cartilage articulaire a été obtenue lors de l'action combinée de la filtration frontale (FU) et des ultrasons (US) sur une suspension aqueuse de nanocristaux de cellulose (CNC), en une seule étape de traitement (Pignon et al. 2024, Bosson et al. 2025) : une première couche composée de CNC dont le directeur est aligné parallèlement à la surface horizontale de la membrane, une deuxième couche isotrope intermédiaire et une troisième couche de CNC dont le directeur est orienté verticalement dans le sens de propagation de l'onde US. Un autre point intéressant mis en évidence est qu'à partir d'une concentration initiale de 10 % en poids, l'effet combiné de la FU et des ultrasons a permis d'atteindre une concentration en CNC très élevée (59 % en poids) près de la surface de la membrane avec une organisation cholestérique.
Cette nouvelle phase a structuration orientée et à un niveau de concentration élevée de 59 % en poids, n’est pas atteignable par simple mélange de CNC dans l'eau. Ainsi l’entrainement induit par les procédés couplés de FU/US sur ce type de gels colloïdaux anisotropes de type cristaux liquides, devrait permettre de développer de nouveaux matériaux concentrés présentant des organisations cholestériques spécifiques. Il sera alors très intéressant d'étudier les relations entre les changements structuraux sous écoulement de ces systèmes cholestériques concentrés et leur comportement viscoélastique en faibles déformation ainsi que l'évolution des contraintes hors d'équilibre sous écoulement de cisaillement ou d’élongation.

2) Application à la culture cellulaire et à l'ingénierie tissulaire : élaboration d'hydrogels orthotropes à base de CNC par filtration frontale, ultrasons suivis d'une fixation par durcissement UV ou acidification.
L'objectif de cette partie est de développer des hydrogels tridimensionnels pour la culture cellulaire ou l'ingénierie tissulaire. Grâce à de nouvelles méthodes de traitement combinant un procédé innovant d'ultrafiltration/ultrasons (UF/US) et la photopolymérisation UV ou l’acidification, appliqués à la fin du procédé de FU/US, nous développerons des hydrogels cellulosiques multicouches, composés de CNC de PEGDA ou d’alginate. L'enjeu consistera à étudier en détail la résistance aux forces de cisaillement, de traction et de compression par des tests in situ de SAXS, SALS, et ex situ de MEB, de DRX et de traction/compression. Des tests de cytocompatibilité seront réalisés pour évaluer la compatibilité des biomatériaux conçus. L'optimisation des différents procédés (filtration, ultrasons, photopolymérisation, acidification) et l'évaluation de leur cytocompatibilité ouvriront ces nouveaux composites cellulosiques orthotropes aux applications en ingénierie tissulaire ainsi qu'à la culture cellulaire 3D. De plus, l'effet des orientations des CNC induites par le procédé UF/US sur la mobilité, la viabilité et la prolifération dirigée des cellules, sera étudié en fonction des différentes conditions de rapport (forces US/transmembranaires) ainsi que des différents types de matrices durcissables aux UV (PEGDA) ou gélifiés par acidification (alginate).

Contexte de travail

Les travaux seront principalement réalisés au Laboratoire Rhéologie et Procédés LRP, (http://www.laboratoire-rheologie-et-procedes.fr/) et seront supervisés par Frédéric Pignon.
Le laboratoire Rhéologie et Procédés est une Unité Mixte de Recherche (UMR5520) associant le CNRS (Pôle Ingénierie, sections 10, 9 et 11), l'Université Grenoble Alpes, pôle de recherche Physique, Ingénierie, Matériaux (PEM) et Grenoble, INP Institut d'ingénierie et de management, UGA.
Le LRp qui est structuré en une seule équipe est constitué de 30 personnels permanents et 19 personels non-permaments.
La thématique relative à ce projet de recherche rassemble actuellement un doctorant et un post-doctorant.

Dans le cadre de l'ANR FWF TRAINGEL, il s'agit d'un travail en collaboration avec 3 autres laboratoires et partenaires académiques. Le laboratorie de Physique de l’ENS Lyon (en collaboration avec Thomas Gibaud), le laboratoire Chimie Moléculaire, Macromoléculaire, Matériaux (C3M) de l’ESPCI à Paris (en collaboration avec Stephano Aime) et l'Université de Vienne en Autriche en collaboration avec Roberto Cerbino (Soft Matter eXperiments Lab) et Christos Likos (Faculty of Physics). Des échanges réguliers seront mis en place avec ces laboratoires qui apporteront leurs expertises et leurs soutiens respectifs.


Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Il n'y a pas de risques potentiel asociés au projet, dans la mesure du respect des consignes de sécurité en vigueur dans le laboratoire.