Description du sujet de thèse

Le projet ANR « 3Durable » (2024-2028) associe trois laboratoires de recherche français : le Laboratoire de Photochimie et d’Ingénierie Macromoléculaires (LPIM, Mulhouse), l’Institut de Physique et de Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS, Reims) et la thématique POlymères, Photochimie, Propriétés et Interfaces (POPPI, Clermont-Ferrand) de l’Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (ICCF). Ce projet de recherche a pour ambition de comprendre la photodégradation de photopolymères utilisés dans le domaine de l’impression 3D, avec pour objectif d’en améliorer la durabilité.
L’impression 3D est une technique en pleine expansion permettant de produire à la demande toutes sortes d’objets, notamment pour le remplacement de pièces abîmées. Cette technologie faisait initialement appel à des méthodes thermiques (frittage laser, dépôt de fil fondu…), mais souffrait de certaines limitations (notamment la consommation énergétique, la durée de fabrication ou encore le manque de contrôle spatio-temporel). Des méthodes photochimiques sont ainsi de plus en plus couramment utilisées (stéréolithographie, Digital Light Processing DLP voire fabrication volumétrique additive) car elles permettent de réduire notablement ces inconvénients.
Dans ce cadre, la thématique POPPI propose un sujet de thèse (36 mois) centré sur l’étude de la photodégradation et de la stabilisation de ces photopolymères. En effet, les polymères se dégradent sous l’effet de facteurs de stress environnementaux tels que la lumière ou la chaleur. En présence d’oxygène, un mécanisme radicalaire en chaîne se produit et entraîne une modification de la structure chimique du polymère, de son architecture macromoléculaire et, in fine, de ses propriétés d’usage. L’objectif principal de cette thèse est ainsi de comprendre le mécanisme de photooxydation de ces matériaux, notamment lorsqu’ils sont synthétisés par fabrication additive (i.e. couche par couche). Ceci permettra de proposer des stratégies de stabilisation permettant à la fois une photopolymérisation efficace et une durabilité optimale.
La méthodologie de recherche adoptée se basera sur une analyse multi-échelle du photovieillissement, développée au sein du groupe POPPI. Cette dernière repose sur l’étude des conséquences du photovieillissement sur la structure chimique des polymères (apparition de produits d’oxydation), l’architecture macromoléculaire (coupures de chaînes et/ou réticulation) et les propriétés du matériau (mécaniques, thermiques, optiques, barrière…).

Contexte de travail

Le(la) candidat(e) réalisera ses travaux dans les laboratoires de l’ICCF à Clermont-Ferrand. Des déplacements ponctuels chez les partenaires du projet seront à prévoir.
Le travail de recherche se fera en étroite collaboration avec les autres laboratoires du consortium, notamment les personnels spécialement recrutés pour ce projet (doctorant au LPIM, post-doctorant à l’IPCMS).