Titre original :

Protéines de soie de Bombyx ou d’araignée, naturelles ou modifiées, et fibres de cellulose comme renfort in situ de composites bioinspirés

Titre traduit :

Natural or modified Bombyx or spider silk proteins and cellulose fibers as in situ reinforcement of bioinspired composites

Mots-clés en français :
  • Biomimétisme
  • Fibroïne

  • Composites à fibres
  • Fibres naturelles
  • Biopolymères
  • Liquides ioniques
  • Cellulose
  • Langue : Français
  • Discipline : Chimie organique, minérale, industrielle
  • Identifiant : 2020LIL1R033
  • Type de thèse : Doctorat
  • Date de soutenance : 13-10-2020

Résumé en langue originale

Les composites synthétiques sont constitués d’une résine et d’un renfort par des fibres industrielles courtes ou longues. Les fibres longues tissées ou stratifiées permettent d’obtenir le meilleur renforcement possible, mais nécessitent un processus industriel long et complexe pour la mise en oeuvre des composites. Les fibres courtes peuvent, elles, être mélangées directement dans la résine et permettent de former un composite en une seule étape par photopolymérisation ou polymérisation thermique. Cependant les propriétés mécaniques de tels composites sont de loin inférieures à celles obtenues par renforcement à fibres longues. L'alternative étudiée dans cette thèse est le renforcement de composites par biomimétisme c’est-à-dire par des fibres longues naturelles introduites sous forme d’un liquide homogène et qui redeviennent des fibres lors de la mise en œuvre du composite. Ce procédé pourrait permettre la conception de composites avec un renforcement macroscopique avec la facilité de production des composites à fibres courtes. Dans ce projet de thèse, deux types de biopolymères ont été étudiés : la cellulose (et son dérivé l’acétate de cellulose), un polysaccharide très souvent utilisé pour le renforcement de composite et les protéines de soie (fibroïne H, MaSp1) qui sont parmi les fibres naturelles les plus résistantes. La fibroïne H a été extraite de cocons frais du vers à soie Bombyx mori et la protéine de soie d'araignée MaSp1 de Nephila clavipes a été produite par génie biologique dans E. coli. Des liquides ioniques polymérisables et un tensioactif photoclivable, permettant de solubiliser de manière réversible les biomolécules, ont été synthétisés. Des films renforcés à partir de liquide ionique et de biomolécules ont été synthétisés et caractérisés. Enfin des composites renforcés par des microfibres industrielles ou des fibres biologiques ont été produits. La mesure des propriétés mécaniques a démontrée un renforcement supérieur par les fibres biologiques.

Résumé traduit

Synthetic composites consist on a resin and a reinforcement by short or long industrial fibers. Laminated or woven long fibers provide the best possible reinforcement but require a long and complex industrial process for the processing of the composites. Short fibers can be mixed directly into the resin and can form a composite in a single step by photopolymerization or by thermal polymerization. However, the mechanical properties of such composites are considerably lower compared to those obtained by long-fiber reinforcement. The alternative studied in this thesis is the reinforcement of composites by biomimicry, i.e. by natural long fibers introduced as a homogeneous liquid, which become fibers at a solid state during the composites manufacturing process This process could provide the design of composites with macroscopic reinforcement using the ease of production for short fibers composites. In this thesis project, two types of biopolymers were studied: cellulose (and its derivative cellulose acetate), a polysaccharide often used for composite reinforcement, and silk proteins (fibroin H, MaSp1) which are one of the most resistant natural fibers. Fibroin H was extracted from fresh cocoons of the Bombyx mori silkworm and the spider silk protein MaSp1 from Nephila clavipes was produced by bioengineering in E. coli. Polymerizable ionic liquids and a photocleavable surfactant, able to reversible solubilize of biomolecules, were synthesized. Reinforced films from ionic liquids and biomolecules were synthesized and characterized. Finally, composites reinforced with industrial microfibers or biological fibers have been manufactured. The measurement of mechanical properties demonstrated superior reinforcement by biological fibers.

  • Directeur(s) de thèse : Rolando, Christian - Schuller, Anne-Sophie
  • Laboratoire : Miniaturisation pour la synthèse, l'analyse et la protéomique (MSAP)
  • École doctorale : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)

AUTEUR

  • Piotrowski, Violaine
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Confidentiel jusqu'au 13/10/2025