Polymères réversibles formés par auto-assemblage de petites molécules

Les polymères réversibles (ou polymères supramoléculaires) sont définis comme l’enchaînement, d’un grand nombre d’unités de répétition, par des interactions non-covalentes (réversibles).

Contrairement au cas des polymères au sens strict (dont la cohésion est assurée par des liaisons covalentes), la longueur des polymères réversibles dépend de la température, de la concentration, de la polarité du milieu, etc. Les propriétés de ces composés dépendent donc, elles aussi, des conditions d’utilisation (température, sollicitation mécanique, etc), ce qui permet d’obtenir des matériaux aux propriétés inhabituelles.

A titre d’exemple, la photographie suivante montre une solution viscoélastique d’un polymère supramoléculaire à faible concentration (1%) dans le xylène :

Dans ce contexte, nous nous intéressons aux sujets suivants :

• synthèse de composés associatifs,
• assemblages par liaisons hydrogène, interaction hydrophobe ou pi-stacking, en solution (eau, solvant) ou à l’état solide,
• caractérisation structurale de polymères réversibles,
• propriétés en solution de polymères réversibles,
• propriétés à l’état solide (amorphe, mésomorphe, cristallin) de polymères réversibles.

La variété des systèmes développés nous permet d’envisager de nombreuses applications, comme :

• additifs permettant de modifier les propriétés rhéologiques (cosmétique, encre) ou mécaniques (bitumes) de différents produits,
• adhésifs,
• matériaux auto-cicatrisables,
• membranes microporeuses.

Exemple de réalisations :

Réduction de la friction dans les écoulements turbulents

En collaboration avec le Professeur Edvaldo Sabadini (Campinas, Brésil), nous avons montré que les polymères supramoléculaires peuvent être utilisés pour réduire les pertes de charge des écoulements turbulents d’hydrocarbures (qui interviennent typiquement dans les pipelines). Comparé aux polymères utilisés à l’heure actuelle, l’avantage des polymères supramoléculaires est qu’ils ne se dégradent pas sous l’effets des forts cisaillements présents dans ces écoulements.

Pour en savoir plus, voir : “Bis-urea based supramolecular polymer : The first self-assembled drag reducer for hydrocarbon solvents“ E. Sabadini, K. R. Francisco, L. Bouteiller Langmuir 2010, 26, 1482-1486.

Amélioration des propriétés mécaniques des bitumes

En collaboration avec la société Total, nous avons montré qu’il est possible de renforcer les propriétés mécaniques à température ambiante (dureté et module élastique) d’un bitume en introduisant un additif supramoléculaire, qui forme des longues fibres cristallines. A haute température, les fibres fondent et facilitent donc la mise en oeuvre du bitume.

Pour en savoir plus, voir : “The weak help the strong : low molar mass organogelators harden bitumen“ B. Isare, L. Petit, E. Bugnet, R. Vincent, L. Lapalu, P. Sautet, L. Bouteiller Langmuir 2009, 25, 8400-8403.