ENZYCYCLE - Nanoréacteurs enzymatiques pour le recyclage à la demande des polymères et des cycles de vie circulaires

Les matières plastiques doivent être durables pendant leur utilisation, sans pour autant persister indéfiniment après leur mise au rebut. La déconstruction enzymatique constitue une voie prometteuse pour recycler sélectivement les polymères dans des conditions modérées. Son intégration directe dans les matériaux demeure toutefois difficile : les enzymes doivent résister à la chaleur, au cisaillement, aux solvants, à la déshydratation, au stockage et au vieillissement, tout en restant inactives pendant la durée de service. En fin de vie, elles doivent pouvoir être réhydratées et accéder aux chaînes polymères à hydrolyser. La réticulation, la cristallinité et la faible diffusion de l'eau peuvent fortement limiter cette accessibilité. Le projet ENZYCYCLE vise à développer des nanoréacteurs enzymatiques programmables permettant la déconstruction à la demande de réseaux polymères. Son hypothèse centrale est qu'un copolymère dibloc amphiphile AB peut simultanément protéger l'enzyme, contrôler sa localisation dans le matériau et réguler son activation. Le bloc A sera conçu pour assurer la compatibilité avec la matrice polymère et favoriser une dispersion homogène. Le bloc B, associé à l'enzyme et sensible à un stimulus, formera un environnement protecteur dont l'hydratation et la perméabilité pourront être activées en fin de vie. Par auto-assemblage, ces copolymères formeront des structures de type micellaire ou vésiculaire capables d'encapsuler les enzymes et de préserver leur conformation ainsi que leur activité catalytique. Le programme suivra trois principes : protéger, positionner et activer. Il s'agira d'abord de construire une bibliothèque de copolymères AB et d'établir les relations entre leur composition, leur architecture, leur morphologie, leur capacité de chargement enzymatique et la conservation de l'activité. Les nanoréacteurs seront ensuite incorporés dans des réseaux de polyester amorphes et réticulés. L'influence de la compatibilité avec la matrice, de la densité de réticulation et de la morphologie sur la localisation du catalyseur, le transport de l'eau, les propriétés mécaniques et l'accessibilité des chaînes sera déterminée. Enfin, un stimulus de fin de vie — eau, variation de pH, chaleur modérée ou activation d'une fonction hydrolysable — ouvrira les voies de transport et déclenchera la dépolymérisation. L'intérêt propre de l'architecture dibloc sera établi par une comparaison systématique avec l'enzyme libre, l'enzyme directement incorporée dans le polymère et les homopolymères correspondant aux blocs A et B. Lorsque cela sera possible, ces témoins présenteront des masses molaires, des densités de fonctions et des teneurs en enzyme comparables. La survie enzymatique sera mesurée après exposition aux contraintes thermiques, mécaniques, de déshydratation et de stockage. La déconstruction sera quantifiée à partir de l'absorption d'eau, de la récupération d'activité, de l'évolution de la masse molaire par chromatographie d'exclusion stérique, de la perte de masse et de l'identification des produits obtenus. Un modèle couplant réaction et transport permettra de relier la diffusion de l'eau, l'accessibilité des chaînes et la cinétique enzymatique. Après validation dans des réseaux modèles, le système le plus performant sera transposé à des mousses de polyuréthane réticulées à base de polyester, en prenant les semelles intermédiaires de chaussures comme cas d'application. Sa transférabilité vers des mousses légères destinées à l'aéronautique et au spatial sera également évaluée. Le projet établira ainsi des relations quantitatives entre architecture, morphologie, localisation, activité et déconstruction. Il ambitionne de créer des matériaux stables en service mais activables en fin de vie, de réduire la sévérité des procédés de recyclage et de fournir des règles de conception généralisables pour des polymères et des mousses intégrant dès l'origine leur propre scénario de circularité. École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Direction : Aynur GULIYEVA Financement : MSCA COFUND BEST