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Université de Montpellier 2 Dossier de Candidature pour l’obtention du diplôme

Université de Montpellier 2 Dossier de Candidature pour l’obtention du diplôme d’Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) Ecole Doctorale : Sciences des Procédés – Sciences de Aliments Volume 1 : Présentation du candidat et des activités de recherche Présenté et soutenu publiquement par : Frédéric BONFILS (Chercheur, CIRAD) Le 11 janvier 2010 Etude de la mésostructure du caoutchouc naturel et compréhension de son élaboration Composition du Jury Jacques Alain PETIT, Prof. ENI de Tarbes Rapporteur Guy MULLER, DR CNRS, Université de Rouen Rapporteur Bernard THIBAUD, DR CNRS, Université de Montpellier Rapporteur Redouane BORSALI, DR CNRS, CERMAV Grenoble Examinateur Robert HABIB, DR INRA, CIRAD Montpellier Examinateur Stéphane GUILBERT, Prof. Montpellier SupAgro Examinateur Crédit photo : Laurent 2 Remerciements La recherche, tout comme le football, une autre de mes passions, doit rester le fruit d’une activité collective plus qu’individuelle. Je remercie donc très chaleureusement tous ceux qui ont contribué à m’aider sur le chemin de cette HDR. Je remercie tout d’abord toutes les personnes qui m’ont soutenu dès le départ à l’université de Montpellier 2 (François SCHUE, Louis GIRAL, François MONGINOULT et René SAGNES). Stéphane GUILBERT m’a accueilli dans son UMR et a su m’encourager pour soutenir cette HDR, je le remercie vivement pour cela. Je tiens également à exprimer ma reconnaissance à ceux qui m’ont accompagné, et aidé, au gré de mes recherches (Christian AYMARD, André COLLET, Eric DUBREUCQ, Jérome SAINTE BEUVE, Laurent VAYSSE, …). Je n’oublierais pas les doctorants qui ont dû me « supporter » pendant de longues années et tout particulièrement Eugène EHABE, Suwaluk WINSUTHORN et Chandy KIM. Je remercie enfin les membres de mon jury d’HDR sans qui je n’aurais pu passer la ligne d’arrivée de cette étape importante de la carrière d’un chercheur. Un grand merci tout spécialement à Christine CHAR sans qui bien des expérimentations n’auraient pas pu avoir lieu. 3 Sommaire CHAPITRE 1 : LE CANDIDAT 5 1.1 ETAT CIVIL 6 1.2 POSITION ADMINISTRATIVE ACTUELLE 6 1.3 FORMATION 6 1.4 PARCOURS SCIENTIFIQUE 6 1.5 PRODUCTION SCIENTIFIQUE / ADMINISTRATION DE LA RECHERCHE 9 1.5.1 ANIMATION D’UNE EQUIPE DE RECHERCHE 9 1.5.2 PUBLICATIONS 9 1.5.3 ACTIVITES D’ENCADREMENT ET DE FORMATION PAR LA RECHERCHE. 9 1.5.4 AUTRES ACTIVITES DE FORMATION. 11 1.5.5 EXPERTISE SCIENTIFIQUE 11 1.6 COLLABORATIONS 12 1.6.1 COLLABORATIONS ACADEMIQUES 12 1.6.2 COLLABORATIONS INDUSTRIELLES 12 1.6.3 PROJETS REGIONAUX 13 1.6.4 PROJETS EUROPEENS 13 1.7 LA QUALITE EN RECHERCHE 13 1.8 EXPERTISES TECHNIQUES 13 1.9 RESUME DES RECHERCHES PRESENTEES 15 2 CHAPITRE 2 : MES ACTIVITES DE RECHERCHE 18 2.1 INTRODUCTION 19 2.2 PREAMBULE SUR LES NIVEAUX DE STRUCTURE OU , UN EXEMPLE DE « QUADRATURE DU CERCLE » EN SCIENCE 20 2.2.1 MACROSTRUCTURE 20 2.2.2 MESOSTRUCTURE 20 2.2.3 MICROSTRUCTURE 21 2.3 LA MESOSTRUCTURE DU CAOUTCHOUC NATUREL 23 2.3.1 PREAMBULE 23 2.3.2 LA STRUCTURE MACROMOLECULAIRE 25 2.3.3 LE GEL 29 2.4 EVOLUTION DE LA MESOSTRUCTURE AU COURS DU PROCEDE DE MASTICATION 34 4 2.5 RELATION ENTRE LA MESOSTRUCTURE ET LES PROPRIETES RHEOLOGIQUES DU CAOUTCHOUC NATUREL 36 3 CHAPITRE 3 : MES PERSPECTIVES DE RECHERCHE 39 3.1 INTRODUCTION 41 3.2 STRUCTURE ET COMPOSITION DES NANOAGREGATS ? 41 3.3 MECANISME(S) DE FORMATION DU GEL ? 41 3.4 MECANISME A L’ORIGINE DU DURCISSEMENT AU STOCKAGE ? 43 3.5 INFLUENCE DES MICRO-ORGANISMES SUR LA MESOSTRUCTURE ? 44 3.6 IMPACT DES INTERACTIONS A L’ORIGINE DU GEL SUR LES PROPRIETES RHEOLOGIQUES ? 46 3.7 PERSPECTIVES PLUS GENERALES A MOYEN TERME 52 REFERENCES 48 ANNEXE 1 : LISTE DETAILLEE DES PUBLICATIONS DU CANDIDAT 50 ANNEXE 2 : PROPRIETES SPECIFIQUES DU CAOUTCHOUC NATUREL 55 5 Chapitre 1 : Le candidat Il faut se garder de favoriser la formation universitaire et théorique par rapport à la mise en pratique, sous peine d’intellectualiser et d’étouffer les pratiques plus contemplatives. En revanche, trop insister sur l’application pratique au détriment de l’étude interdira de comprendre. L’équilibre, tout est là. Le Dalaï Lama, extrait de « l’art du bonheur » 6 1.1 Etat civil Né le 24 avril 1963, marié, 3 enfants Adresse professionnelle : CIRAD - UMR 1208 Ingénierie des Agropolymères et Technologies Emergentes (IATE) - TA B 62/16 - 73, Rue Jean François Breton - 34398 Montpellier Cedex 5 Téléphone / fax : 04 67 61 44 30 / 04 67 61 65 47 E-mail : frederic.bonfils@cirad.fr 1.2 Position administrative actuelle  Chercheur au Cirad depuis 1992  Affecté à l’UMR Ingénierie des agropolymères et technologie émergentes (IATE, Cirad – INRA – Montpellier SupAgro – Université de Montpellier 2) depuis janvier 2007  Rattaché à l’école doctorale Science des Procédés - Sciences des Aliments (Université de Montpellier 2, UM2) 1.3 Formation 1991 : Postdoctorat à l’Université de Manchester (12 mois) – Synthèse de molécules chirales par catalyse supportée. 1990 : Doctorat « Chimie des Matériaux », bourse MERT, Université de Montpellier II – Synthèse et étude de résines microlithographiques sensibles aux UV lointains et résistantes aux plasmas d'oxygène, en collaboration avec le CEA-LETI (Laboratoire d’Electroniques et des Technologies de l’Informatique, Grenoble). 1986 : DEA « Polymères, interfaces et état amorphe », Université de Montpellier 2 1985 : Maîtrise ès sciences « Chimie », Université de Montpellier 2 1.4 Parcours scientifique L’ensemble de ma formation universitaire s’est déroulée à l’université de Montpellier. Après un premier cycle en chimie-biochimie, je me suis orienté vers la chimie pour me spécialiser sur les polymères lors du DEA, domaine qui m’attirait particulièrement. Le stage de DEA, en 1986, dans le laboratoire de Chimie Organique et Chimie Macromoléculaire (Professeurs François SCHUE et Louis GIRAL) m’a permis de m’initier à la synthèse et la caractérisation de polymères, en appui à un thésard (Sylvain MUNGRO). Le sujet concernait la synthèse de polystyrènes chlorométhylés renfermant des radicaux tétrathiafulvalényl-phénoxyméthyles pour des applications de polymères 7 conducteurs. L’obtention d’une bourse MERT en 1986 m’a offert l’opportunité de réaliser une thèse dans le même laboratoire sur un sujet similaire au DEA en collaboration avec le CEA-LETI (Laboratoire d’Electroniques et des Technologies de l’Informatique, Grenoble) : synthèse et étude de résines microlithographiques sensibles aux UV lointains et résistantes aux plasmas d'oxygène. Cette thèse m’a notamment permis de me sensibiliser à la complexité des mécanismes de la chimie en phase solide. Ces quatre années de formation à la recherche ont conforté ma volonté de devenir un chercheur. Après mon doctorat, en 1990, je suis donc parti un an en Angleterre (Université de Manchester, Professeur Philip HODGE) avec pour objectif principal d’améliorer nettement mes connaissances de la langue anglaise. Durant cette année, j’ai participé à un projet, financé par le British Council, relatif à la catalyse de réactions chimiques par des catalyseurs supportés sur billes de polymères. En 1992, j’ai intégré le Cirad dans l’équipe de chimie-technologie du caoutchouc naturel au sein du programme hévéa avec pour principaux objectifs d’étudier la structure macromoléculaire du caoutchouc naturel et sa sensibilité à la thermo-oxydation. Le caoutchouc naturel est un produit d’origine biologique. Afin de bien appréhender les relations entre la structure et les propriétés du caoutchouc naturel, de part la complexité du produit, il était impératif d’adopter une approche pluridisciplinaire de la problématique. Par exemples : quel est le rôle des lectines du latex, à priori responsable de sa coagulation, dans la structuration du caoutchouc naturel ? Quels sont les implications des micro-organismes, et les enzymes associées, sur la dégradation des propriétés du caoutchouc naturel au cours de la maturation d’un coagulum de tasse1 ? Ce besoin permanent de « zapping » scientifique (chimie, biochimie, rhéologie, physico-chimie, etc.), entraîne certes une certaine dispersion mais également enrichit un chercheur. Depuis 2007, je participe aux activités des axes « réactivité et structuration sous contrainte des poudres et des agropolymères » et « Biotechnologie microbienne et enzymatique des lipides et des agropolymères » animés respectivement par Marie Hélène MOREL et Eric DUBREUCQ / Pierre VILLENEUVE au sein de l’UMR « Ingénierie des agropolymères et technologies émergentes » dirigée par Stéphane GUILBERT. 1 Après la saignée, le latex va coaguler dans la tasse et donner ainsi un coagulum de tasse. Ce dernier va être stocké plusieurs semaines avant son usinage (Figure 1). 8 Figure 1 : Différents modes de récolte et principaux types de caoutchouc naturel commerciaux. Latex concentré Coagulums de tasse Latex Saignée Caoutchouc granulé compacté ou TSR Feuilles 9 1.5 Production scientifique / administration de la recherche 1.5.1 Animation d’une équipe de recherche De 2001 à 2005, j’ai animé l’équipe « caoutchouc naturel » (2 chercheurs, 1 à 2 ingénieurs, 1 technicienne et 2 ou 3 étudiants/an). J’ai initiée alors une approche relations structure – propriété, et développé le concept de mésostructure pour le caoutchouc naturel, afin d’aborder notre problématique de recherche principale : la maîtrise de la « variabilité du caoutchouc naturel ». Lors du recrutement en 2001 d’un jeune chercheur dans l’équipe (Laurent VAYSSE), j’ai notamment défini, avec Jérôme SAINTE BEUVE, les nouvelles orientations à développer dans le cadre de nos recherches. Dans un premier temps, en 2001, ces nouvelles activités ciblaient l’implication des composés lipidiques dans la variabilité du caoutchouc naturel. Dans un deuxième temps, en 2005, nous avons avec Laurent VAYSSE étendu ces activités aux phénomènes biochimiques et microbiologiques impliqués, lors de la uploads/Science et Technologie/ document-564608.pdf