Résumé de thèse de Robin POUYET – Lauréat du PRIX ÉTUDIANT SFIP 2021

Les résines ablatives, matrices des matériaux composites ablatifs, permettent grâce à leur mécanisme particulier de dégradation en température la protection des systèmes exposés à des flux thermiques intenses, notamment dans le domaine aérospatial. De tels matériaux sont par exemple utilisés dans les tuyères des propulseurs à poudre des fusées Ariane 5. Ils répondent au double objectif de conduire la chaleur au contact des gaz de poudre afin d’assurer la propulsion et d’être un isolant thermique efficace afin de préserver les parties structurales de la tuyère. Lors de l’exposition au flux, la pyrolyse de la résine entraine la formation d’un résidu carboné, appelé coke, qui doit avoir une tenue mécanique et être formé en quantité suffisante afin de lier les fibres du renfort et assurer l’intégrité de la tuyère. Pour cette raison, les résines phénoliques sont généralement utilisées comme matrice thermodurcissable car elles produisent une proportion massique de coke importante lors de leur pyrolyse (taux de coke) ainsi qu’un coke intègre.

Les résines phénoliques, courent un risque d’obsolescence règlementaire à cause de la présence de phénol et de formaldéhyde libres, composés suspectés d’être respectivement mutagène et cancérigène. Ces travaux de thèse, menés dans le cadre d’une collaboration entre l’Institut de Chimie Moléculaire de Reims, unité mixte de recherche du CNRS et de l’Université de Reims Champagne-Ardenne, et l’entreprise ArianeGroup, ont porté sur une technologie susceptible de remplacer ces résines : les monomères à fonctions chromène.

Ces monomères sont accessibles à partir de réactifs aromatiques, par la fonctionnalisation puis le réarrangement de fonctions éther de propargyle. Les substrats phénoliques utilisés sont tous potentiellement obtenus à partir de la biomasse, c’est-à-dire à partir de ressources renouvelables. Les propriétés intéressantes des monomères obtenus ont permis la montée en échelle d’un monomère à fonctions chromène et la production de plusieurs dizaines de kilogrammes en vue de la fabrication de matériaux composites.

De plus, une démarche a été mise en place afin de rationaliser le développement de molécules non toxiques par un design moléculaire judicieux et l’utilisation d’un logiciel de prédiction développé en collaboration avec ArianeGroup. Cette approche a pour objectif d’améliorer la probabilité d’obtenir une molécule non nocive par rapport à une simple méthode essai-erreur qui est chronophage et couteuse. Ces travaux ont permis d’initier la constitution d’une chimiothèque de molécules d’intérêt applicatives et à profil sanitaire amélioré.

Crédits : ArianeGroup
Institut de Chimie Moléculaire de Reims (UMR CNRS 7312).