Thèse Développement d'Un Matériau d'Emballage Alimentaire Antibactérien à Base de Polyesters Biodégradables en Combinant des Procédés de Fusion et d'Électrofilage en Émulsion H/F - 69

Établissement : Université Claude Bernard Lyon 1
École doctorale : Chimie de Lyon
Laboratoire de recherche : LAGEPP - Laboratoire d'Automatique, de Génie des Procédés et de Génie Pharmaceutique
Direction de la thèse : Sami GHNIMI ORCID 0000000303734520
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-15T23:59:59

Ce projet de thèse de doctorat vise à développer un nouveau matériau d'emballage alimentaire antibactérien et biodégradable, doté d'une structure bicouche ou tricouche composée d'une couche externe en polyester fondu, d'une couche intermédiaire antibactérienne électrofilée et éventuellement d'une autre couche interne mince afin d'obtenir un emballage à libération contrôlée (CRP). Les objectifs spécifiques de ce doctorat sont de formuler et de caractériser les films développés et d'évaluer leur activité antimicrobienne (contre les bactéries Gram () et Gram (+)), leur impact environnemental (analyse du cycle de vie) et leur biodégradabilité dans l'eau et le sol. La libération contrôlée des molécules antimicrobiennes sera étudiée en combinaison avec les propriétés barrières afin de comprendre et d'optimiser la couche active mince obtenue par électrofilage en émulsion. Des produits alimentaires spécifiques seront ciblés afin d'évaluer l'efficacité des composés actifs dans la prolongation de la durée de conservation des aliments.

À l'échelle mondiale, environ un tiers de toute la nourriture produite pour la consommation humaine est perdue ou gaspillée. Environ 1,3 milliard de tonnes de la production alimentaire mondiale, d'une valeur de plus de 1 000 milliards de dollars, sont perdues, gaspillées ou jetées dans des décharges. Heureusement, la plupart des déchets alimentaires peuvent être évités, et la récupération de seulement la moitié de ce qui est perdu ou gaspillé pourrait nourrir toute une population. Dans le domaine de la conservation des aliments, l'emballage joue un rôle essentiel en tant que méthode douce et fiable pour maintenir la sécurité, la qualité et la valeur nutritionnelle des aliments tout en prolongeant leur durée de conservation. Cependant, l'industrie de l'emballage alimentaire est confrontée à un double défi : (i) garantir la sécurité alimentaire en prévenant la contamination microbienne et (ii) répondre aux préoccupations environnementales causées par les plastiques non dégradables à base de pétrole. Les polyesters biodégradables tels que l'acide polylactique (PLA), le polybutylène succinate (PBS), le polybutylène succinate adipate (PBSA) et les polyhydroxyalcanoates (PHA) sont apparus comme des alternatives durables en raison de leur nature renouvelable, de leur biodégradabilité et de leur compatibilité avec les applications en contact avec les aliments. Cependant, ces matériaux ne possèdent pas de propriétés antibactériennes inhérentes, essentielles pour réduire la détérioration des aliments et prolonger leur durée de conservation. Le développement de matériaux d'emballage alimentaire antibactériens et biodégradables efficaces reste difficile et nécessite l'utilisation de technologies de traitement avancées. En effet, l'incorporation de ces agents antimicrobiens dans les emballages à base de polymères pose certains défis liés à la sensibilité des molécules actives à la température, à l'oxygène, à la lumière, au pH, à leur volatilité, à leur instabilité chimique, à leur dégradation oxydative, à leur dispersion difficile dans la matrice polymère hautement visqueuse et à leur libération contrôlée pour assurer une fonction protectrice à long terme. Les procédés de fusion (y compris l'extrusion de film soufflé) et l'électrofilage en émulsion sont deux techniques complémentaires qui peuvent être combinées pour créer des matériaux d'emballage multifonctionnels présentant les propriétés souhaitées. Les procédés de fusion permettent la production à grande échelle de films polymères biodégradables dotés d'excellentes propriétés mécaniques, tandis que l'électrofilage en émulsion peut être utilisé pour créer une matrice qui contrôle la libération des agents antimicrobiens dans le temps et offre d'excellentes propriétés barrières. Cela garantit le maintien des propriétés antimicrobiennes pendant toute la durée de conservation des aliments, offrant une protection continue contre la contamination microbienne. La combinaison de ces deux techniques peut donner naissance à des matériaux d'emballage multicouches ou hybrides à la fois fonctionnels et respectueux de l'environnement.

formuler et de caractériser les films développés et d'évaluer leur activité antimicrobienne (contre les bactéries Gram () et Gram (+)), leur impact environnemental (analyse du cycle de vie) et leur biodégradabilité dans l'eau et le sol.

Le projet de doctorat portera sur les techniques de mise en oeuvre de polymères, en particulier le processus de fusion et l'électrofilage en émulsion. Le processus de fusion sera optimisé afin de produire des films polymères continus et uniformes présentant des propriétés mécaniques adaptées pour garantir leur robustesse dans le cadre d'applications d'emballage alimentaire. L'électrofilage sera ensuite utilisé pour produire des couches nanofibreuses contenant des agents antibactériens, l'objectif étant d'obtenir une libération contrôlée et prolongée des agents antimicrobiens dans le temps. La caractérisation des matériaux sera effectuée à l'aide d'une calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et d'une analyse thermogravimétrique (ATG) afin d'étudier les propriétés thermiques des matériaux développés. La microscopie électronique à balayage (MEB) sera utilisée pour observer la morphologie des fibres électrofilées et des films extrudés, tandis que la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) permettra de confirmer les interactions chimiques entre la matrice polymère et les agents antibactériens. Des essais mécaniques permettront d'évaluer la résistance à la traction et la flexibilité des structures multicouches. Des mesures de diffusion dynamique de la lumière (DLS) et du potentiel zêta seront effectuées pour évaluer la distribution granulométrique et la stabilité des émulsions. L'activité antibactérienne des matériaux développés sera évaluée, notamment à l'aide de tests de diffusion sur disque pour mesurer les zones d'inhibition de la croissance bactérienne, et d'un test cinétique de destruction bactérienne pour quantifier la réduction des populations bactériennes au fil du temps. Les évaluations des propriétés barrières comprennent la mesure de la perméabilité à l'oxygène et à la vapeur d'eau afin de déterminer l'efficacité protectrice du matériau d'emballage. En outre, les performances des emballages alimentaires seront testées dans des conditions de stockage simulées afin d'évaluer la stabilité des propriétés antibactériennes et l'efficacité globale dans la préservation de la qualité des aliments. Une analyse du cycle de vie environnemental (E-LCA) sera réalisée et portera sur de nombreux impacts environnementaux, à l'aide de méthodologies de pointe et en tenant compte de l'ensemble du cycle de vie, du berceau à la tombe. La biodégradabilité dans l'eau et le sol sera évaluée conformément aux normes ISO.