Thèse Valorisation Chimique de Déchets Plastiques Oxygénés-Azotés H/F - 75

Établissement : Université Paris-Saclay GS Chimie
École doctorale : Sciences Chimiques : Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes
Laboratoire de recherche : NIMBE - Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie - DRF/IRAMIS
Direction de la thèse : Jean-Claude BERTHET ORCID 0000000275528315
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-03-31T23:59:59

Pour mettre fin au gâchis et faire évoluer l'industrie chimique vers une économie circulaire, il faut réutiliser et/ou recycler les plastiques et tenter de valoriser leur matière carbonée issue de sources fossiles. Le recyclage mécanique est ainsi en plein essor mais encore trop limité à certains plastiques et est fortement entravé par les contaminations et les mélanges de résines. Le traitement chimique permettant de récupérer le contenu carboné des polymères en régénérant les monomères de base ou de nouvelles molécules chimiques à hautes valeurs ajoutées offre des voies prometteuses pour récupérer la matière organique et limiter ainsi les pollutions, l'utilisation de ressources fossiles et les émissions de gaz à effet de serre.
Le recyclage chimique (en dehors des voies de pyrolyse et gazéification) nécessite de développer des procédés efficaces permettant de traiter chacun des nombreux types de matériaux plastiques (carbonés, oxygénés, azotés tels que les polyéthers, polyesters et polyamides...). Le traitement chimique de ces matériaux pour produire sélectivement des précurseurs, ou des molécules dérivées, ou de nouveaux matériaux constitue un défi majeur.
Ce projet de recherche repose sur le développement de méthodes de dépolymérisation catalytique de plastiques oxygénés/azotés, par des coupures sélectives des liaisons carbone-oxygène et/ou carbone-azote, pour former les monomères ou des dérivés réduits. Dans ce but, des systèmes catalytiques, mettant en jeu des complexes organométalliques de métaux non nobles (type pinceurs) et des réducteurs abondants et peu coûteux seront développés et testés en catalyse de réduction.
Nous considérerons également l'utilisation de réactifs organiques et/ou inorganiques, par exemple des anhydrides, pour dépolymériser des plastiques en l'absence de catalyseurs et générer des monomères fonctionnalisés.
Dans le but d'optimiser ces systèmes, nous chercherons à comprendre leur mode de fonctionnement et les mécanismes impliqués.

En fin de vie, les plastiques restent des ressources trop précieuses pour finir en décharge. Pour répondre aux nouvelles directives européennes et à la loi antigaspillage pour une économie circulaire (AGEC), il devient impératif de ne plus se contenter de les incinérer (valorisation énergétique), mais bien de valoriser la matière qu'ils contiennent.
Le recyclage mécanique, bien qu'en plein essor, montre rapidement ses limites : il ne permet pas de traiter l'ensemble des plastiques, se limite à quelques cycles de réutilisation et conduit souvent à une dégradation des propriétés des matériaux (décyclage).
Le recyclage chimique apparaît comme la solution la plus prometteuse pour récupérer le contenu carboné des polymères et régénérer des monomères ou molécules dérivées destinés à l'industrie pétrochimique ou obtenir de nouveaux polymères. Pourtant, ce type de recyclage reste encore très peu exploité (seulement 1 % du recyclage en Europe). Son développement exige la mise au point de procédés efficaces, capables de traiter la grande diversité des polymères et d'être rentable économiquement.

L'objectif de cette thèse est de valoriser chimiquement des déchets plastiques oxygénés/azotés par dépolymérisation ou désoxygénation sélective par des approches stoechiométriques ou de catalyse. Le présent projet doctoral vise principalement la découverte de nouveaux couples catalytiques (Catalyseur et réducteur) efficaces pour dépolymériser ou désoxygéner des déchets plastiques oxygénés et azotés courants (polyamides et polyuréthanes) avec une grande sélectivité dans des conditions relativement douces.

Nous testerons des complexes organométalliques connus et/ou nouveaux, principalement à base de métaux non nobles, en présence de réducteurs courants pour réduire des substrats monomériques (monoesters, amides, carbonates) via des coupures spécifiques de liaisons C-O et ou C-N. Nous testerons ensuite les systèmes les plus efficaces à la dépolymérisation réductrice de matériaux plastiques purs puis à des déchets de la vie courante.
Afin de s'affranchir des réducteurs silanes et boranes principalement utilisés dans ce domaine, qui sont chers et qui génèrent des déchets, nous considérerons des réducteurs courants tels H2 et les alcools, qui sont abondants et peu chers.
Des composés de type anhydrides, très réactifs, seront également testés pour dépolymériser certains plastiques afin de récupérer des fragments fonctionnalisés d'intérêt.