Geoffrey W. Coates et Marc A. Hillmyer

La société moderne dépend des matériaux polymères, mais la plupart des plastiques conventionnels sont fabriqués à partir de ressources fossiles et beaucoup persistent longtemps après leur utilisation. Les alternatives durables doivent prendre en compte l’origine des matières premières, l’efficacité de la synthèse, les performances du produit fini ainsi que sa dégradation, son retraitement ou son recyclage après utilisation. Geoffrey W. Coates et Marc A. Hill-myer ont apporté des contributions pionnières et complémentaires à l’ensemble de ce processus. Grâce à la conception moléculaire, à la catalyse, à l’architecture des polymères et à l’ingénierie des matériaux, ils ont ouvert de nouvelles voies permettant de transformer des ressources renouvelables et du carbone récupéré en matériaux polymères hautement performants, conçus pour être dégradés, retraités ou recyclés.

Hillmyer a établi les principes fondamentaux permettant de transformer les polymères renouvelables en matériaux pratiques. Ses travaux sur le polylactide (ou PLA) et les polyesters aliphatiques apparentés ont montré comment l’architecture moléculaire, la stéréochimie et l’organisation à l’échelle nanométri-que peuvent pallier la fragilité et la gamme limitée de propriétés souvent associées aux polymères d’origine biologique. En combinant des segments de PLA rigides avec des blocs de polyester souples dérivés de lactones renouvelables, il a créé des plastiques polymères à blocs résistants, des élastomères thermoplas-tiques hautement extensibles et des adhésifs sensibles à la pression dont les propriétés sont comparables à celles des matériaux dérivés, et non dégradables,

du pétrole. Ses recherches sur les monomères dérivés du sucre, les polyesters rapidement dégradables et les réseaux polymères à base de PLA recyclables ont en outre démontré comment il est possible d’intégrer dans un même matériau une origine renouvelable, des performances élevées, une réparabilité et une recyclabilité. Ces avancées ont fourni des principes de conception généraux, une compatibilité avec les méthodes établies de transformation à l’état fondu et des voies de synthèse pertinentes sur le plan industriel pour la production de polymères durables.

Coates a révolutionné la synthèse des polymères grâce à des catalyseurs per-mettant un contrôle précis de la composition, de la stéréochimie et des propriétés des polymères. Il a mis au point des voies chimiques pour obtenir des polyhydroxyalcanoates biodégradables, ou PHA, dans lesquelles des époxydes sont convertis en bêta-lactones, puis polymérisés en matériaux dont les propriétés thermiques, mécaniques et de dégradation sont ajustables. Ces époxydes peuvent être dérivés d’alcènes renouvelables, tandis que le monoxyde de carbone utilisé dans leur production peut être obtenu par réduction du dioxyde de carbone. Coates a également été le pionnier des catalyseurs hautement actifs pour la copolymérisation alternée du dioxyde de carbone et des époxydes, établissant ainsi les fondements scientifiques des polycarbonates et polyols contenant du CO₂ qui ont atteint le stade de la fabrication industrielle. Ses travaux sur les polymères dérivés de terpènes, les polyesters biomédicaux à séquence contrôlée et le recyclage des polymères ont étendu ces principes à une large gamme de matériaux durables et ont démontré une voie directe allant de la conception des catalyseurs à la production à grande échelle.

Leur collaboration a permis de réunir ces différentes approches. Dans le cadre de travaux de recherche menés conjointement, Coates et Hillmyer ont com-biné la synthèse contrôlée de polymères, l’ingénierie des matériaux et l’analyse environnementale pour créer des élastomères de polyester présentant de solides performances mécaniques et une hydrolysabilité enzymatique démontrable. Ils ont également mis au point des réseaux de polyester robustes pouvant être retraités par échange dynamique de liaisons, récupérés sous forme de pré-polymères ou dégradés par hydrolyse. Leur partenariat s’est renforcé grâce au Centre pour les polymères durables de la National Science Foundation, fondé et dirigé par Hillmyer, Coates dirigeant son programme de recherche à Cornell.

Ce centre a réuni des chercheurs universitaires et industriels autour des matières premières renouvelables, de la polymérisation catalytique, des performances des matériaux, de la biodégradation et du recyclage chimique. Grâce à leurs découvertes, à leur collaboration et à leur leadership scientifique, Coates et Hillmyer ont mis en place une filière intégrée allant de l’invention moléculaire à la production de matériaux pertinents sur le plan industriel, en passant par une gestion responsable de la fin de vie des produits, contribuant ainsi à jeter les bases d’une économie des polymères moins dépendante des ressources fossiles.

Geoffrey W. Coates: Department of Chemistry and Chemical Biology at Cornell University

Marc A. Hillmyer: University of Minnesota, Department of Chemistry