Présentation

Thématiques de recherche

Les activités de recherche se réalisent au sein de trois équipes structurées sur la base d’un partage de compétences scientifiques et techniques. La chimie du végétal et la chimie durable sont des thématiques transversales au sein de l’ICMR.

Équipe Chimie Organique, Méthodes Et Applications

L’organisation interne de l’équipe s’établit selon une association de compétences autour de projets scientifiques fédérateurs inscrits dans l’un des 3 axes prioritaires de l’équipe :

Outils, méthodes : approches expérimentales et théoriques

Cet axe de recherche est orienté vers la mise en œuvre de méthodes originales en synthèse organique ainsi que vers l’étude des mécanismes réactionnels correspondants. Il comprend également un volet modélisation moléculaire impliquant le développement de nouveaux outils d’analyse et venant ainsi en appui des études expérimentales pour acquérir une connaissance fine des transformations mises en jeu.

Synthèse de molécules bioactives

Cet axe de recherche est centré sur la préparation de molécules originales pour développer des applications dans le domaine thérapeutique essentiellement. A partir de compétences en synthèse organique méthodologique (glycochimie, catalyse, synthèse peptidique, synthèse hétérocyclique, chimie radicalaire, chimie du fluor, photochimie, etc.) l’objectif est de réaliser la conception, la synthèse et l’évaluation biologique (processus inflammatoires, cancer, antibactérien, etc.) de molécules cibles.

Transformations et applications de molécules biosourcées

Le développement des activités de valorisation de la biomasse végétale vers une utilisation non alimentaire est un enjeu économique considérable pour les territoires agricoles français. Sur le territoire champardennais, l’activité agricole (blé, betterave sucrière, vigne) et forestière donne accès à un large panel de co-produits valorisables et ainsi à une très grande variété de molécules biosourcées (monosaccharides, (di)acides, glycérol…). Les projets développés dans cet axe visent donc à valoriser ces composés par des méthodes rapides, peu coûteuses, et à faible impact environnemental.

Équipe chimie des substances naturelles et de l’environnement

Les questions de recherche que l’équipe CSNE souhaite aborder sont centrées sur l’étude, l’exploration et la déconvolution d’espaces chimiques complexes. Trois axes prioritaires structurent les activités de recherche :

Développements méthodologiques

Un premier aspect (amont dans le processus d’étude de matrices naturelles) concerne les aspects de sciences séparatives avec le développement de procédés plus respectueux de l’environnement et notamment en chromatographie de partage centrifuge et en extraction solide-liquide. Un second aspect concerne la poursuite des développements méthodologiques pour le profilage chimique de mélanges complexes en proposant des workflows robustes et efficaces combinant l’analyse des données spectrales issues de la Spectrométrie de Masse en tandem et de la RMN avec des approches relevant de l’intelligence artificielle.

Étude et valorisation de la bio(chémo)diversité

L’étude de la diversité structurale des substances naturelles et de leurs activités biologiques constitue une part significative des activités de recherche de cet axe. La sélection des extraits naturels s’appuie sur des considérations ethnobotaniques (plantes africaines, valorisation de la flore locale ou de hot spots de biodiversité), chimiotaxonomiques ou bioéconomiques. Ces extraits et les composés purifiés sont ensuite évalués pour des applications thérapeutiques en tant qu’agents antimicrobiens (antibactériens ou antiparasitaires), cytotoxiques, à visée cosmétiques, ou en tant qu’inhibiteurs enzymatiques. La sélection des composés d’intérêt s’appuie également sur des approches de criblages in silico de docking inverse à très haut débit. Le dernier volet des recherches menées au sein de cet axe concerne tout naturellement les aspects plus structuraux en lien avec les interactions protéines-ligands, du point de vue expérimental dans le domaine de la biologie structurale par RMN et théorique in silico avec l’étude et la quantification des interactions moléculaires non-covalentes.

Chimie de l’Environnement

Les activités développées au sein de cet axe portent sur la compréhension du comportement des contaminants dans l’environnement afin d’évaluer leur devenir et les risques associés et mieux y remédier. Elles sont focalisées en particulier sur le comportement des contaminants dans les compartiments sol, eau, sédiment, produits résiduaires organiques (PRO), plantes, ainsi qu’à leurs interfaces (sorption à l’interface solide/liquide, spéciation en solution et sur les surfaces, complexation entre contaminants, interaction avec la matière organique dissoute, prélèvement par les plantes). Les études que nous menons sur l’épandage de PRO ont conduit à la création d’une chaire industrielle MERGE (Méthanisation en Région Grand Est). L’ensemble de ces activités s’inscrit dans la Zone Atelier (infrastructure de recherche du CNRS) environnementale Rurale ArGonne (ZARG) labellisée par CNRS Écologie Environnement portée par l’ICMR.

Équipe édifices moléculaires complexes et applications

L’équipe EMCA regroupe nos expertises en chimie macromoléculaire, en chimie de coordination et en formulation. Les activités de recherche concernent l’élaboration et la caractérisation de systèmes moléculaires complexes présentant des fonctions spécifiques et sont réparties en 3 axes thématiques.

Assemblages macromoléculaires, fonctionnalités et applications.

Les activités de l’axe « Assemblages macromoléculaires, fonctionnalités et applications » s’appuient sur la chimie des macromolécules naturelles d’origine végétale (polysaccharides, lignine) et des polymères de synthèse, leur modification par voie chimique et/ou enzymatique, leur caractérisation, et l’adaptation de leurs propriétés fonctionnelles sur la base d’une compréhension fine des phénomènes physico-chimiques mis en jeu. Deux grandes familles de transformations chimiques sont au centre du projet : les procédés propres de réticulation et de fonctionnalisation des macromolécules et la polymérisation réticulante de systèmes complexes via des méthodes de transformation par intensification (extrusion, traitement sous rayonnement UV-visible ou ionisant, réactions sans solvant).

Liquides ioniques à tâches spécifiques

Les activités de recherche développées au sein de cet axe thématique reposent sur le design et la méthodologie de synthèse de liquides ioniques (LIs) originaux, constitués de cations organiques issus de la glycine bétaïne et/ou de la choline associés à des anions organiques et inorganiques. L’utilisation de ces châssis cationiques permettra d’obtenir des LIs aux propriétés physicochimiques modulables, autorisant le développement de procédés d’extraction liquide-liquide via des systèmes biphasiques rémanents ou induits. Le développement de modèles sur la base de l’étude des transferts de matière et des aspects thermodynamiques permet d’apporter des éléments de compréhension des mécanismes mis en jeu dans les processus d’extraction. Les applications visées concernent l’extraction liquide-liquide de métaux 3d et nobles, de polluants émergeants, de substances actives, etc.

Systèmes magnétiques et optiques vectorisés pour l’imagerie et la thérapie

Les activités de cet axe sont orientées vers la conception de systèmes modulables associant polymères naturels hydrosolubles (de type polysaccharides) et dispositifs magnétiques ou optiques à base de complexes de coordination (lanthanides en particulier) ou d’absorbeurs optiques proche infrarouge. Elles reposent sur l’expérience acquise en matière d’élaboration de nanohydrogels biocompatibles à base de chitosane et d’acide hyaluronique, encapsulant des complexes de Gadolinium pour l’imagerie IRM. Les nanostructures développées à l’ICMR permettent d’accéder à des sondes IRM T1 hypersensibles, parmi les plus efficaces décrites actuellement. Les développements actuels concernent le développement de systèmes de diagnostic injectables bimodaux ou sans agent paramagnétique, le développement de biopolymères fonctionnalisés par des sondes optiques dans le proche infra-rouge pour la thérapie oculaire.

Savoirs faire

• Synthèse organique multi-étapes, catalyse, analyse structurale de produits et d'intermédiaires, transformation et valorisation de la biomasse.
• Conception, synthèse et évaluation de molécules d'intérêt thérapeutique, modélisation moléculaire.
• Extraction, purification, analyse structurale de substances naturelles, élucidation structurale assistée par ordinateur, développements méthodologiques en résonance magnétique nucléaire et en spectrométrie de masse, chemo-informatique.
• Chimie de l’environnement, compréhension du devenir/transfert de polluants organiques et/ou inorganiques.
• Cinétique et mécanismes réactionnels, développement de procédés propres, modélisation, intensification et scale-up.
• Caractérisation structurale des polymères, délivrance contrôlée d'actifs, relations structure-propriétés.
• Synthèse de ligands et de complexes de coordination, incorporation des complexes dans des nanoparticules, greffage de complexes sur surfaces ou polymères biosourcés

Equipements dont l'ICMR a la gestion

Analyse

• Résonance magnétique nucléaire : parc Bruker 500 MHz (x2), 600 MHz, cryosonde, couplage LC-SPE-RMN, solide, HRMAS, micro-imagerie
• RMN à bas champ Magritek SpinSolve 60
• Relaxomètre à 40 MHz
• Spectrométrie de masse : Waters Synapt G2-Si UPLC-IMS-MSMS, QToF, MALDI-ToF ; Thermo Scientific Q-Exactive OrbiTrap UPLC-HRMSMS, LC-QDa, GC-MS, etc.
• Diffraction des rayons X : Bruker D8 Venture, sources Mo et Cu, détecteur 2D CMOS
• Analyse thermo-physique (DSC, DMA)
• Nanosizer Malvern (DLS, SLS)
• HPLC UV, CAD, DEDL, chaîne GPC, etc.
• GC, GC-MS
• Environnement : ICP-OES, ICP-MS Agilent 8800 ICP-QQQ, digesteur micro-ondes, etc.
• Microscopie : microscope Bruker couplé à un spectromètre IRTF et microscope Horiba couplé à un spectromètre Raman destinés à l’analyse des microplastiques, microscope numérique Keyence couplé à une analyse élémentaire instantanée des zones pointées
• UV-visible, IRTF (MIR, NIR, ATR), polarimétrie, fluorescence
• Microanalyse (C, H, N, S)
• Chaînes de mesures potentiométriques, voltampérométrie, polarographie
• Etc.

Transformation chimique

• Accélérateur d’électrons 80-150 kV,
• Photochimie,
• Micro-ondes,
• Extrudeuses (extrusion réactive)
• Stations Formlabs d’impression 3D par photopolymérisation
• Réacteur hyperbar
• etc.

Fractionnement et éco-extraction

• Plate-forme pilote d’extraction (broyeurs, centrifugeuse, extracteur L/L, …)
• Fluides super-critiques,
• Micro-ondes,
• Ultrasons
• HPTLC Camag-MS,
• Chaînes HPLC (semi-) préparative, possibilité de couplage avec un détecteur de masse.
• Chromatographes de Partage Centrifuges (x3),
• PuriFlashs, chromato flash-DEDL
• Gestion des solvants : évaporateur rotatif pilote, lyophisateurs, évaporateur centrifuges Genevac, etc.

Biologie

• Lecteurs de micro-plaques, robot pour tests in vitro

Partenariats

Non académique et industriels

Ariane Group, Orphan, Bull, Guerbet, Moet & Chandon, Rousselet Robatel, Givaudan, Pierre Fabre, Cosmo International Fragrances, Minakem, Clarins, Robertet, L’Oréal, Orgapharm, Schneider Electric, Resinoplast, Coatex, NatExplore, Berkem, Gergonne, GRDF, etc.

Académiques

France (métropole), Polynésie française, La Réunion, Belgique, Allemagne, Suisse, Grèce, Autriche, Pologne, Italie, Australie, USA, Japon, Inde, Chine, Maroc, Algérie, Afrique du Sud, Côte d’Ivoire, Egypte, Suède, Pakistan, Tunisie, etc.

Autres partenaires

Ctcpa, Institut Neo Caledonien, CIVC, CNES, IFPEN, AgroParisTech, SATT Nord, FNC, FDC 08, FDC 51, AEROLAB, Ardenne Métropole, Grand Reims, etc.

Spécificités

• Développement de nouvelles transformations chimio/stéréo sélectives en synthèse organique et organométallique, méthodes d’activation (catalyse, microondes, réacteur hyperbar), chimie durable, synthons biosourcés, glycochimie.
• Modélisation et compréhension des activités biologiques, docking inverse à très haut débit
• Développements méthodologiques en chromatographie, modélisation, intensification et scale-up
• Analyse structurale assistée par ordinateur, chemo-informatique et intelligence artificielle, analyse de mélanges complexes de substances naturelles (déréplication)
• Chimie sous rayonnement (UV, ionisant)
• Extrusion réactive
• Réticulation en milieu complexe
• Approche multi-échelle des phénomènes de transfert de polluants
• Transferts d'espèces chargées dans des systèmes biphasiques
• Sondes IRM hypersensibles - nanohydrogels
• Encapsulation, déstructuration de biopolymères
• Photosensibilisateur pour la thérapie photodynamique
• Chimie macromoléculaire, polymères biosourcés

Brevets

Une douzaine de brevets (chimie pharmaceutique, environnement, matériaux) déposés depuis 2018 et environ 80 publications par an.

Publications marquantes

https://cnrs.hal.science/ICMR

Date de mise à jour: mars 2024

Organigramme