Membranes polymériques avec addition de metalic organic framework (MOF) pour la capture de gaz toxiques (VOC) – Applications sécurité incendie et filtration industrielle

Lieu:

Chaire de recherche du Canada (niveau 1) en rhéologie pour le développement de nouveaux matériaux polymères
École de technologie supérieure (ÉTS), Montréal, Canada

Contexte

Les incendies et de nombreux environnements industriels exposent les travailleurs à des gaz toxiques, notamment des composés organiques volatils (VOC), des solvants et des fumées nocives. La protection contre ces contaminants constitue un enjeu majeur de santé et de sécurité. Or, les matériaux filtrants actuellement utilisés sont souvent lourds, peu sélectifs et présentent une respirabilité limitée, ce qui réduit leur efficacité et leur confort d’utilisation. Dans ce contexte, le développement de nouvelles générations de membranes filtrantes est essentiel. Les membranes nanofibreuses obtenues par électrofilage (electrospinning) ou par blow spinning offrent un avantage déterminant : leur structure fibreuse à très haute surface spécifique et leur porosité contrôlée permettent une capture plus efficace des composés toxiques tout en conservant une excellente perméabilité à l’air. Parallèlement, des matériaux adsorbants de nouvelle génération, en particulier les Metal–Organic Frameworks (MOFs), ont connu un développement considérable au cours des dernières années. Grâce à leur très grande surface spécifique, leur porosité ajustable et la possibilité de fonctionnaliser chimiquement leurs sites actifs, les MOFs offrent une capacité exceptionnelle d’adsorption et de sélectivité vis-à-vis de nombreux VOC et gaz toxiques.

Objectif du doctorat

Ce projet vise ainsi à développer des membranes nanofibreuses ultra-légères, hautement sélectives et performantes, intégrant des MOFs au sein de matrices polymères, afin de combiner filtration physique et adsorption chimique pour la capture efficace des VOC et gaz toxiques.

Les étapes du doctorat seront donc de :

1. Améliorer un système de blow spinning disponible au laboratoire
2. Optimiser la fabrication de fibres polymères après choix des polymères adéquats
3. Synthèse des MOFs
   1. Intégrer des MOFs dans les fibres
   2. Développer des membranes filtrantes performantes
   3. Tester la capture de VOC et solvants

Environnement

Au cours de ce doctorat, l’étudiant ou l'étudiante développera une expertise solide en génie des procédés, en science des matériaux et en évaluation des performances fonctionnelles de systèmes filtrants avancés, avec un accent particulier sur la protection de la personne en environnements extrêmes. Il acquerra également des compétences très recherchées en conception d’équipements et en mise à l’échelle de procédés, en formulation de matériaux polymères fonctionnels, en intégration de nanomatériaux tels que les MOFs, ainsi qu’en caractérisation avancée (rhéologie, morphologie, propriétés mécaniques et transport). Le projet offrira par ailleurs une formation complète en innovation et transfert technologique, incluant la possibilité de travailler en étroite interaction avec des partenaires industriels, de contribuer à des dépôts de brevets et de valoriser les résultats dans des publications scientifiques de haut niveau. L’étudiant ou l'étudiante évoluera dans un environnement dynamique favorisant l’autonomie, la créativité et le développement de compétences transversales en gestion de projet, communication scientifique et travail interdisciplinaire.

Le doctorant ou la doctorante intégrera la Chaire de recherche du Canada en rhéologie des matériaux polymères, un environnement reconnu internationalement pour l’excellence de ses travaux en rhéologie avancée, en matériaux polymères fonctionnels, en fabrication additive et en développement de membranes, ainsi qu’en nanocomposites et MOFs. La Chaire s’appuie sur des infrastructures de pointe comprenant des équipements de rhéologie avancée, des plateformes de transformation des polymères (extrusion, fabrication additive, électrospinning) et des outils de caractérisation complets. Elle bénéficie de collaborations industrielles actives dans les secteurs de l’énergie, du transport et des matériaux, ainsi que de partenariats académiques internationaux en Europe, en Amérique et en Asie. L’encadrement proposé est multidisciplinaire et offre au doctorant ou à la doctorante un environnement scientifique stimulant, ouvert sur l’innovation et le transfert technologique.