Le projet scientifique de l'équipe I2M vise une meilleure compréhension des relations composition – structure – fonctionnalités de la matière dite complexe et sensible à base de biopolymères. Les systèmes étudiés au sein de l'équipe sont centrés sur les protéines de réserves de blé (gluténines et gliadines) et de sorgho (kafirines), diverses protéines végétales (pois, colza, pomme de terre, soja etc..) et des glycoprotéines hyperbranchées d’exsudats végétaux (arabinogalactane-protéines ou AGP).

Au travers de la caractérisation de ces systèmes, l’équipe cherche à traiter des questions scientifiques transversales avec pour objectif d'élaborer des concepts génériques permettant d’expliquer l’effet de contraintes extérieures sur les mécanismes et dynamiques d'organisation /désorganisation de la matière.

Les approches développées au sein de l'équipe ainsi que le développement de concepts génériques permettent la maitrise de la fonctionnalité des systèmes générés et l'émergence de nouvelles propriétés. Fondamentalement, l’équipe cherche à établir les liens entre les propriétés intrinsèques des biopolymères étudiés, leurs capacités à interagir dans un environnement physico-chimique et physique contrôlé ou variable, et les propriétés d’usage des assemblages et matrices induits.

Les activités de recherche de l’équipe I2M peuvent se décliner en 3 grandes thématiques :

Propriétés intrinsèques (moléculaires) des biopolymères

• La complexité topologique et conformationnelle des objets sur lesquels nous travaillons rend très délicate leur caractérisation structurale à l’échelle moléculaire. L’utilisation couplée de méthodes classiques (CD, FTIR) et des « Grands Instruments » (SAXS, SANS), nous a permis d'aborder le sujet en mettant en place une méthodologie de traitement des expériences SAXS ou SANS avec en particulier une approche de modélisation de type recuit-simulé.
• Le principal obstacle à l’obtention de conformations réaliste physiquement tient à l’hétérogénéité des objets, avec des zones flexibles ou rigides, mais également à une distribution hétérogène de la densité de matière et des propriétés intrinsèques (polarité, charge, moment dipolaire, constante diélectrique, anisotropie), qui orientent leur dynamique d’interaction et d’assemblage.
• Une des stratégies que nous comptons développer dans les années qui viennent, inspirée des approches de la « biologie structurale », serait de fragmenter les macromolécules en sous-unités ou de les exprimer par voie hétérologue sous forme de protéines recombinantes dont on déterminerait la structure, puis de reconstituer la conformation globale des macromolécules par combinaison de chacune des sous unités.

Mécanismes d’assemblage/déstructuration

• Les mécanismes d’assemblage/déstructuration que nous étudions sont essentiellement des mécanismes de séparation de phase (coacervation simple et complexe, ségrégation), d’agrégation/fibrillation/gélification, de formation de systèmes dispersés (émulsions) et de dissolution/dispersion de réseau de biopolymères.
• Une de nos ambitions majeures est de mieux comprendre l’effet de l’application de contraintes extérieures (température, pression, pH, force ionique, présence de co-solutés,…) sur le couplage/découplage des dynamiques (non-linéaires) d’assemblage/déstructuration de la matière en fonction des dynamiques (non-linéaires) de changements d’interactions entre les biopolymères et les solvants et au sein du solvant lui-même.
• Ces différents processus semblent dépendre de l’existence d’équilibres critiques hydratation/déshydratation – fluctuations des chaines de biopolymères (propriétés volumétriques), définissant leur stabilité et fonctionnalité. Cet équilibre dépendrait d’une part de la polarisabilité et des propriétés diélectriques des biopolymères et de l’eau, qui définissent un ensemble de forces électrodynamiques répulsives ou attractives, et d’autre part de la compressibilité adiabatique des molécules en interaction par rapport à celle du solvant.
• L’étude de ces mécanismes s’effectue par la mise en œuvre de méthodes adaptées avec notamment le développement de systèmes couplés permettant d’analyser les systèmes tout en les perturbant in situ de manière contrôlée avec des conditions extrêmes de température ou de pression.

Propriétés physico-chimiques et stabilité

• Le cadre conceptuel de notre projet est de nature à pouvoir mieux comprendre et orienter la fonctionnalité recherchée des biopolymères et des matrices élaborées. 
• Par exemple, la différence de propriétés stabilisantes, émulsifiantes et filmogènes des AGPs d’Acacia senegal et seyal est en lien avec leurs structures hyperbranchées et leurs propriétés volumétriques, qui dépendent directement de la composition en résidus polaires et apolaires et des fluctuations de volume des objets. Ainsi, les AGPs les plus compressibles et donnant le plus de viscosité (donc de grande masse), sont clairement plus performants pour stabiliser les émulsions du limonène. Par contre, l’effet de la nature et les propriétés physico-chimiques des composés d’arôme a été peu étudiée et pourrait fortement impacter la stabilité finale des huiles essentielles émulsionnées.
• L’effet de l’état organisationnel des assemblages de biopolymères et de leurs interactions avec les solvants affectent leurs propriétés de dégradation, par exemple l’hydrolyse des protéines de réserve des céréales lors de la digestion ou la dégradation en milieu naturel de matériaux à base de biopolymères dans lesquelles cohabitent des phases amorphes et cristallines.
• L’efficacité de matrices insecticides basées sur des huiles essentielles dépend des interactions de faible énergie entre les molécules d’huile essentielle et la matrice biopolymérique qui peuvent être multifactorielles et qui affectent fortement la rétention et la libération des composés d’arômes.