Fabrication et propriétés d'émulsions concentrées étudiées par la microfluidique

Les gouttes d’émulsion peuvent être utilisées comme vecteurs encapsulant diverses molécules, macromolécules ou bien nanoparticules, ou encore comme étape intermédiaire à la fabrication de microparticules pour les biotechnologies. La microfluidique permet entre autres d’obtenir des émulsions monodisperses constituées de gouttes de quelques micromètres. Pour cette gamme de taille de gouttes, le rendement de ces méthodes est trop faible pour leur industrialisation et nécessite une parallélisation du procédé d’émulsification. Une des méthodes, nommée émulsification à la marche, repose sur une fragmentation liquide purement pilotée par la géométrie du système où une modification du confinement à l’extrémité d’un microcanal induit un gradient de courbure de l’interface, donc de pression capillaire, qui provoque la formation des gouttes. Ce procédé se prête bien à la parallélisation mais est limité en nombre de microcanaux en raison d’un couplage entre l’écoulement de la phase dispersée à travers les microcanaux et l’écoulement transverse de la phase continue nécessaire à l’évacuation des gouttes hors du microsystème. Cette thèse porte sur l’étude d’une puce microfluidique introduisant une terrasse d’une hauteur intermédiaire entre les microcanaux et le canal de collecte. Dans la terrasse, les gouttes forment un empilement compact de gouttes qui se renouvelle constamment. L’émulsion concentrée dans la terrasse impose une résistance hydraulique permettant ainsi le découplage entre l’étape d’émulsification et l’écoulement de l’émulsion hors du microsystème. Nous montrons également comment la fréquence de production varie en fonction des différents paramètres physico-chimique du système afin de maximiser le rendement. Cependant, le système est limité par la coalescence entre gouttes au-delà d’une fréquence seuil qui est la conséquence d’une déplétion en tensioactifs. Cette fréquence critique dépend du transport des tensioactifs depuis le canal de collecte jusqu’aux microcanaux qui est soit purement diffusif soit assisté par de l’advection induite par le mouvement des gouttes dans la terrasse. Le mode de transport dépend de la longueur de la terrasse, de la nature des tensioactifs, de leur concentration et de la présence d’ions. Enfin, ces gouttes d’émulsion de quelques micromètres et monodisperse ont été utilisées comme émulsions modèles afin d’étudier leur stabilité sous centrifugation. Le taux de déformation des interfaces s’avère être un élément clé lors de la déstabilisation des films minces entre gouttes.