Relations entre propriétés et structures dans les émulsions stabilisées par un mélange de tensioactifs et de nanoparticules

Relationship between properties and structures in emulsions stabilized by surfactant / particle mixtures

• Auteur / Autrice : Stéphanie Limage
• Direction : Mickaël Antoni, Murielle Schmitt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie et analyse
• Date : Soutenance le 06/10/2011
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Marseille ; 1996-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Annie Sanfeld
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Danièle Clausse, Libero Liggieri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique à balayage

Rhéologie

Surfactants

Colloïdes

Suspensions (chimie)

Nanoparticules

Émulsions

Mots clés libres

Emulsions

Nanoparticules

Suspensions colloïdales

Tensioactifs

Rhéologie

Microscopie tomographique optique

Cryo-microscopie électronique à balayage

Emulsions

Nanoparticles

Colloidal suspensions

Surfactants

Rheology

Optical tomographic microscopy

Cryo-scanning electron microscopy

Résumé

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du projet ISS/FSL/FASES dont l’objectif est de comprendre les mécanismes de vieillissement des émulsions en microgravité. Ce manuscrit est dédié à l’étude au sol des émulsions de ce projet et notamment de celles stabilisées par des mélanges tensioactifs/nanoparticules. Ces émulsions sont diluées et constituées d’une phase continue d’huile de paraffine et d’une phase dispersée aqueuse contenant un tensioactif et des nanoparticules. Leur étude et leur caractérisation est réalisée par microscopie tomographique optique et cryo-microscopie électronique à balayage. Une étude préalable de la phase dispersée permet de démontrer que les proportions respectives en tensioactif et nanoparticules modifient les propriétés rhéologiques et microscopiques de ces mélanges. Ces modifications permettent de caractériser le couplage entre les molécules tensioactives et les nanoparticules. Lorsque cette phase dispersée est émulsifiée dans l’huile de paraffine, une transition dans la morphologie des gouttes peut être mise en évidence. Les gouttes de phase dispersée présentent une topologie dépendante du ratio des concentrations en tensioactif et nanoparticules : de sphérique (pour les grandes valeurs de ce ratio) elles deviennent polymorphes (pour les petites valeurs). L’observation de ces émulsions en cryo-microscopie électronique à balayage permet de visualiser des microstructures de nanoparticules et d’expliquer l’origine de la déformation des gouttes.

This thesis is part of the ISS/FSL/FASES project which aims at understanding emulsion ageing mechanisms in microgravity. This manuscript is dedicated to the ground study of these emulsions, and particularly to those stabilized by surfactant/nanoparticles mixtures. These emulsions are diluted and composed of a paraffin oil continuous phase and an aqueous dispersed phase composed of the surfactant/particle mixtures. Emulsion characterization is performed with optical tomographic microscopy and cryo-scanning electron microscopy. A preliminary investigation of the dispersed phase shows that the proportion of surfactant and nanoparticles changes the rheological and microscopic properties of these mixtures. These changes allow the characterization of the coupling between surfactant molecules and nanoparticles. When these mixtures are emulsified in paraffin oil, a transition in the droplets morphology is evidenced. Indeed, dispersed phase droplets exhibit different shapes depending on the ratio of surfactant and nanoparticle concentrations: from spherical (for high ratios) they become polymorphous (for small ratios). Observations of these emulsions with cryo-scanning electron microscopy show the existence of nanoparticles microstructures that helps the understanding of the origin of droplets deformation.