Formulation d'émulsions sans tensioactifs

Formulation of surfactant-free emulsions

• Auteur / Autrice : Claire Nannette
• Direction : Jérôme Bibette, Jean Baudry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Soutenance le 19/06/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie, Biologie, Innovation (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de colloïdes et matériaux divisés (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Schmitt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Bibette, Jean Baudry, Philippe Poulin, Laurence Ramos, Annie Colin, David A. Weitz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Poulin, Laurence Ramos

Mots clés

Mots clés libres

Emulsions

Coalescence

Films minces

Inversion de phase

Emulsions

Coalescence

Thin films

Phase inversion

Résumé

Le mélange de liquides non miscibles nécessite généralement l'utilisation d'agents stabilisants tels que des tensioactifs pour empêcher une séparation rapide de phases. La quantité requise de stabilisants est d’autant plus importante que l’émulsion est concentrée. Cependant, l’utilisation des tensioactifs est décriée, aussi bien pour des raisons environnementales, qu'en réponse aux attentes des consommateurs. Nous avons identifié certains cas d’émulsions eau/huile pour lesquels il est possible de s’en affranchir. Ces émulsions formulées avec des huiles polymériques pures sont enrichies en phase interne bien au-delà du seuil d’empilement compact. L'objectif de cette thèse est de comprendre les mécanismes qui permettent à de tels systèmes concentrés d'acquérir une métastabilité aussi remarquable. Nous montrons tout d'abord que la coalescence au sein de ces émulsions est fortement entravée par l'adsorption des polymères à l'interface. Cette adsorption est responsable d'un accroissement considérable de la viscosité de la phase continue localisée dans les films minces entre les gouttes de l'émulsion. La formulation d’émulsions eau/huile, stables à des fractions de phase interne élevées, d’une variété de systèmes, nous permet de montrer une corrélation entre la présence d'adhésion entre les gouttes dans une émulsion et sa stabilité. La formulation de ces émulsions au delà d'un seuil de phase interne permet ensuite d'étudier l'inversion de phase catastrophique des émulsions concentrées. Nous montrons que ce mécanisme amène à la formation d'une émulsion double dont le potentiel d'encapsulation dépend de la stabilité de l'émulsion initiale. Les émulsions formulées constituent alors un socle intéressant pour l’élaboration d’architectures plus complexes telles que des microparticules. Cela offre de nouvelles perspectives pour la formulation de matériaux innovants à base d'émulsions.

The mixing of immiscible liquids usually requires the use of stabilizers such as surfactants to prevent rapid phase separation. The more concentrated the emulsion, the greater the amount of stabilizers required. However, the use of surfactants is criticized, both for environmental reasons and in response to consumer expectations. We have identified some cases of water/oil emulsions for which it is possible to get rid of them. These emulsions formulated with pure polymeric oils are enriched in internal phase well beyond the random close packing. The objective of this thesis is to understand the mechanisms that allow such concentrated systems to acquire such remarkable metastability. We first show that coalescence within these emulsions is strongly hindered by polymer adsorption at the interface. This adsorption is responsible for a considerable increase of the viscosity of the continuous phase localized in the thin films between the drops of the emulsion. The formulation of water/oil emulsions, stable at high internal phase fractions, from a variety of systems, shows a correlation between the presence of adhesion between droplets in the emulsion and its stability. The formulation of these emulsions beyond a threshold of internal phase allows then to study the catastrophic phase inversion of concentrated emulsions. We show that this mechanism leads to the formation of a double emulsion whose encapsulation potential depends on the stability of the initial emulsion. The formulated emulsions then constitute an interesting pattern for the elaboration of more complex architectures such as microparticles. This offers new perspectives for the formulation of innovative materials based on emulsions.