Stabilisation des émulsions eau dans eau par les microgels bishydrophiles

Les émulsions Eau-dans-Eau (E/E) sont obtenues en mélangeant deux types de polymères incompatibles en solution aqueuse, qui ont tendance à se séparer en deux phases distinctes. Ces systèmes ont suscité l’intérêt en tant que moyen simple de former des micro-compartiments tout aqueux capables d’encapsuler différents types de molécules. En comparaison aux émulsions Huile-dans-Eau, l’interface séparant les phases aqueuses est plus épaisse et présente une tension interfaciale deux à trois ordres de grandeur plus faible. Pour ces raisons, la stabilisation des émulsions E/E ne peut s’obtenir par des petits tensioactifs, mais nécessite des particules de taille suffisamment grande pouvant s’adsorber spontanément à l’interface et ainsi présenter une barrière contre la coalescence des gouttelettes. La stabilisation de ces émulsions par des particules, grâce à l’effet Pickering, a donc ouvert le champ d’applications dans les domaines de l’encapsulation de principes actifs, des biocapteurs ou encore du biomimétisme cellulaire. Si plusieurs études ont rapporté l’efficacité de divers types de particules dans la stabilisation des émulsions E/E, une compréhension plus approfondie et systématique des effets de la nature chimique des particules sur la stabilité des émulsions reste peu explorée. Le travail de thèse vise à étudier les mécanismes de stabilisation des émulsions E/E par des microgels polymères dont la composition est modulable tout en étant sensibles à certains stimuli externes pour ajuster les interactions comme la température, la force ionique ou le pH. Les microgels sont composés de dextran (DEX) greffé de poly(N-isopropylacrylamide) (pNIPAM) leur conférant un caractère bishydrophile inédit. Plusieurs techniques ont été mises en œuvre pour étudier les émulsions produites comme la diffusion de lumière, la microscopie confocale à balayage laser, la centrifugation analytique combinée à de la turbidimétrie… Les résultats de ce travail ont montré qu’il est possible de moduler l’adsorption des particules aux interfaces liquide/liquide et leur affinité avec les deux phases en moduler le ratio du DEX, avec un optimum de compositions vers 50%. La thermosensibilité du pNIPAM a permis d’inverser la stabilité des émulsions en traversant la température de transition de phase volumique (VPTT) du pNIPAM. Par la suite, par l’incorporation d’unités d’acide acrylique dans les microgels, il a été possible de les rendre sensibles à la variation du pH ou la force ionique par ajout de sel, qui par ailleurs se révèlent non équivalentes vis-à-vis du comportement des émulsions pour un état de charge donné. Ce résultat met clairement en exergue l’importance des interactions particule/particule et particule/liquide sur la stabilité des émulsions E/E. L’étude a été ensuite étendue, à des systèmes triphasiques en montrant la complexité du comportent de ces émulsions qui conduisent de manière étonnante a des structures en chapelet de gouttelettes Janus alors que les émulsions de départ sont parfaitement stables contre la coalescence. La dernière partie de ce travail a porté sur l’étude d’un mélange des microgels bishydrophiles avec de particules protéiques. Cette stratégie a permis d’optimiser la stabilité des émulsions E/E mais également la structuration et l’organisation des deux types de particules à l’interface.