Polymer multilayers at liquid interfaces: assembly, interfacial rheology and microfluidic probing.
Multicouches de polymères à l'interface liquide : assemblage, rhéologie interfaciale et sonde microfluidique
Abstract
In order to improve control over the delivery of chemicals, industries seek a way to
encapsulate them. A promising method to produce artificial micro-capsules consists in assembling
several layers of polymer at the interface of an oil droplet or an air bubble. This thesis focuses on
these multilayer assemblies of polymers at liquid interfaces. Through experimental observations on
model interfaces and modeling, we studied the effect of the molecular interactions of polymer chains
at an interface between two immiscible fluids on the rheological behaviour of this interface. In a
first part, we used the model macroscopic geometry of the pendant drop to study independently the
different phenomena taking place during the assembly and the deformation of the multilayers. We
revisited classical models to describe the adsorption dynamics of our polymers, and we measured
the interfacial dilational modulus of various systems. To this aim, by performing independent
measurements, we delimited the range of validity of the pendant-drop apparatus. In the second
part, we used microfluidics to create micro-capsules of different kinds and to probe their mechanical
properties resulting from all the phenomena studied in the first part. We developed a model and
we performed numerical simulations to extract the main interfacial properties of our capsules from
the measurement of their deformation in the channels.
Le relargage contrôlé est un enjeu industriel auquel l’encapsulation peut répondre. Une
méthode prometteuse pour fabriquer des micro-capsules consiste à déposer couche après couche des
polymères à la surface de goutte d’huiles ou de bulles d’air. Cette thèse a pour objet ces assemblages
en multicouches de polymères aux interfaces liquides. A partir d’expériences menées sur des
interfaces modèles entre deux fluides non miscibles et leur modélisation, nous avons étudié l’effet des
interactions à l’échelle des chaînes de polymère sur les propriétés rhéologiques de l’interface. Dans
un premier temps nous avons utilisé la géométrie modèle qu’est la goutte pendante pour étudier
indépendamment les différents phénomènes impliqués dans l’assemblage des multicouches et dans
leur déformation. Nous avons revisité différents modèles classique pour décrire l’adsorption de nos
polymères à l’interface, puis nous avons mesuré les modules interfaciaux de différents systèmes de
polymères. Pour cela, à l’aide de mesures complémentaires, nous avons établi un cadre pour les
mesures de modules élastiques en goutte pendante. Dans un second temps, nous avons utilisé la
microfluidique pour fabriquer différents types de micro-capsules et pour mesurer leurs propriétés
mécaniques. Celles-ci résultent des différents phénomènes étudiés dans la première partie de cette
thèse. Nous avons établi un modèle et effectué des simulations numériques qui nous permettent
d’extraire les principales propriétés interfaciales de nos capsules à partir de la mesure de leur déformation
dans les canaux microfluidiques.
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