Compression osmotique microfluidique : caractérisation rapide de dispersions colloïdales et de formulations industrielles

Abstract

Caractériser les dispersions colloïdales en fonction de leur concentration en colloïdes en un minimum de temps constitue le cœur du sujet de cette thèse. Pour y parvenir, des mesures de la pression osmotique des dispersions, c’est-à-dire de leur résistance à la compression, peuvent être réalisées à différentes concentrations et pour diverses conditions expérimentales (salinité, pH etc.). L’utilisation classique de sacs de dialyse permet de telles mesures, mais, inconvénients majeurs, ces expériences dites « de compression osmotique » nécessitent des semaines d’équilibrage et ne peuvent pas être suivies in-situ. Le but de ces travaux consiste donc à mettre en œuvre des expériences de compression osmotique à haut débit, permettant également d’observer in-situ le système colloïdal à l’étude.Pour se faire, l’échelle microfluidique (10-100 µm) apparaît comme pertinente. A la suite du prototypage ultra-rapide de dispositifs fabriqués en PEG-diacrylate, l’enjeu est d’y intégrer des membranes nanoporeuses par photopolymérisation in-situ d’un hydrogel de PEGDA. La puce microfluidique ainsi transformée en un « micro-osmomètre à membrane », mesures de la pression osmotique des dispersions et observations in-situ à tout instant de l’expérience et en tout point du système sont alors possibles, à l’aide d’un simple microscope optique.Grâce à cette technologie, l’équation d’état d’une dispersion colloïdale, c’est-à-dire l’évolution de sa pression osmotique en fonction de sa concentration, mais également nombre d’informations sur l’état physico-chimique des particules ou encore sur leur organisation structurale pendant la compression peuvent être obtenues, en seulement quelques heures, ouvrant ainsi la voie à un criblage rapide de divers fluides complexes.