Les dispersions colloïdales ont beaucoup d’applications technologiques importantes. A cause du mouvement brownien, les particules ont des collisions fréquentes entre elles. Les forces d’attraction de van der Waals,dérivant de potentiels à longue portés, conduisent à l’agrégation et à la précipitation des particules. Plusieurs méthodes ont été proposées pour diminuer ou contrebalancer l’effet d’attraction de van der Waals et augmenter la stabilité colloïdale. Par exemple, le choix du solvant possédant l’indice de réfraction le plus proche possible de celui des particules peut diminuer les forces de van der Waals. D'autres facteurs influencent la stabilité comme les interactions électrostatiques et les interactions spécifiques liées aux chaînes de polymères. Dans le cas des polymères, les chaînes peuvent être greffées à la surface des particules ou être dissoutes dans le solvant (chaînes libres). Dans ce travail de thèse, nous avons étudié l’effet de la stabilisation par déplétion dans le cas des chaînes de polymères libres (FPI, "free polymer induced interaction"). Des modèles théoriques précédents portent un caractère trop simplifié et utilisent des approximations sans vérification. De plus, l’influence des paramètres de la solution, c’est-à-dire, de la structure de polymères et de son interaction avec la surface de particule, n’a pas été étudiée.Les chaînes polymères libres ont été modélisées comme des marches aléatoires dans un champ moléculaire auto-cohérent qui satisfait à l'équation intégro-différentielle de diffusion. Pour le domaine moléculaire, nous avons utilisé un potentiel chimique qui, pour la solution de polymère semi-dilué, peut être représenté comme une expansion du viriel où nous n’avons pris en considération que les deuxième et troisième coefficients du viriel de la solution de polymère. En variant des paramètres tels que la rigidité du polymère, la longueur du polymère, la concentration en polymère et le régime du solvant (comme le solvant thêta), que ce soit pour une surface colloïdale purement répulsive, pour une surface adsorbée ou pour la surface d'une couche de polymère greffé, nous avons été en mesure d'améliorer la barrière répulsive due aux polymères libres entre les particules et donc nous avons trouvé des conditions de la stabilisation cinétique du système. / Stable colloidal dispersions with evenly distributed particles are important for many technological applications. Due to Brownian motion colloidal particles have constant collisions with each other which often lead to their aggregation driven by the long range van der Waals attraction. As a result the colloidal systems often tend to precipitate. A number of methods have been devised to minimize the effect of long-range van der Waals attraction between colloidal particles or to override the influence of the attraction in order to provide the colloidal stability.In the PhD thesis we investigated the colloidal stabilization in solutions of free polymers which is commonly referred to as depletion stabilization. Previous theoretical studies of free-polymer induced (FPI) stabilization were based on oversimplified models involving uncontrolled approximations. Even the most basic features of the depletion stabilization phenomenon were unknown. It was unclear how the PI repulsion depends on the solution parameters, polymer structure and monomer/surface interactions.The free polymer chains were modeled as random walks in a self-consistent molecular field that satisfied to diffusion-like integro-differential equation. As the molecular field we used the chemical potential that for semi-dilute polymer solution can be represented as a virial expansion where we took into account only second and third virial coefficients of the polymer solution. Varying the parameters like polymer stiffness, polymer length, polymer concentration and solvent regime (like theta solvent) whether it is for purely repulsive colloidal surface, adsorbed surface or surface with grafted polymer layer we were able to enhance the repulsive barrier due to the free polymers between the particles and therefore found conditions for kinetic stabilization of the system.

Le développement d’un procédé de polymérisation en émulsion est complexe de par la nature hétérogène de ce type de réaction. En outre, dans le cas de la polymérisation en émulsion du fluorure de vinylidène, la difficulté est d’autant plus accrue que le monomère est habituellement en phase gazeuse ou supercritique dans les conditions d’intérêt. Or la littérature manque d’informations concernant ce type de procédé de synthèse du PVDF sous une pression comprise entre 30 bar et 90 bar.Ainsi cette thèse a pour objectif de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes cinétiques et de stabilisation intervenants dans la polymérisation radicalaire en émulsion du VDF dans des conditions supercritiques et, plus particulièrement, de fournir des données expérimentales nécessaires à l’élaboration de futurs modèles.Avant même d’entreprendre les études expérimentales, cette thèse s’intéresse d’abord aux aspects d’installation et d’automatisation de l’unité de polymérisation ainsi qu’au démarrage et à l’optimisation du réacteur. Ensuite, plusieurs tests sont réalisés afin de comprendre certaines caractéristiques du latex produit ainsi que certaines propriétés du tensioactif fluoré. Une nouvelle méthode a spécialement été développée afin de suivre le phénomène de coagulation des particules de polymère.Finalement des réactions sont réalisées par lot et en semi-continu et une étude paramétrique des conditions opératoires et de la composition des réactifs est effectuée afin d’évaluer leur impact sur l’évolution de la polymérisation en émulsion. Notamment, le profil de vitesse de polymérisation est obtenu par calorimétrie, à partir d’une approche pratique fondée sur un estimateur d’état en cascade, ainsi que sur la mesure de la consommation de monomère, et sur l’analyse gravimétrique réalisée par prélèvement / The heterogeneous nature of the conventional emulsion polymerization can render the process quite complex. In the case of the emulsion polymerisation of vinylidene fluoride (VDF), the situation is more complicated than for the majority of industrial processes because the monomer is typically either a gas or a supercritical fluid under the polymerization conditions of interest. Given the relatively high pressure required for this process (30bar <P< 90bar), there is a lack of information in the open literature about the VDF emulsion polymerization process.In this sense, this thesis is a contribution to the understanding of the kinetic and stabilization mechanisms that intervene in the free radical emulsion polymerization of vinylidene fluoride (VDF) under supercritical conditions, and more particularly, to the generation of relevant experimental data that can be used for future model developments.Prior to the experimental studies of VDF emulsion polymerization, issues that ranged from the installation and automation of the polymerization unit to the start-up and optimization of the reactor were covered. Later, different tests were performed in order to understand some important features of the produced latex as well as some properties of the fluorinated surfactant. Additionally, a new method to monitor the coagulation phenomena on polymer particles was developed.Finally, reactions were performed using batch and semi-batch mode. The impact of certain compositional changes and reaction conditions on the evolution of the emulsion polymerization was studied. A practical approach was implemented to follow the rate of polymerization using reaction calorimetry. Simultaneous estimations of the evolution of overall heat transfer coefficient and heat of reaction were determined using a high-gain nonlinear cascade state estimator