Le but de ce travail expérimental est de caractériser de l’écoulement d’émulsions dans des dispositifs microfluidiques Grâce à une technique de vélocimétrie par suivi des particules, nous avons accès au comportement rhéologique local des émulsions étudiées. En faisant varier la largeur du canal microfluidique dans lequel s’écoule l’émulsion ainsi que la rugosité des parois qui confinent l’écoulement, nous avons mis en évidence des effets non locaux dans l’écoulement d’émulsions concentrées en milieux confiné. Nous avons proposé un modèle microscopique scalaire qui permet de rendre compte des résultats obtenus. La non localité est quantifiée par une longueur, caractéristique de la coopérativité de l’écoulement. Cette longueur est typiquement de quelles tailles de gouttes. Nous avons étudié plusieurs émulsions afin de mettre en évidence l’influence de la fraction volumique en gouttelette, leur taille ainsi que leur polydispersité sur la longueur caractéristique de la coopérativité de l’écoulement. / This work is an experimental study of the flow of emulsions in confined media. Here we use a microfluidic velocimetry technique to characterize the flow of thin layers of concentrated emulsions, confined in gaps of different thicknesses by surfaces of different roughnesses. We find evidence for finite-size effects in the flow behaviour and the absence of an intrinsic local flow rule. In contrast to the classical nonlinearities of the rheological behaviour of amorphous materials, we show that a rather simple nonlocal flow rule can account for all the velocity profiles. This nonlocality of the dynamics is quantified by a length, characteristic of cooperativity within the flow at these scales, that is unobservable in the liquid state (lower emulsion concentrations) and that increases with concentration in the jammed state

Les émulsions concentrées sont des empilements compacts désordonnés de gouttes d'huile dans de l'eau. A l'instar des suspensions colloïdales ou des mousses, leur comportement rhéologique est celui d'un liquide d'Herschel-Bulkley. A l'échelle microscopique, l'écoulement s'explique par des réarrangements plastiques et localisés des gouttes d'huile. L'objectif de cette thèse est de caractériser et comprendre ces dynamiques microscopiques.En adaptant la technique de Diffusing Wave Spectroscopy (DWS), nous avons mis au point une technique de détection résolue dans le temps et dans l'espace des réarrangements plastiques de gouttes. Nous avons élaboré des émulsions concentrés désordonnées et non Brownienne par émulsification membranaire. Un dispositif osmotique nous permet de contrôler in situ la pression de confinement de nos échantillons. Nous avons sondé les réarrangements de gouttes déclenchés en appliquant à nos échantillons des déformations uniaxiales d'amplitudes contrôlées. Nous avons observé la présence de réarrangements plastiques même aux plus petites amplitudes de déformations. / The concentrated emulsions are disordered compact packing of droplets of oil in water. As in the case of colloidal suspensions or foams, their rheological behavior is that of a Herschel-Bulkley liquid. On the microscopic scale, the flow is explained by plastic and localized rearrangements of the oil droplets. The objective of this thesis is to characterize and understand these microscopic dynamics. By adapting the Diffusing Wave Spectroscopy (DWS) technique, we have developed a time and space resolved detection technique for the plastic rearrangement of droplets . Concentrated, non-Brownian emulsions were developed by membrane emulsification. An osmotic device allows us to monitor in situ the confinement pressure of our samples. We have probed the rearrangements of droples triggered by applying to our samples uniaxial deformations of controlled amplitudes. We have observed the presence of plastic rearrangements even at the smallest amplitudes of deformations.

Cette étude s'inscrit dans le cadre du projet Européen VEGEPHY (VEGEtale-PHYtosanitaire) dont le but est de développer un produit support destiné à être pulvérisé pour protéger les plantes des viroses. Le produit étudié est une émulsion de type eau-dans-huile (E/H) à base d’une solution aqueuse de polysaccharide et d’esterméthylique de colza comme phase continue. Le polysaccharide est utilisé sous forme d'adjuvant afin de modifier les propriétés rhéologiques de la préparation phytosanitaire (bouillie) et ainsi de limiter la dérive des gouttelettes lors de la pulvérisation. Le but est également d’améliorer le contact des gouttes sur le végétal traité. L'objectif de ce travail est de formuler une émulsion (E/H) avec une concentration maximale de polysaccharide, qui soit stable sur le long terme (environ 2 ans) et d'étudier, lors de la mise en œuvre du produit, les mécanismes de relargage dans un laps de temps efficace devant rester inférieur à 600 s. Les émulsions (E/H) concentrées ont été réalisées à l'aide d'un système rotor stator à température ambiante. La phase aqueuse contenant le polysaccharide et du glycérol a été dispersée dans une phase huileuse agitée dans laquelle un surfactant (lécithine ou PolyRicinoléate de PolyGlycérol, PGPR) a préalablement été dissous. Des tests de stabilité ont été menés immédiatement après les phases de préparation ou par un vieillissement accéléré. Différents paramètres qui ont une influence sur cette stabilité ont été étudiés par DSC, observations microscopiques, diffraction laser et mesure des propriétés rhéologiques. Les analyses DSC ont été utilisées poursuivre l'évolution de la taille des gouttes en fonction du temps. En effet, le comportement thermique des émulsions pendant les phases de congélation et de fusion permet de calculer la fraction d’eau congelée dans les gouttelettes et sa mise en relation avec l’évolution de la stabilité des émulsions. Le relargage du polysaccharide (CarboxyMethylCellulose, CMC) est obtenu en deux étapes : déstabilisation de l'émulsion primaire E/H par un produit chimique puis dilution dans l'eau pour obtenir une émulsion (H/E) avec la concentration désirée de polysaccharide dans la phase aqueuse. La déstabilisation a été étudiée en observant l'évolution des gouttelettes par DSC. Le procédé de dilution a été étudié par une mesure de la conductivité de la solution aqueuse couplée à un modèle cinétique de relargage du CMC.La formulation et la stabilité de l'émulsion (E/H) ont montré que la DSC, complétée par d'autres techniques, est une méthode appropriée pour déterminer les caractéristiques des émulsions. L'étude du comportement lors de la congélation montre que la proportion de glace formée dans les gouttelettes durant les tests DSC est en bonne adéquation avec les mesures DSC et les calculs thermodynamiques. L'utilisation du PGPR comme tensioactif et l'ajout du glycérol dans la formulation permettent d'augmenter la stabilité de l'émulsion à long terme. La formulation optimum obtenue contient 3.5 % (m/m) de CMC, 10 % (m/m) de glycérol dans 75 % (v/v) de phase dispersée et 14 % (m/m) de PRPG dans la phase continue. Un modèle empirique peut être utilisé pour décrire la cinétique de relargage. Pour déstabiliser l'émulsion (E/H), la quantité optimum de tensioactif anionique Cynthiorex PMH1125 est de 10 % (m/m) dans première émulsion avec NRe ≥ 4200 et T ≥ 20°C. Dans les conditions réelles d’utilisation de la préparation au champ, le temps minimum de relargage est d'environ 200 secondes. / This study is a part of the European project VEGEPHY (VEGEtale-PHYtosanitaire) to develop a product for the crop protection purposes. The product is a concentrated W/O emulsion trapping of a polysaccharide in the aqueous phase and rapeseed methyl ester oil as a continuous phase. Polysaccharide is used as a thickening adjuvant to modify the rheology properties of the water-based spray solution in order to reduce the drift of thespray. The objective of this study is to formulate concentrated W/O emulsions incorporation with the maximum amount of polysaccharide which show long stability (for over 2 years) and to study the release mechanism of polysaccharide in suitable conditions with a goal of an efficiency time less than 600 seconds.Concentrated W/O emulsions were realized by using a rotor stator system at room temperature. Aqueous phase containing polysaccharide and glycerol was dispersed into the stirred oil continuous phase where in a surfactant (lecithin and/or polyglycerol polyricinoleate, PGPR) has been previously dissolved. Stability tests were performed immediately after preparation and after ageing tests. Various parameters having an influence on thestability have been interpreted from DSC thermogram parallel with microscopic observation, laser diffraction granulometry and rheology measurement. DSC technique was used to study the emulsions by following the evolution of the droplet size versus time. Thermal behaviour of emulsions may be evaluated when they under gofreezing and melting in which the proportion of ice formed in the droplets may be calculated and their link with the evolution of the emulsion versus time. The release of the polysaccharide (CarboxyMethyl Cellulose, CMC)from the emulsion system is obtained by a two steps process : destabilization of the primary W/O emulsion by achemical product and dilution in water that gives an O/W emulsion containing the required concentration of polysaccharide. Destabilization was observed by following the evolution of dispersed droplets using DSC. Dilution process was assessed by measuring electrical conductivity of the water solution and a mathematical model to represent the kinetic release of CMC in water was proposed.The formulation and the stability of concentrated W/O emulsion has shown that DSC completed with granulometry and rheometry is an appropriate technique to study the emulsion characteristics. The study offreezing behaviour of emulsions show that the proportion of ice formed in the dispersed droplets during DSC test indicates good agreement between DSC measurements and thermodynamics calculation. The use of PGPRas surfactant and the introduction of glycerol in the formulation are beneficial to improve the long‐term stabilityof the emulsion. The optimum formulation of concentrated W/O emulsion was obtained containing : 3.5% w/wof CMC, 10% w/w of glycerol in 75% v/v of dispersed phase and 14% w/w of PGPR in the continuous phase. From the release study, an empirical model may be used to describe the released kinetic. The optimum amount of nonionic surfactant Cynthiorex PMH 1125 to break primary W/O emulsion was found at 10% w/w in the primary emulsion with NRe ≥ 4200 and T ≥ 20°C. Under practical field conditions, the minimum release time isthen around 200 seconds.