L'objectif principal de ces travaux de thèse est l'étude expérimentale de la mobilisation de l'huile dans le cadre de la récupération assistée du pétrole à base de tensioactif dans un milieu poreux en deçà de la saturation en huile résiduelle. A saturation en huile résiduelle, le réseau d'huile est déconnecté et constitué de ganglions dans l'ensemble du milieu poreux. Cette huile résiduelle est difficile à produire dans les conditions classiques de récupération du pétrole à cause du piégeage capillaire des ganglions, piégeage corrélé à la tension interfaciale entre l'huile et l'eau. Le déplacement de la solution de tensioactif et sa caractérisation a été réalisé au travers d'injections en milieux poreux naturels. L'étude a été réalisée dans un premier temps en conditions monophasiques, c'est-à-dire en absence d'huile. Les courbes de percée ont été analysées pour étudier les paramètres de dispersivité et d'adsorption des échantillons. Les expériences sont ensuite utilisées pour améliorer la modélisation du transport du tensioactif en milieu poreux. Pour le cas diphasique, nous avons développé un système microfluidique avec une géométrie de pore variable, le plus représentatif possible d'un milieu poreux naturel. Il s'agit dans les expériences d'injecter un petit ganglion d'huile à travers un canal central et de balayer la puce microfluidique avec la solution tensioactive dans des conditions contrôlées. L'objectif est d'étudier le déplacement du ganglion d'huile au sein du micromodèle. De nouveaux mécanismes sont identifiés et une voie de modélisation des phénomènes physique est proposée. / The main objective of the PhD is to study experimentally the oil mobilization using surfactant in a porous media below the residual oil saturation. At the residual oil saturation, the oil network is disconnected and organized in ganglia of different sizes and shapes all along the sample. This residual oil is difficult to produce in the classical conditions of water flooding because of capillary trapping created by the interfacial tension between oil and water. Injection of surfactant is able to mobilize the remaining oil at flow rates consistent with the real case of an oil mature reservoir. The use of surfactant allows lowering the interfacial tension by several orders of magnitude, towards ultra-low values (10-3 mN/m), strongly decreasing the capillary forces and so, mobilizing the oil. The first main study of the PhD work was to characterize the displacement of the surfactant injected in a sandstone sample in monophasic conditions (without oil). Breakthrough curves have been analyzed in term of dispersivity and adsorption. Experiments have shown that a better way to model the surfactant transport is to use a Langmuir kinetic adsorption model. For the diphasic case, we have developed a microfluidic 2D system with a random pore geometry of controlled conditions. The experiments are based on the injection of a small ganglia through a central channel, then, a surfactant flood is generated. The aim is to see how ganglia are displaced within the micromodel. New mechanisms have been identified and a way to model those phenomena has been proposed. A better understanding of surfactant and oil transport in porous media is key for chemical enhanced oil recovery processes.

L’objectif de cette thèse a été d’étudier, en présence d’un écoulement laminaire, la génération et la détection électrochimiques de gradients locaux de concentration à l’intérieur de canaux microfluidiques. L’influence des paramètres géométriques et hydrodynamiques sur les réponses ampérométriques de microélectrodes a été analysée théoriquement par simulation numérique. Pour cela, plusieurs approches ont été entreprises par le biais de modèles à deux et à trois dimensions afin de résoudre l’équation du transport pour différentes géométries de dispositifs et conditions d’écoulement. Des critères ont été fixés afin de délimiter les régimes et conditions optimales de fonctionnement. Les prévisions issues des calculs ont été testées puis validées à l’aide de mesures expérimentales effectuées à partir de microdispositifs fabriqués au laboratoire. Ainsi, deux concepts innovants ont été définis pour la mise en œuvre au sein de microdispositifs de fonctions combinant microfluidique et électrochimie. Le premier est celui d’une sonde de concentration à très haute résolution temporelle. Le second est la génération d’un gradient linéaire de concentration sur la section d’un canal microfluidique rectangulaire. / The aim of this thesis was to study the electrochemical generation and electrochemical detection of local concentration gradients within microfluidic channels in presence of a laminar flow. The influence of geometric and hydrodynamic parameters on the amperometric responses of microelectrodes was analyzed theoretically by means of numerical simulations. Several approaches were undertaken using two-dimensional and three-dimensional models in order to solve the transport equation according to the device geometries and flow conditions. Criteria were set to delineate the operating regimes and optimal conditions. Predictions from calculations were tested and validated experimentally using microdevices fabricated in the laboratory. Therefore, two innovative concepts were defined for the implementation of functions within microdevices combining microfluidics and electrochemistry. The first one is a probe of concentration leading to very high temporal resolution. The second one is the generation of a linear concentration gradient over the cross section of a rectangular microfluidic channel.

Avec les avantages intrinsèques de l'électrochimie et les progrès sans précédent dans l'instrumentation, les microélectrodes jouent un rôle de premier plan dans l'analyse du comportement de cellules vivantes. Aujourd'hui, la microfluidique gagne également en popularité en raison de la possibilité d'effectuer l'ensemble de l'expérience de bioanalyse dans un dispositif automatisé. Dans cette thèse, la fabrication de microbandes Pt/noir-Pt a été optimisée pour détecter les espèces ROS/RNS durant le stress oxydant. Celles-Ci ont été intégrées dans des microdispositifs en PDMS-Verre afin d'analyser la libération de quatre composés clés (i.e., H2O2, ONOO-, NOo, et NO-2) à partir de populations de cellules. Les performances analytiques ont été évaluées suivant la géométrie des dispositifs et les conditions hydrodynamiques. Le contrôle des réponses électrochimiques par le transport de masse a été validé par comparaison avec des prédictions théoriques. Des détections simultanées de ROS/RNS libérées par des macrophages ont ensuite été réalisées sous deux configurations différentes de dispositifs. Des résultats reproductibles et statistiquement pertinents ont été obtenus en seulement quelques expériences. Ces microdispositifs permettent de caractériser facilement le comportement moyen de populations de cellules. Cette étude préalable ouvre la voie à un très large champ d'applications bioanalytiques intégrant des détections électrochimiques à haut débit pour le suivi de cellules vivantes. / With intrinsic benefits of electrochemistry and unprecedented progress in instrumentation, microelectrodes are playing prominent roles in the analysis of living cells behaviors. Nowadays, microfluidics also gains in popularity due to the feasibility of performing the entire bioanalytical experiment within an automated device. In this thesis, fabrication of Pt/Pt-Black microband electrodes was thus optimized to detect ROS/RNS species during oxidative stress. They were integrated into PDMS-Glass microdevices in order to analyze four key compounds (i.e., H2O2, ONOO–, NO•, and NO–2) released from cells populations. High analytical performances were first evidenced according to the devices geometry and hydrodynamic conditions. The control of the electrochemical responses by mass transport was validated through comparison with theoretical predictions. Simultaneous detections of ROS/RNS release from macrophages were then carried out under two different configurations of microdevices. Reproducible and statistically relevant results were obtained within only few experiments. These microdevices allow for easy characterizations of average behaviors of cells populations. This study paves the way to a very broad field of bioanalytical applications integrating electrochemical detections for high-Throughput monitoring of living cells

Cette thèse porte sur le développement de matière molle programmable, de nature synthétique ou biologique, afin d'obtenir des systèmes physico-chimiques (ADN, protéines, petits volumes de liquides...) permettant de nouvelles propriétés contrôlables par la lumière. Dans un premier temps, nous développons une nouvelle famille d'agents de compaction, les polyamines photosensibles. Ces dernières permettent de mettre en place un photocontrôle dynamique de l'état de compaction de l'ADN avec une efficacité 100 fois plus grande que celles décrites précédemment dans la littérature. Ensuite nous appliquons le photocontrôle de la compaction de l'ADN à la régulation de fonctions protéiques. L'enzyme cible, la beta-lactamase, est tout d'abord placée dans un édifice hybride protéine-ADN géant. La présence des ADN géants augmente l'activité enzymatique, qui peut être modulée par la modification de l'état de compaction de l'ADN. Une seconde stratégie repose sur le photocontrôle de la compaction d'un ADN codant pour la beta-lactamase, qui, utilisé avec un milieu d'expression reconstitué, permet de réguler par la lumière la production de protéines, et donc leurs fonctions, avec une bonne résolution spatiale et temporelle.Finalement, l'introduction d'un tensioactif photosensible dans des systèmes microfluidiques conduit au photocontrôle par un éclairement simple (une diode) d'une gamme très vaste d'opérations microfluidiques impliquant aussi bien des gouttes individuelles (optofluidique digitale pour la synthèse organique) que des écoulements au sein de canaux microfluidiques (mélange photo-induit). / The aim of the thesis is to develop optically programmable soft matter systems (DNA, proteins, small volumes of fluids) in order to achieve new and drastic property changes upon illumination. We first focus on photosensitive polyamines, a new class of compaction agents, and on their exceptional performances including photoreversible control of DNA compaction at a high efficiency (up to 100 times more efficient than agents reported in literature).The photocontrol of DNA compaction is then exploited as a light-based trigger for protein functions. The activity of an enzyme of interest, beta-lactamase, is first enhanced by creating a hybrid protein-DNA conjugate. We go on to show how the regulation of DNA compaction impacts the protein function. Another DNA compaction-based strategy uses the genetic information contained in the DNA and a commercially available, cell-free, reconstituted expression system to produce a functional enzyme under optical control. The conversion of non-photosensitive substrates is therefore photoregulated without any chemical modification of the target enzyme.The introduction a photosensitive surfactant in microfluidic systems allows a straightforward illumination (diode) to give rise to a wide array of operations, from the optical manipulation of individual floating droplets (digital optofluidics for organic synthesis) to the photoactivation of flowing liquids in microfluidic channels (photogenerated droplets, photoinduced mixing).

L'objectif de ce travail, s'inscrivant dans le contexte de l'EOR chimique par voie tensioactive, est de développer un tensiomètre microfluidique permettant de mesurer de manière continue la tension interfaciale (IFT) entre des formulations EOR et des pétroles bruts. Le tensiomètre développé repose sur un co-écoulement coaxial dans deux capillaires, conduisant principalement à deux types d'écoulement : la formation d'un jet d'un fluide dans l'autre, ou la formation de gouttes créées par l'instabilité de Rayleigh-Plateau. En utilisant le modèle de Guillot et al. permettant de décrire la transition expérimentale entre un régime de gouttes et un régime de jet, il est possible de remonter à l'IFT. Dans ces travaux, les différents régimes d'écoulement ont été étudiés expérimentalement et comparer à la transition théorique. Ensuite, la plage de paramètres exploitables expérimentalement a été établie en analysant les différentes hypothèses et limites du modèle. La méthode a alors pu être mise en ¿uvre avec différents fluides couvrant plus de quatre décades de valeurs d'IFT (25 à 2.10-3 mN/m). Néanmoins, le tensiomètre développé est un tensiomètre dynamique, ce qui requiert une étude spécifique des cinétiques de diffusion et d'adsorption des tensioactifs afin de déterminer leur impact sur la mesure de l'IFT dans le cadre des formulations EOR. Dans le cas des tensioactifs à cinétiques rapides, nous avons pu réaliser l'optimisation d'une formulation EOR modèle en déterminant le minimum d'IFT en fonction de la salinité de la formulation. Pour les systèmes présentant une cinétique lente, une méthode de pré-conditionnement a été proposée afin de pouvoir réaliser la mesure d'IFT. / The aim of this work on surfactant chemical EOR is to develop a microfluidic tensiometer allowing a continuous measurement of the interfacial tension (IFT) between crude oil and aqueous solutions. The developed tensiometer is based on a coaxial co-flow inside a capillary leading mainly to two regimes of flow: formation of a jet of one fluid in another one or formation of droplets created by the Rayleigh-Plateau instability. By using the model developed by Guillot et al. which describes the experimental transition between a droplet regime and a jet regime, it is possible calculate the IFT. In this work, the different flow regimes were studied in order to correlate the experimental and the theoretical transitions. Then, the limits of the microfluidics tensiometer were evaluated and the impact of the hypotheses of the model on the IFT measurement were analysed. Then, the method has been applied to various fluids covering an IFT range of more than four decades (25 to 2.10-2 mN/m). However, as the developed tensiometer is a dynamic tensiometer, a specific study of kinetic aspects have been performed in order to evaluate the impact on the IFT value. For rapid kinetics surfactants, we optimized a model EOR formulation by determining the salinity leading to the IFT minimum. This optimization was performed thanks to HTE. For slow kinetics system, a pre-conditionning method has been proposed in order to obtain the IFT.

L'objectif de ce travail est d’utiliser le bruit électrochimique comme technique alternative pour détecter et caractériser des particules (gouttelettes, bulles, cellules biologiques, …) circulant dans un système microfluidique. La présence ou le passage de particules entre deux électrodes immergées dans un milieu conducteur entraîne une variation de la résistance de la solution entre les deux électrodes. Cette variation de la résistance d'électrolyte, Re, qui est l’impédance en haute fréquence, s'explique par le fait que la présence des particules modifie le champ primaire de potentiel entre les deux électrodes. Elle dépend de la taille, de la forme, de la position et du nombre de particules. Pour étudier l’influence de ces différents paramètres, un modèle théorique appuyé par des simulations numériques a été réalisé pour deux configurations d'électrodes, l'une à une échelle millimétrique avec deux électrodes à disque de diamètre 5 mm positionnées face à face, l'autre avec deux électrodes carrées de côté 100 m positionnées côte à côte dans un canal microfluidique. Pour confirmer ces résultats, les variations temporelles de Re dues au passage de billes, de gouttelettes d'huile et de bulles d'air ont été mesurées en utilisant la technique du bruit électrochimique développée au LISE et étendue dans ce travail aux électrodes micrométriques. Le bon accord entre les résultats théoriques et expérimentaux permet de valider la technique de mesure employée pour caractériser ces entités de taille allant de plusieurs millimètres à des dizaines de micromètres. Cette étude a permis d'identifier la taille des particules détectables pour une configuration et dimension d'électrodes données. Le travail se poursuit pour diminuer la taille du canal microfluidique et des électrodes afin de pouvoir caractériser des objets de taille allant de quelques centaines de nanomètres à quelques micromètres comme les substances biologiques telles que des cellules ou des bactéries. / This work is aimed at assessing the possibility to use the electrochemical noise technique in miniaturized systems as an alternative technique to detect and characterize particles (droplets, bubbles, biological cells…). The presence or the passage of a particle between two electrodes immerged in a conductive solution, leads to a change in the electrolyte resistance, Re, measured between these electrodes, which represents the impedance of the system at high frequency. This variation is explained by the fact that the presence of the particle modifies the potential and current fields between the electrodes. It depends on the size, form, position and number of particles between the electrodes. Numerical simulations have been developed in this work to study the influence of these different parameters on the Re value in two different geometries, one with electrodes of millimetric size, the other with microelectrodes inserted in a microfluidic channel. The variations of Re in time due to the passages of spheres of millimetric size as well as oil droplets and air bubbles of micrometric size between the electrodes have been measured using a specific home-made electronic device. An excellent agreement was obtained between the experimental and calculated Re values at both scales. The future work will consist in the characterization of smaller objects (from 100 nm to 10 m) as biological substances or bacteria in smaller microfluidic devices.

La génération, propagation et la réception d’informations (bio/chimiques) entre les organismes individuels sont la clé de voûte de nombreux systèmes communicants intelligents et sont omniprésents dans la nature. Les colonies de lucioles synchronisent leurs flashs, et la contraction et l’expansion des muscles cardiaques sont quelques exemples parmi d’autres, où les signaux bio / chimiques générés par des sources synchronisées produisent un comportement coopératif. L’objectif final de cette thèse est de développer une plateforme fiable pour générer des réseaux de communication de liposomes, en encapsulant la réaction de Belousov-Zhabotinsky (BZ) en tant que source d’information ou un signal transmis, et d’étudier la dynamique d’un tel système. Pour atteindre cet objectif, plusieurs questions ont été abordées par une approche “bottom-up” et multi-échelle. Tout d’abord, nous avons étudié l’interaction entre des liposomes de DMPC dopés et non-dopés avec le cholestérol, l’acide myristique, tétradécylsulfate, tétradécylamine, et les espèces impliquées dans la reaction BZ en utilisant la diffusion de rayons X aux petits angles et par spectrophotométrie UV-visible. Des rangées 1D de micro-gouttelettes ont été fabriquées en encapsulant la réaction BZ en microgouttelettes au moyen de la microfluidique et la communication entre les gouttelettes adjacentes a été étudiée. Plus tard, nous avons démontré un système microfluidique facile à monter / démonter avec une conception robuste et une géométrie modulable pour générer des emulsions doubles d’eau dans l’huile dans l’eau (E/ H / O). Enfin, le comportement de ces doubles emulsions générées dans système microfluidique en utilisant des phosphoplipides comme tensioactif et du chloroforme comme phase huileuse, est rapporté. Nous avons montré, avec cette composition de la phase d’huile, que le comportement dynamique des émulsions doubles sous écoulement donne lieu à des phénomènes riches incluant la déformation et du “tip-streaming”. / Generation, propagation and reception of (bio/chemical) information between individual organisms are the keystone of many intelligent communicating systems, and are ubiquitous in Nature. Colonies of fireflies synchronize their flashes, and contraction and expansion of heart muscles are few examples among others, where bio/chemical signals generated by synchronized sources produce a cooperative behaviour. The final objective of this thesis is to develop a reliable platform for generating communicative networks of liposomes, encapsulating the Belousov-Zhabotinsky (BZ) reaction as source of information or transmitted signals, and to study the dynamics of such a system. To reach this goal, several issues were addressed by following bottom-up and multi-scale approaches. First we investigated the interaction between both bulk DMPC liposomes, and liposomes doped with cholesterol, myristic acid, tetradecylsulfate, tetradecylamine, and the species involved in the BZ-reaction by using small angle X-ray scattering (SAXS) and UV-visible spectrophotometry. Than 1D arrays of micro-droplets were fabricated by encapsulating the BZ reaction into microdroplets by means of microfluidics, and the communication between adjacent droplets was studied. Later, we demonstrated an easy to assemble/disassemble and robust design for a microfluidic device with adjustable geometry, for generating monodisperse water-in-oil-in-water (w/o/w) double emulsions. Finally, the behavior of w/o/w double emulsions generated in a microfluidic device, using phospholipids as surfactant and chloroform as the oil phase, was reported. We showed, with this composition of the oil phase, that the dynamic behaviour of the double emulsions under flow gave rise to different phenomena, such as deformation and tip-streaming.

Depuis quelques décennies, les matériaux composites organique/inorganique font l’objet de nombreux travaux de recherches. En raison de leurs propriétés uniques et intermédiaires entre les deux mondes minérales et organiques, ces matériaux sont d’un grand intérêt pour des nombreuses applications tel que le domaine, d’optique, la microfluidique, la microélectronique…, La synthèse de ce type des matériaux est réalisée à moindre coût en deux étapes : La synthèse du réseau inorganique est effectué par procédé sol-gel , tant qu’à la partie organique des compositions de type résines négatives et positives possède la particularité d’être photo-réticulables sous irradiation (UV et visible). Parallèlement, est apparue la lithographie par écriture laser (spot de quelques microns). Elle s’avère très pertinente pour la mise au point d’un procédé pour lequel des objets de petites dimensions (quelques Microns) et de petites surfaces sont à réaliser car elle permet de s’affranchir de la fabrication de masques. Cette technique associée aux résines négatives, n’est pas idéale pour la fabrication d’objets de grandes surfaces en raison de temps de fabrication induits trop long. Il est, par exemple, extrêmement compliqué et couteux d’utiliser l’écriture Laser pour la réalisation de dispositifs microfluidiques. En effet, la création de canaux de taille micronique nécessite une très grande surface à insoler. Il est donc bien plus pertinent de travailler sur l’association de l’écriture laser avec une résine de type positive. L’objectif principal de ce travail est la synthèse, l’optimisation et mise en œuvre d’un matériau hybride photosensible de type résine positive : Application à la fabrication des capteurs microfluidiques. Notre choix s’est porté sur le poly(amic acid) PAA de masse molaire 2340 g/mol comme partie organique, connu pour ces bonnes propriétés mécaniques et sa grande stabilité thermique. Le travail est centré d’une part, sur la synthèse d’une résine positive photosensible à la longueur d’onde utilisée (365 nm) à base du polymère PAA. En général, les PAA sont très solubles dans une solution alcaline aqueuse, dû à la présence d’acide carboxylique. Afin d’améliorer le contraste entre la partie insolée et non insolée après le développement, un inhibiteur de dissolution 1,3,5-tris[(2-vinyloxy)ethoxy]benzène (TVEB) est greffé au PAA via la fonction vinyl éther. Ce dernier permet la réduction de la teneur en acide carboxylique dans le motif répétitif du polymère et comme conséquence diminuer la dissolution de la partie non insolée. D’autre part, la synthèse du matériau hybride à base de la résine photosensible optimisée, est réalisée par greffage d’un précurseur ORMOSIL le 4-vinyléther-phenyltriéthoxysilane (VEPTES) pré-hydrolysé par procédé sol-gel comme partie inorganique à notre polymère. Afin d'optimiser le matériau, une étude structurale a été réalisée depuis la synthèse du solution jusqu'à l'obtention des dépôts et enfin la création des canaux microfluidiques. Une amélioration significative au niveau des propriétés mécaniques et thermiques est notée au niveau du polymère par ajout d’une partie minérale. / In recent decades, the organic / inorganic composite materials are the subject of many research works. Because of their unique properties and intermediate between inorganic and organic worlds, these materials are of great interest for many applications such as the area, optical, microfluidics, microelectronics ... The synthesis of this type of materials is carried out at a lower cost in two stages: The synthesis of inorganic network is made by sol-gel process, as well as the organic part of the negative and positive resin type compositions has the particularity of being photo-crosslinked under irradiation ( UV and visible).Meanwhile, the lithography by laser writing has appeared (spot a few microns). It is particularly appropriate for the development of a method for which small objects (a few microns) and small surfaces are to achieve because it eliminates the production of masks. This technique associated with negative resins, is not ideal for manufacturing large objects surfaces due to induced production time too long. It is, for example, be extremely complicated and expensive to use writing laser for producing microfluidic devices. Indeed, the creation of micron-sized channels requires a very large surface area to be exposed. It is therefore more appropriate to work on the combination of laser writing with a resin positive type. The main objective of this work is the synthesis, optimization and implementation of a photosensitive hybrid material resin positive type: Application to the fabrication of microfluidic sensors. Our choice fell on the poly(amic acid) PAA with molar mass of 2340 g/mol as an organic part, known for its good mechanical properties and high thermal stability.The work focuses on a part, on the synthesis of a positive photosensitive resin at the wavelength used (365 nm) based on the PAA polymer. In general, PAA are very soluble in an aqueous alkaline solution, due to the presence of carboxylic acid. In order to improve the contrast between the irradiated and unirradiated part after the development, an dissolution inhibitor 1,3,5-tris [(2-vinyloxy) ethoxy] benzene (TVEB) is grafted to the PAA via the vinyl ether function. This allows the reduction of the carboxylic acid content in the repeating unit of the polymer and as a consequence reduces the dissolution of the non-exposed part.On the other part, the synthesis of the hybrid material based on the optimized photosensitive resin is formed by grafting a precursor ORMOSIL 4-vinylether-phenyltriethoxysilane (VEPTES) pre-hydrolyzed by sol-gel method as the inorganic part to our polymer. In order to optimize the material, a structural study was conducted for the synthesis of the solution until the deposits and the creation of microfluidic channels. A significant improvement in mechanical and thermal properties is recorded at the polymer by adding an inorganic portion.

La microfluidique utilisant les gouttes a connu un essor remarquable ces dix dernières années. Pourtant, la dynamique de ces objets reste largement inexplorée et incomprise. Une question aussi simple que déterminer la vitesse d’une goutte poussée par une phase porteuse à vitesse imposée, ne possède à ce jour toujours pas de réponse. Comprendre et modéliser la vitesse d’une goutte nécessite dans un premier temps de caractériser les mécanismes de dissipation intervenant dans la goutte, dans le ménisque dynamique et dans le film de lubrification.Ce manuscrit présente une étude de la dynamique de films de lubrification en utilisant une technique interférométrique (RICM) qui a dû être adaptée à notre système. Nous montrons dans un premier temps que, dans un cas statique, cette outil permet de mesurer l’épaisseur de ce film nanométrique avec une très grande précision, et que celle-ci est fixée par la pression de disjonction dont la composante principale est électrostatique. Puis, le film de lubrification est étudié dans un cas dynamique. Aux faibles vitesses, l’épaisseur du film est fixée par la pression de disjonction, tandis qu’aux nombres capillaires plus élevés nous montrons qu’un modèle visqueux permet de reproduire nos résultats expérimentaux. Pour une solution micellaire,nous observons une décomposition spinodale permettant d’extraire des propriétés interfaciales (vitesse, contrainte de Marangoni). Enfin, nous avons pu dans un projet fédératif développer une laboratoire sur puce permettant des opérations de manipulation sur des gouttes en utilisant l’intégration de systèmes de chauffage au niveau micrométrique. / Digital microfluidics is a growing field of research. However, droplet dynamics remains largely unknown. As an example, a question as simple as predicting the droplet velocity while pushed by an external fluid at fixed velocity is still not answered. Understanding and thus modelizing it requires the identification of dissipation mechanisms in the droplet, in the dynamical meniscus and in the flat film. This thesis presents a study on the dynamical properties of lubrication films using an interferometric method (RICM) that has been adapted to microfluidics. We first show that, in a static case, we are able to measure nanometric film thicknesses with very accurate precision and that it is set by the disjoining pressure, especially the electrostatic part. Then the film is studied when the droplets flow. At low speeds, the film thickness is set by the disjoining pressure, while at higher capilarry numbers we identify a viscous model in agreement with our experimental results. For a micellar solution, we observe spinodal decomposition allowing us to recover interfacial properties (velocity, Marangoni stress). Finally, in a collaborative project, we were able to develop a lab on a chip allowing droplets manipulations taking advantage of micro-heaters integration.

Cette thèse traite de deux projets en rapport avec la microfluidique. Le premier est consacré à la réalisation d'actionneurs à base d'hydrogel thermosensible. Avec une approche technologique basée sur le greffage et la structuration d'un hydrogel thermosensible sur des surfaces en verre, nous montrons comment un matériau capable de subir de fortes variations de volume peut être utilisé comme actionneur microfluidique dans les milieux aqueux. D'abord, en tant que vanne, nous démontrons que la stratégie de greffage des structures permet d'obtenir des actionneurs robustes et durables capables de réguler la circulation de fluides en micro-canaux avec une réponse rapide en miniaturisant la stimulation thermique. Ensuite, une autre configuration, dite de compartimentation libre, est mise en oeuvre et appliquée en biologies moléculaire et cellulaire. Le second est quant à lui dédié à l'étude du glissement par nanovélocimétrie en utilisant la technique de microscopie de fluorescence par réflexion totale interne. Cette technique permet de suivre les écoulement de nanoparticules à proximité immédiate de la paroi d'un micro-canal (dans les premiers 800nm de fluide). En utilisant les modèles de Langevin, nous avons été en mesure de prendre en compte différents artéfacts expérimentaux et les corriger. Nous confirmons l'absence de glissement de l'eau pure sur surface hydrophile et l'existence du glissement sur surface hydrophobe. Cette partie est traitée sous la forme d'une brève introduction, suivie d'un article publié dans Journal of Fluid Mechanics. / In this work, we have addressed two projects related to microfluidics.The first one is dedicated to the integration of hydrogel-based actuators in microsystems. Thanks toa technological approach based on the grafting and patterning of a thermosensitive hydrogel on glasssubstrates, we show how a material that can undergo large volume changes can be embedded as anactuator for aqueous solutions. First as a valve, we prove that the strategy consisting in grafting patternsof hydrogel enables us to obtain robust actuators able to regulate flows in micro-channels, and with afast response by miniaturising the thermal stimulation. Then we report another configuration called freecompartmentalization, applied to molecular and cellular biology. The second part of this manuscript deals with the study of slippage by nanovelocimetry using the totalinternal reflection fluorescence microscopy technique. This method enables us to follow fluorescent nanoparticlesflowing near the wall of a microchannel (within the first 800nm ). Using Langevin simulations,we have been able to take several experimental biases into account and correct them. We can confirmthe no-slip condition of water on hydrophilic surfaces and the actual slippage over hydrophobic surfaces.This part is made of a brief introduction followed by an publication in Journal of Fluid Mechanics.