Les microgels sont des particules colloïdales polymères faiblement réticulées, capables de se gonfler d’un solvant, de se déformer et de s’adsorber à des interfaces liquides. Parmi eux, les microgels de poly(N-isopropylacrylamide) (pNIPAM) sont thermosensibles et présentent une contraction en volume lorsque la température est supérieure à la température de transition de phase volumique, notée VPTT. De précédents travaux ont montré leur capacité à stabiliser des émulsions de Pickering : les émulsions peuvent être stables à des températures inférieures à la VPTT et être déstabilisées sur demande au-dessus de celle-ci. Afin d’approfondir la compréhension du mécanisme de stabilisation des émulsions, nous discutons le rôle de la structure des microgels sur leur adsorption, leur organisation à des interfaces modèles, les propriétés mécaniques des interfaces et les propriétés des émulsions résultantes en terme de stabilité (cinétique, mécanique) et de propriétés d’écoulement. Le rôle de la réticulation, de la présence de charges et de la taille est étudié pour le modèle du pNIPAM. Nous démontrons le lien existant entre conformation et propriétés macroscopiques des émulsions. En prenant en considération à la fois la structure des microgels et les procédés de formulation (voies d’émulsification), des émulsions avec des propriétés rhéologiques et des états de floculation variés peuvent être obtenues. Fort de ces connaissances, les concepts établis à l’aide des microgels de pNIPAM seront généralisés à d’autres familles de microgels, d’une part des systèmes biocompatibles avec des dérivés comportant des chaînes pendantes oligo(éthylène oxyde), d’autre part des microgels sensibles à des stimuli biologiques tels que la reconnaissance de sucre. / Microgels are soft and deformable colloidal particles that are swollen by a solvent and display the ability to deform and adsorb at liquid interfaces. The poly(N-isopropylacrylamide) (pNIPAM) microgels are thermo-sensitive and exhibit a volume contraction when the temperature is raised above the volume phase transition temperature (VPTT). These particle have shown high potential as Pickering emulsions stabilizers: emulsions could be stable at ambiant temperature, below the VPTT and destabilize on-demand above it. To get insight into understanding of the emulsion stabilization mechanism, we systematically discuss the relation between the microgel structure, their adsorption, their organization at model interfaces, the viscoelastic behavior of the interface and the resulting emulsions properties in terms of stability and flow behavior. In the present work, using pNIPAM as model microgels, we investigate the effect of their cross-linking density, their size and their charge density. Varying the microgels structures and the formulation conditions (emulsification process), we could control the emulsions flocculation state and rheological behavior. Based on this knowledge, we propose to synthesize new biocompatible microgels as emulsion stabilizers. Using ligand-modified microgels sucrose-sensitive emulsions may be obtained, enlarging the possible application domains.

Des émulsions particulièrement stables peuvent être formulées à l'aide de particules colloïdales (émulsions dites de Pickering). L'objectif de cette étude est d'accéder à la compréhension des mécanismes de stabilisation des interfaces, ainsi que du lien entre propriétés interfaciales et propriétés macroscopiques des émulsions. Dans ce cadre, la stratégie adoptée repose sur l'utilisation de particules colloïdales dont les caractéristiques peuvent être variées continûment à la fois en amont par la chimie de synthèse (variation de la mouillabilité, de la déformabilité) et in situ par un stimulus (pH, sel, température...). De plus, les émulsions stabilisées par de telles particules deviennent, elles aussi, sensibles aux stimuli et la déstabilisation des émulsions peut être déclenchée à la demande. Les mécanismes d'adsorption, les interactions entre particules aux interfaces et les propriétés résultantes des émulsions sont étudiés. L'établissement de concepts généraux régissant la stabilisation/déstabilisation des émulsions permet d'en contrôler, via la formulation ou le procédé (température, cisaillement), les propriétés d'usage. Enfin les émulsions stabilisées par des particules colloïdales peuvent être utilisées en tant que précurseurs dans la formulation de matériaux plus complexes : ceci est illustré par l'élaboration de capsules à libération thermostimulée.

Des émulsions particulièrement stables peuvent être formulées à l’aide de particules colloïdales (émulsions dites de Pickering). L’objectif de cette étude est d’accéder à la compréhension des mécanismes de stabilisation des interfaces, ainsi que du lien entre propriétés interfaciales et propriétés macroscopiques des émulsions. Dans ce cadre, la stratégie adoptée repose sur l’utilisation de particules colloïdales dont les caractéristiques peuvent être variées continûment à la fois en amont par la chimie de synthèse (variation de la mouillabilité, de la déformabilité) et in situ par un stimulus (pH, sel, température...). De plus,les émulsions stabilisées par de telles particules deviennent, elles aussi, sensibles aux stimuli et la déstabilisation des émulsions peut être déclenchée à la demande. Les mécanismes d’adsorption, les interactions entre particules aux interfaces et les propriétés résultantes des émulsions sont étudiés. L’établissement de concepts généraux régissant la stabilisation/déstabilisation des émulsions permet d’en contrôler, via la formulation ou le procédé (température, cisaillement), les propriétés d’usage. Enfin les émulsions stabilisées par des particules colloïdales peuvent être utilisées en tant que précurseurs dans la formulation de matériaux plus complexes : ceci est illustré par l’élaboration de capsules à libération thermostimulée / Highly stable emulsions can be formulated using colloidal particles as stabilizers (so-calledPickering emulsions). This study aims at understanding the interfacial stabilizationmechanisms as well as the links between the interfacial properties and the macroscopicproperties of emulsions. In this context, our strategy consists in using colloidal particles forwhich characteristics can be continuously tuned either during the synthesis (variation of theparticles’ wettability or deformability) or in situ by using a stimulus (pH, salt, temperature…).Emulsions stabilized by such particles are stimuli responsive and their destabilization can betriggered on demand. We study and report the mechanisms of particle adsorption, theinteractions between particles anchored at interfaces and the resulting properties of emulsions.Such study allows us to draw general concepts governing the emulsionsstabilization/destabilization and to control their end-use properties via formulation oremulsification process (temperature, shear). Colloidal particle stabilized-emulsions can beused as templates to synthesize more complex materials as illustrated by the elaboration ofcapsules allowing a thermally controlled delivery of their content.

L’encapsulation est une technique employée couramment par le milieu industriel, notamment dans le domaine du médical, de la parfumerie ou de la cosmétique. Afin de répondre aux attentes et de proposer des capsules modulables pour tous types d’applications, des capsules de type coeur-écorce ont été élaborées au cours de cette thèse. Elles sont obtenues à partir d’émulsion dont le coeur huileux est enrobé par une coque de silice, via la minéralisation de l’interface eau-huile. Les émulsions de Pickering, stabilisées par des particules colloïdales, sont particulièrement stables et intéressantes pour cette étude. Le but de cette thèse est de comprendre, dans un premier temps, les mécanismes fondamentaux impliqués dans le processus de fabrication. Cela a permis d’élaborer, par la suite, des matériaux hybrides complexes à différentes échelles, du micrométrique au nanométrique,mais également d’établir les mécanismes de libération par un stimulus externe. Enfin, une encapsulation maîtrisée permet d’allier stabilité au stockage et destruction rapide ou contrôlée à l’utilisation. Ainsi, par diverses méthodes définies dès la formulation de l’émulsion initiale, le contenu huileux des capsules peut être libéré de manière provoquée par une action mécanique ou par l’augmentation de la température (macroscopique ou local par hyperthermie magnétique). / Encapsulation is a technique used in the industry, in particular in the field of medical,perfumery or cosmetics. In order to meet the expectations and propose adaptable capsules for all types of applications, core-shell capsules type were developed during this thesis.There were based on emulsions science with an oily core coated by a silica shell,synthetized by sol-gel chemistry at the oil-water interface. Pickering emulsions, which are emulsions stabilized by colloidal particles, are particularly stable and interesting for this study. The aim of this thesis is to understand, at first, the fundamental mechanisms involved in the manufacturing process. This made it possible to develop complex hybrid materials at different scales, from micrometric to nanometric, but also to establish the releasing mechanisms by an external stimulus. Thanks to a controlled encapsulation, it is possible to combine stability (storage) and rapid or controlled destruction when used. Thus, by various method, defined from the formulation of the initial emulsion, the releasing of the oily contentcan be caused by mechanical action or by an temperature increased (macroscopically orlocally by magnetic hyperthermia).