Ces travaux de recherche ont permis d ' élaborer une méthode de gélification 'à froid ' induite par l'addition de sels de calcium à des protéines de soya thermiquement dénaturées, le but ultime étant d'utiliser ces hydrogels dans le développement de nouveaux aliments fonctionnels et comprimés nutraceutiques ayant des effets bénéfiques sur la santé. Les résultats obtenus démontrent la formation de deux types d 'hydrogels distincts selon la teneur en sels de calcium utilisés. À faible teneur en sels de calcium, des hydrogels filamenteux caractérisés par une microstructure ordonnée et une bonne capacité de rétention d'eau sont obtenus, alors que des hydrogels poreux, agrégés et ayant une faible capacité de rétention d'eau sont identifiés lorsqu'une haute teneur en sels de calcium est utilisée. Ces deux types d 'hydrogels démontrent des propriétés rhéologiques distinctes, utilisées pour quantifier leur dimension fractale respective. Il a été démontré par cette étude que les hydrogels de type filamenteux sont sujet à un mécanisme de formation lent selon un patron dicté par l'encombrement stérique des agrégats primaires, tandis que les hydrogels agrégés sont formés rapidement de façon totalement aléatoire, créant une microstructure désordonnée. Des études in vitro en conditions gastro-intestinales montrent clairement la capacité des hydrogels filamenteux et agrégés à protéger des molécules de vitamine B2, emprisonnées dans leur structure, contre les conditions gastriques (enzymes digestives, pH acide) et à les libérer en conditions intestinales. Les hydrogels filamenteux montrent des profils de libération de la vitamine B2 plus constants que ceux agrégés dû à leur structure moins poreuse. Des comprimés formés à partir des hydrogels lyophilisés et compressés ont également été conçus. Les études in vitro effectuées sur ces comprimés démontrent, comme les études menées sur les hydrogels, une bonne protection de la vitamine B2 en présence de conditions gastriques et une libération accrue lorsque soumis aux conditions intestinales. D'intéressantes perspectives dans le développement de véhicules (hydratés ou comprimés) pour la protection de molécules nutraceutiques et leur libération intestinale sont donc envisageables à partir des hydrogels développés dans le cadre de cette étude.

La gélification de deux systèmes mixtes contenant des protéines (P) et du chitosane (CH) a été étudiée par rhéologie. Les systèmes ont été : 1) un mélange d’isolat de protéines de lactosérum (WPI) et CH, et 2) un mélange de gélatine bovine (Gb) et de CH. Les deux systèmes ont été étudiés dans des milieux acides et alcalins à différentes concentrations de polymères. Des gels avec des caractéristiques différentes ont été obtenus avec les deux systèmes dans toutes les conditions étudiées. À concentrations élevées en protéines, le CH a moins d’influence sur les gels formés. Les gels WPI-CH sont de couleur blanche et de texture crémeuse à pH acides, tandis qu’ils sont translucides et élastiques à pH basique. Les systèmes Gb-CH forment toujours des gels translucides, cependant la turbidité augmente à pH 6. Ce travail a permis de comprendre l'effet des concentrations des polymères ainsi que du pH et du type de protéine sur les propriétés rhéologiques des gels P-CH. / The gelation of two mixed systems containing proteins (P) and chitosan (CH) has been studied by rheology. The systems were: 1) a mixture of whey protein isolate (WPI) and CH, and 2) a mixture of bovine gelatin (Gb) with CH. Both systems have been studied in acid and alkaline environment at different polymers concentrations. Gels with different characteristics have been obtained with the two systems in all conditions studied. Chitosan has less influence on the gels at higher protein concentrations. The colour of the WPI-CH gels was white with a creamy aspect at acid pH, whereas they were translucent and elastic at alkaline pH. The Gb-CH systems always formed translucent gels; however the turbidity increases at pH 6. The work presented in this document has allowed the understanding the effect of the polymer concentrations as well as the pH and the type of protein on the rheological properties of the P-CH gels.

Ce travail de thèse porte sur la réalisation d’une batterie redox-flow fonctionnant grâce à la circulation de suspensions de matériaux d’insertion du lithium afin d’accroitre leur densité d’énergie. Le recours à des cellules microfluidiques permet de s’affranchir des limitations causées par les membranes échangeuses d’ions. Il s’articule dans un premier temps sur la synthèse contrôlée par voie hydrothermale de nanoparticules de LiCoO2 et leur caractérisation en suspension aqueuses. Cette étape permet de déterminer à la fois les propriétés électrochimiques des suspensions, leur état d’agrégation ainsi que leur comportement rhéologique en vue d’une utilisation redox-flow. Le transfert électronique entre une particule en suspension et les électrodes de la cellule est un aspect fondamental de ce type de batteries. Ce transfert est étudié grâce la technique de collision électrochimique dans laquelle la réponse de chaque agrégat est détecté individuellement par une ultramicroélectrode ce qui permet d’établir de nombreuses propriétés physique-chimiques de ces suspensions. Ce travail propose ensuite de s’affranchir de l’utilisation des membranes et de leurs limitations par le recours aux techniques de la microfluidique. La formation d’un écoulement co-laminaire en microcanal permet d’obtenir une cellule redox-flow opérationnelle. La conception et le fonctionnement de ces cellules est étudié en vue de la mise en circulation de suspensions de nanoparticules dans ce type de systèmes. / The aim of this work is to make a redox-flow battery that runs on lithium insertion material suspensions in order to increase the energy density of such systems. The use of microfluidic technics allows to solve the issues and limitations of ion exchange membrane by removing them. In the first part controlled size LiCoO2 nanoparticles are synthesized by hydrothermal route and dispersed into suspensions. The aggregation state of these suspensions are investigated using diffusion light scattering and transmission electronic cryoscopy. Rheological properties were also characterized for redox-flow use. The electronic transfer between a particle in suspension and the flow cell electrodes is crucial for their performances. This transfer is studied in the second part using the single event collision technic which consist of isolating individual aggregate electrochemical response at the surface of an ultramicroelectrode. This approach allows an extensive investigation of suspensions aggregates size, mobility and insertion reaction kinetic. Finally this works propose to replace the conventional ion exchange membrane by the mean of microfluidic technics. In co-laminar condition the fluid interface acts as a separation membrane to create a membrane-less redox-flow battery. The last part focuses on the fabrication of microfluidic cells and the behavior of suspensions in micro-channels.

L'hétéroagglomération a été étudiée dans des suspensions céramiques mixtes aluminesilice diluées, par deux types de simulations numériques : dynamique Brownienne et minimisation globale. Les simulations ont été appliquées à un premier système, où les particules d'alumine et de silice sont de tailles peu différentes. Elles ont permis d'analyser la composition et la structure des agglomérats obtenus. Elles ont ensuite été adaptées à un deuxième système, où les particules de silice sont seize fois plus petites que celles d'alumine. Dans ce cas, elles ont montré que les particules de silice s'adsorbent sur l'alumine et que l'agglomération des particules d'alumine, fortement chargées, est possible, par l'intermédiaire de la silice qui se place entre elles. Les agglomérats obtenus sont très allongés bien que les formes d'équilibre soient plus compactes. Les observations expérimentales effectuées sur les deux systèmes sont en accord avec les résultats de ces simulations.

Nous étudions les phénomènes de ségrégation par taille dans des suspensions concentrées<br />de particules en écoulement. Les particules sont plus lourdes que le fluide, comme dans la<br />plupart des situations pratiques (boues, bétons, propergols solides. . .). Le matériau modèle<br />est transparent, et nous pouvons mesurer les champs de vitesse et de concentration des<br />espèces sous cisaillement.<br /><br />Dans les deux géométries étudiées (Couette et plan-plan), on observe que l'écoulement<br />principal (azimutal) est en général localisé. De plus, nous montrons l'existence systématique<br />d'une composante non azimutale des trajectoires.<br /><br />Expérimentalement, nous établissons les relations entre figure de ségrégation, écoulements<br />primaire et secondaire. Sur cette base, nous discutons les mécanismes possibles de<br />la ségrégation.

La variété des structures colloïdales auto assemblées est principalement due à la présence d'interactions anisotropes. Nous présentons ici une méthode numérique pour étudier l'agrégation irréversible par patches de particules sphériques. Il s'agit d'une amélioration de la dynamique d'amas browniens prenant en compte les interactions par patches et les mouvements de rotation. Nous limitons notre étude aux particules à deux patches opposés de taille variable. Une interaction isotrope, faible, est également ajoutée pour modéliser une polymérisation par étape dans diverses conditions de solvant. Cet algorithme a été testé sur des chaînes isolées et nous avons retrouvé les propriétés statiques et dynamiques attendues. En jouant sur la balance entre la qualité du solvant et la taille des patches diverses morphologies hors-équilibres sont obtenues. Même dans la limite diluée, les collisions corrélées jouent un rôle important et une description de type Smoluchowski échoue.

Les émulsions stabilisées par des particules minérales présentent des propriétés originales en raison du caractère « solide » des interfaces. La première partie du manuscrit décrit la fabrication d'émulsions monodisperses, de taille allant du micromètre au centimètre, via un mécanisme de croissance homogène (coalescence limitée). Ces émulsions modèles sont concentrées par centrifugation et l'on mesure la relation entre la pression osmotique et la fraction volumique des gouttes. Les résultats sont interprétés en considérant le caractère « solide » des interfaces (élasticité, plasticité) lié à la forte attraction latérale qui existe entre les particules adsorbées. Les propriétés de surface sont explorées indépendamment en mesurant la déformation de gouttes isolées soumises à un cisaillement contrôlé. Enfin, les propriétés rhéologiques des émulsions à interfaces « solides » sont comparées à celles des émulsions stabilisées par des tensioactifs, à interfaces « fluides ».

Ce travail de thèse concerne la modélisation et la simulation des écoulements diphasiques avec changement de phase par des équations cinétiques de type Boltzmann. Ce travail est motivé par deux applications distinctes pour lesquelles la compréhension et l'analyse fine des mécanismes et des dynamiques de changement de phase sont nécessaires. Le premier thème concerne la mise au point de dispositifs passifs de refroidissement diphasiques pour la micro-électronique. Le seconde thématique concerne la formation de dépôts de filtration résultant de l'agrégation de particules colloïdales à la surface d'une membrane dans des procédés de filtration membranaire. Pour les applications de type colloïdal, un modèle à deux fluides est proposé en adaptant des méthodes Boltzmann-sur-Réseau de la littérature pour la résolution de l'écoulement. Enfin, dans une partie plus exploratoire, un méthode de résolution originale de l'équation de Boltzmann-Enskog est proposée afin de traiter des écoulements avec changement de phase en incluant les effets thermiques.

Cette thèse rapporte l'étude des propriétés de films transparents conducteurs obtenus à partir de dispersions de nanotubes de carbone. La formulation des dispersions représente une étape clé dans le but d'obtenir des films homogènes avec de bonnes propriétés électro-optiques. Plus particulièrement, la création d'interactions attractives en solution entre les nanotubes de carbone permet d'une part de modifier le comportement rhéologique des dispersions et d'améliorer leur dépôt en couche mince par enduction. D'autre part, les travaux présentent une étude concernant l'influence des interactions sur la structuration du réseau de nanotube de carbone qui constitue les films. Ces changements de structuration sont notamment mis en parallèle avec les propriétés électriques des films selon leur épaisseur. L'utilisation de polymères semi-conducteurs a aussi fait l'objet de travaux expérimentaux pour améliorer la formation et les propriétés des films transparents conducteurs.

La notion de valence est très répandue à l’échelle de l’atome et est à l’origine de la diversité et des propriétés des composés covalents (molécules, macromolécules, cristaux). L’un des grands challenges à l’heure actuelle est de décliner cette notion de valence à l’échelle des particules, qui pourraient devenir des briques élémentaires programmées, c’est-à-dire la matière première de nouveaux matériaux qui seraient obtenus par assemblage spontané. Dans ce contexte, nous avons développé des particules à patchs possédant à leur surface des discontinuités chimiques et topologiques permettant de limiter le nombre de particules voisines et d’engendrer des interactions directionnelles avec ces dernières. L’objectif de nos travaux consiste dans un premier temps à imiter les hybridations simples de l’atome de carbone divalent (sp), trivalent (sp2) et tétravalent (sp3). Des particules de silice contenant un nombre spécifique de cavités dans lesquelles se trouvent des chaines de polystyrène ont été synthétisées et fonctionnalisées sélectivement. Des molécules colloïdales constituées d’une particule à patchs, au centre, entourée de nanoparticules satellites en nombre contrôlé ont été obtenues par assemblages covalents ou supramoléculaires. Ces premiers clusters miment la géométrie de molécules simples telles que CF4, BF3, CO2 ou H2O. En différenciant des lots de satellites soit par leur taille, soit par leur composition chimique, nous avons montré qu’il est possible d’étendre la formation de molécules colloïdales vers de structures plus complexes du type AXnYm (n+m = 4) ou encore des molécules colloïdales chirales. Enfin, nous avons développé une autre voie permettant d’obtenir de nouveaux atomes colloïdaux contenant un nombre défini de patchs surfaciques de taille contrôlée. / The concept of valence is well-known at the atomic level and is at the origin of the diversity and properties of covalent compounds (molecules, macromolecules, crystals). Nowadays, one of the major challenges is to decline this notion of valence at the scale of colloidal particles, which could become programmed elementary bricks, that is to say the raw material of new materials that would be obtained by spontaneous assembly. In this context, we have developed patchy particles with chemical and topological discontinuities at their surface that limit the number of neighboring particles and induce directional interactions with them. The objective of our work consists first in imitating simple hybridizations of the divalent (sp), trivalent (sp2) and tetravalent (sp3) carbon atoms. The silica particles containing a specific number of cavities in which residues of polystyrene chains are chemically and selectively functionalized. Colloidal molecules consisting of a patchy particle, in the center, surrounded by satellite nanoparticles in controlled number were obtained by covalent or supramolecular routes. These first clusters mimic the geometry of simple molecules such as CF4, BF3, CO2 or H2O. By differentiating batches of satellites either by their size or by their chemical composition, we have shown that it is possible to extend the formation of colloidal molecules to more complex AXnYm (n + m = 4) structures or chiral colloidal molecules. Finally, we have developed another way to obtain new colloidal atoms containing a precise number of surface patches with a controlled area.