Conclusion et justification du travail de thèse

Différentes particules de structure complexe ont été synthétisées ; l’alternance de phases hydrophile- hydrophobe est notamment utilisée pour la synthèse de microcapsules. Mais à l’heure actuelle, il n’existe pas de travaux portant sur la synthèse de particules multicouches hydrophobe-hydrophobe. Parmi toutes les structures créées, seuls les colliers de perles sont obtenus en plusieurs étapes. Particules de différentes formes, microcapsules, particules Janus ou à structures ternaires sont toutes générées par polymérisation juste après la formation des émulsions. L’accès à des particules multicouches hydrophobe-hydrophobe passe donc par une ou plusieurs étapes supplémentaires après formation du cœur de la particule, mais l’obtention de ce cœur nécessite déjà plusieurs études préliminaires.

Ainsi pour parvenir aux particules multicouches hydrophobe-hydrophobe, il va falloir :

- créer un microsystème propice à la génération de gouttes de phase organique dans l’eau - déterminer les paramètres opératoires pour l’obtention d’émulsions sphériques

- choisir un système réactionnel facilement accessible à nos conditions opératoires pour créer le cœur

Le choix du microsystème dépend donc à la fois du matériau et de la géométrie de la zone de la génération que l’on souhaite utiliser. Pour la génération de gouttes de phase organique dans l’eau, un matériau hydrophobe sera défavorable donc le silicium, la silice ou le verre seront préférables au PDMS. Bien que le PDMS puisse être rendu hydrophile, le traitement ne revêt pas un caractère durable. Au niveau de la géométrie de la zone de génération, on cherchera à garder un confinement pour la goutte après sa formation ; cela rendra les manipulations ultérieures sur la goutte ou la particule qui en découle plus facile à réaliser. Les systèmes à co-courant ou en terrasses décrits dans ce chapitre ne présentent pas assez de confinement en aval de la génération. La focalisation hydrodynamique bien que formant des gouttelettes plus petites mais plus complexe à mettre en place ou fabriquer, sera dans un premier temps délaissé au profit des configurations en T ou en croix simples à adapter dans le design du microsystème.

Afin de prévoir d’ultérieures interventions sur l’écoulement à gouttes ou à particules, nous essaierons dans la mesure du possible de ne pas modifier la viscosité et la tension interfaciale des fluides (pas d’ajout d’agents viscosifiants ou de tensioactifs). Les principaux paramètres qui vont agir sur la formation des gouttes seront donc le type de générateur et les diamètres des canaux (à prévoir lors de la conception du microsystème) et surtout le débit de la phase continue et le débit de la phase dispersée. L’écoulement diphasique pouvant se présenter sous différentes formes (écoulement stratifié, « slugs », gouttelettes rondes, jet de gouttes) en fonction de ces débits, on recherchera le domaine d’utilisation où la génération de gouttelettes est maitrisée.

Parmi les différentes méthodes d’initiation de polymérisation, il nous faut choisir celle qui permet d’obtenir des particules de façon continue toujours dans l’objectif d’enchainer des étapes supplémentaires après polymérisation. La polymérisation par amorçage UV est non seulement la plus répandue mais également la plus simple à mettre en œuvre. Il reste donc à déterminer le couple monomère-photoinitiateur qui forme des émulsions stables et régulières avec l’eau (la phase dispersante utilisée). La zone d’émulsions en forme de gouttelettes sphériques devra être facilement accessible et la plus vaste possible en jouant sur les débits de chaque phase. D’autre part, plus le monomère est réactif et polymérise vite, moins il y aura de contraintes sur le temps d’exposition à appliquer pour polymériser les gouttelettes.

Après polymérisation du train de gouttelettes, il faut pouvoir enrober chaque particule par une nouvelle couche de monomère. Pour que chaque cœur ait sa couche supplémentaire, les interventions sur l’écoulement à particules ne doivent pas perturber la régularité de l’écoulement. Pour apporter la couche supplémentaire deus solutions sont possibles :

- exploiter les expériences de fusion entre les gouttes pour les mettre à profit sur la fusion entre une particule et une goutte de monomère

- se servir des propriétés d’écoulement laminaire dans les microcanaux pour faire passer la particule de la phase aqueuse à un nouveau monomère ou bien remplacer progressivement la phase aqueuse entourant les particules par une phase de notre choix

La première solution ne pourra faire appel qu’à une fusion passive. Les particules et les gouttes de monomère sont neutres et ne seraient donc pas affectées par des champs électriques ou lasers. Pour réaliser la fusion, chaque train de dispersion devra être synchronisé pour que gouttes et particules se

rencontrent ou les plus proches possibles au point d’intersection des deux écoulements. Pour obtenir cette synchronisation, l’ajout ou le soutirage de phase continue peut être nécessaire. Dans le cas où particules et gouttes ne sont pas assez proches pour fusionner, un système d’aspiration de phase continue sera alors inévitable.

La seconde solution se propose de créer des écoulements stratifiés entre la phase aqueuse avec les particules et une nouvelle phase introduite dans le microsystème. Si cette nouvelle phase est hydrophobe et qu’un écoulement stratifié stable se crée, il est possible d’envisager le transfert de la particule vers la phase hydrophobe ou par aspiration d’une partie de l’écoulement, de remplacer la phase aqueuse par la phase hydrophobe. Si l’écoulement stratifié est impossible, il faudra passer par une phase intermédiaire pour effectuer le transfert. Dans ce cas également, un système d’aspiration de phase continue sera nécessaire. Enfin pour obtenir la couche supplémentaire, il faudra synchroniser la fréquence d’arrivée des particules et la fréquence de génération des gouttes les entourant pour n’obtenir qu’une particule par goutte.

Dans l’une ou l’autre des solutions proposées, une attention toute particulière doit être prise sur le trafic des particules dans les microcanaux car le moindre obstacle va bloquer la particule et ainsi boucher et rendre inutilisable tout le canal voire le microsystème.

L’analyse bibliographique présentée dans ce chapitre nous apporte quelques clés (notamment sur les systèmes de génération de gouttes, les systèmes réactionnels ou les voies d’accès aux particules multicouches) à utiliser pour accomplir nos objectifs de thèse mais ces travaux nécessitent l’exploration de paramètres opératoires encore peu connus et la création et le développement d’outils pour faire sauter les verrous technologiques menant à la synthèse de particules de polymère multicouches dans les microcanaux.