Elaboration de microcapsules calibrées par un procédé microfluidique

La place des substances encapsulées est devenue prépondérante dans notre quotidien par l’utilisation, dans de nombreux domaines, de produits toujours plus innovants.  De la crème cosmétique aux textiles intelligents (exemple : vêtements hydratants), les applications peuvent se décliner à l’infini suivant le but visé (peinture, insecticide, engrais, matériaux à changement de phase, traitements médicaux…). 

C’est dans ce contexte que l’équipe PROMETHEE du M2P2 développe des activités de recherche portant sur le développement de procédés microfluidiques continus de microencapsulation comme une alternative aux procédés batch actuels. On allie ainsi le bénéfice du mode de fonctionnement continu qui assure une constance dans la qualité du produit final aux avantages des procédés microstructurés qui offrent une meilleure maitrise de la taille et de la distribution de tailles des capsules formées.

Le sujet de thèse concerne l’élaboration de capsules en polyurée par polycondensation interfaciale. La fabrication de capsules en polyurée, consiste en la formation d’une émulsion huile dans l’eau, suivie d’une réaction de polycondensation entre deux monomères. Celle-ci a lieu à l’interface huile/eau car les monomères sont introduits dans deux phases différentes : le monomère 1 et  le produit à encapsuler dans la phase organique, le monomère 2 dans la phase aqueuse. 

Il s’agit maintenant de préciser et optimiser le procédé tout en s’attachant à développer des connaissances pour aboutir à une rationalisation des résultats. 

Nous avons choisi de réaliser l’émulsion (étape clé car elle conditionne les propriétés finales (taille et distribution de tailles des capsules) dans une micropuce en verre (mélangeur en croix, en T ou de type flow focusing) asservie à une caméra rapide. Ce dispositif présente l’avantage, grâce à la visualisation in situ,  de  mieux comprendre et maîtriser les mécanismes mis en œuvre lors de la formation des gouttes. Nous étudierons l’influence des conditions opératoires (débits et rapport de débits d’alimentation des  deux phases, type et concentration du tensioactif) sur le régime de mise en contact des phases et sur l’élaboration des gouttes. Ensuite, succèdera la mise en œuvre de la réaction de polycondensation des monomères. Nous étudierons aussi bien l’influence des conditions opératoires (monomères, concentrations, température) que celle du type de réacteur choisi (cuve agité, réacteur piston, microréacteur).

A cette partie expérimentale, s’ajoutera le développement d’une modélisation de type Lattice Boltzmann dans le but de prédire la morphologie et la taille des gouttes formées. Les schéma LB sont, en effet, des outils très adaptés à la modélisation d'écoulements diphasiques ou multiphasiques à nombre de Reynolds modéré.

Etudiant de Master ou d’école d’ingénieur possédant des connaissances solides en Génie des Procédés et/ou Mécanique des fluides et une bonne maîtrise de l’anglais.