Rôle des tensioactifs sur la dynamique et la stabilité de gouttes en microfluidique Laboratoire Gulliver

La microfluidique de gouttes connaît un essor considérable ces dernières années car
chaque goutte peut être considérée comme un microréacteur dans lequel des réactions
chimiques ou biochimiques peuvent avoir lieu. Un très grand nombre d’équipes rapportent avec
succès le contrôle d’opérations élémentaires sur ces gouttes telles que le transport, la brisure, la
fusion...
De manière générale, comprendre et contrôler les différentes fonctionnalités évoquées
est rendue complexe par la présence de tensioactifs. Outre son effet stabilisant, les tensioactifs
modifient les propriétés de surface et peuvent induire une rhéologie interfaciale influençant
notablement le dynamique de ces objets. Nous souhaitons dans ce projet regarder l’influence de
la présence de tensioactifs sur la dynamique et la stabilité des gouttes. En effet, aussi simple que
puisse paraître la question : quelle est la vitesse d’une goutte dans une microcavité lorsque celleci
est poussée par une phase porteuse à vitesse imposée, n’a à ce jour pas de réponse du fait de
la difficulté d’identifier l’ensemble des mécanismes de dissipation, requérant de déterminer la
topographie complète de la goutte qui dépend elle-même des propriétés physico-chimiques de
la solution.
Dans le cas de tensioactifs solubles (SDS), c’est-à-dire dans une configuration similaire à
une interface libre, nous sommes actuellement en train de relier la topographie complexe du film
de lubrification, obtenue par une technique interférométrique, à la vitesse des gouttes.
Nous souhaitons poursuivre cette étude par l’adjonction de tensioactifs non solubles, une
situation très communément rencontrée en microfluidique à gouttes. Notons que la méthode
interférométrique nous permet de remonter à certaines propriétés interfaciales telles que la
vitesse de l’interface ainsi que le gradient de tension de surface. Pour ces expériences il sera
nécessaire de travailler avec des tensioactifs extrêmement bien calibrés de manière à garantir la
reproductibilité des résultats. La communauté de la matière molle, notamment à travers l’étude
des mousses, travaille depuis plusieurs années sur le rôle des tensioactifs non solubles, sans pouvoir
dégager de rôle dominant ou de loi conduisant à un consensus [Cohen-Addad and Höhler, 2014].
Nous espérons dans cette expérience fournir une situation de référence (étude à l’échelle d’une
goutte/bulle unique, géométrie de l’objet connue, tensioactif calibré…) permettant d’établir des
modèles, précurseurs de systèmes plus complexes (émulsion par exemple).
Nul doute que les travaux effectués durant cette thèse impacteront l’ensemble de la
communauté de microfluidique à gouttes qui pourra bénéficier de situations de référence, tant
expérimentales que des modèles afférents.
Le projet se fera en collaboration avec des théoriciens (I. Cantat, IPR Rennes) et des
numériciens (J.M. Fullana, C. Josserand et S. Popinet, IDA UPMC) dans le cadre de l’ANR portée
par M.-C. Jullien.