LUE : DEVELOPPEMENT DE METHODOLOGIES RMN ET IRM POUR L'ETUDE IN SITU DE LA STRUCTURE, L'ECOULEMENT ET LA FABRICATION D'EMULSIONS.

Mots clés

RMN, IRM, Emulsions

Détail de l'offre

Les émulsions sont des systèmes colloïdaux utilisés dans de nombreux secteurs industriels tels que l'agroalimentaire, la pharmacie, la cosmétique ou encore l'énergie, notamment pour l'administration contrôlée de médicaments, l'encapsulation d'arômes ou le stockage d'énergie. Les propriétés de ces systèmes (stabilité, transferts de matière, comportement rhéologique) dépendent fortement de la taille des gouttes et de leur distribution, elles-mêmes directement liées aux procédés d'émulsification mis en œuvre.
Les méthodes conventionnelles de caractérisation des propriétés d'émulsions incluent la granulométrie laser (LDS), la microscopie optique et la diffusion dynamique de lumière (DLS). Bien que largement maîtrisées, ces techniques nécessitent généralement une préparation préalable des échantillons (dilution, prélèvement, confinement entre lames), susceptible de modifier localement la structure des émulsions. Ces contraintes limitent leur utilisation pour le suivi in situ des procédés de fabrication, des phénomènes de vieillissement ou des systèmes concentrés et opaques. Les méthodes basées sur la résonance magnétique nucléaires (RMN), constituent une alternative particulièrement prometteuse car elles permettent d'étudier les émulsions sous leur forme native, sans préparation intrusive, pendant – ou juste après – leur fabrication, y compris dans des systèmes opaques. La RMN à gradient de champ pulsé (PFG-NMR) permet par exemple d'avoir accès à la distribution de taille de gouttes de façon non invasive dans les émulsions simples et de mesurer les transferts entre les phases tandis que l'utilisation de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) peut donner accès à des informations sur la stabilité des systèmes et leurs propriétés sous écoulement.

L'objectif à long terme de ce projet est de développer et paramétrer un dispositif expérimental ainsi qu'une méthodologie permettant de suivre le processus de fabrication et la stabilité d'émulsions par des méthodes d'IRM.
Dans un premier temps, une étude sous conditions statiques permettra de caractériser par PFG-NMR un ensemble représentatif d'émulsions simples, directes et inverses, de différentes compositions et propriétés. Il s'agira de délimiter les formulations et propriétés accessibles par cette technique, en comparaison avec les méthodes plus établies. Le cas des émulsions doubles sera également abordé.
Dans un second temps, les émulsions seront étudiées en conditions d'écoulement afin d'analyser l'influence des contraintes hydrodynamiques sur leur structure et leur stabilité. Une attention particulière sera portée aux phénomènes de déformation, de rupture et de coalescence des gouttes ainsi qu'aux éventuelles modifications de distribution de taille induites par l'écoulement. Les techniques d'IRM permettront notamment d'accéder de manière non invasive aux champs de vitesse, aux profils de concentration et à la répartition spatiale des phases dans des systèmes potentiellement opaques et concentrés.
Une attention particulière pourra être portée au suivi de traceurs ou de composés encapsulés afin d'étudier les mécanismes de transfert et de relargage au sein des gouttes sous conditions statiques et dynamiques.
En fonction de l'avancée du projet, le travail pourra se porter ensuite sur le développement d'un dispositif expérimental original permettant la fabrication et la caractérisation in situ d'émulsions directement dans l'imageur IRM. Cela supposera des matériaux compatibles RMN/IRM, le développement de séquences de mesure adaptées aux systèmes multiphasiques étudiés ainsi que l'interprétation et la modélisation des signaux obtenus en présence d'écoulements et de transferts entre phases. Le travail pourra également inclure l'étude de dispositifs d'émulsification continus, avec pour objectif de mieux comprendre les couplages entre hydrodynamique, transferts de matière et évolution de la microstructure des émulsions sous écoulement.