Limite Ouzo: Interprétation et Estimation – LimOuzInE

L'"effet Ouzo" ou "basculement de solvant", est une méthode générique pour émulsifier des solutés variés (polymères, huiles, lipides ou médicaments) dans l'eau. Cette technique d'émulsification spontanée permet de générer toutes sortes de particules submicroniques, amorphes ou cristallines, des liposomes ou encore des gouttelettes. Bien que le protocole expérimental soit connu depuis longtemps, cette technique de basculement de solvant souffre d'un manque de compréhension sur les forces mises en jeu pour aboutir à des colloïdes métastables. Sur cette base, nous avons lancé en 2005 une collaboration entre Montpellier et Paris pour essayer de rationaliser cette technique. Nous avons ainsi pu démontrer que l'état final de dispersions de polymères modèles provenait de deux processus d'évolution des nucléi générés lors de l'émulsification, soit par Nucléation et Croissance, soit par Nucléation et Agrégation. De même, la limite Ouzo ne coïncide pas, par le calcul, avec la limite thermodynamique Spinodale. Enfin, l'expérience a montré que la limite Ouzo, ainsi que l'évolution de tailles de particules, suivaient des tendances équivalentes d'une molécule à une autre.
Dans ce projet, nous nous focaliserons sur la cinétique d'émulsification par "effet Ouzo" en combinant l'étude de systèmes modèles, des mesures résolues en temps et des simulations numériques. Nous pensons que cette analyse nous conduira à proposer une théorie générale permettant de répondre à différentes questions fondamentales: i) quelle est la loi générale régulant la nucléation/évolution conduisant à la formation de nanodispersions ? ii) Comment corréler la "limite Ouzo" avec la théorie ? iii) Existe-t-il des conditions expérimentales permettant de générer des dispersions "Ouzo" plus concentrées ? La procédure choisie dans ce projet combine des outils scientifiques modernes (analyse microfluidique couplée aux rayons X ou à a Diffusion de Lumière) et des études théoriques dans un va-et-vient répété jusqu'à ce que le procédé soit éludé. La nouvelle collaboration instituée avec des experts du LOF (Pessac) et LPS (Orsay) multiplie le champs de compétences dirigées vers un but commun.
Le projet est séparé en quatre taches interconnectées. La première tache a pour but d'identifier des systèmes modèles dont la cinétique d'émulsification est la plus lente possible, de caractériser leurs diagrammes de phases, de regarder leur mode d'émulsification dans des puces microfluidiques. Les tailles es colloïdes mesurées ex situ seront corrélées avec les processus de Nucléation et Croissance/Agrégation. La deuxième tache exploite les atouts de la microfluidique, à savoir la maitrise des phénomènes de transport, pour étudier l'interdiffusion des solvants/non-solvants pendant le procédé Ouzo et son impact sur la formation des dispersions. Nous dégagerons ici des premières tendances cinétiques (qualitatives) de l'émulsification spontanée sur le système modèle le plus étudié actuellement mais également sur différents autres solutés. Seules les dispersions finales ainsi obtenues seront caractérisées. La tache 3 ambitionne de mesurer les cinétique de nucléation/croissance/agrégation dans les tous premiers instants du mélange (quelques msec) en couplant la microfluidique et les techniques de rayonnement. Pour des systèmes trop rapides, nous utiliserons en rescousse un mélangeur ultra rapide ("stopped-flow") pour étudier ces cinétiques. L'étude théorique (tache 4) alimentera les expérimentateurs en consignes de travail et donnera une vue d'ensemble sur les mécanismes en jeu, en s'alimentant des données et des lois cinétiques obtenues par l'expérimentation.