Emulsions stabilisées par des nanocristaux de cellulose : élaboration et propriétés fonctionnelles

par Fanch Cherhal

Thèse de doctorat en Biotechnologies agroalimentaires, Sciences de l'aliment – Physico-chimie des émulsions

Sous la direction de Bernard Cathala et de Isabelle Capron.

Le président du jury était Olivier Chauvet.

Le jury était composé de Bernard Cathala, Isabelle Capron, Olivier Chauvet, Laurent Heux, Arnaud Saint-Jalmes.

Les rapporteurs étaient Laurent Heux, Arnaud Saint-Jalmes.


  • Résumé

    Ces dernières années, un essor sur le développement et la caractérisation d’émulsions stabilisées par des particules colloïdales biosourcées a vu le jour. Notamment, les cristaux de polysaccharides tels que la cellulose, constituent des particules plus respectueuses de l’environnement. Un des travaux de cette thèse concernait la caractérisation des nanocristaux de cellulose (NCC) à l’interface eau/huile. Pour cela, trois lots de NCC avec des densités de charges de surfaces variables ont été préparés et caractérisés. Des études en AFM, en MET et en diffusion des neutrons aux petits angles (DNPA) ont permis de visualiser les différentes morphologies et déterminer les dimensions des NCC dans différents milieux salins. Un processus d’agrégation auto-similaire avec des dimensions fractales de 2,1 et 2,3 a été déterminées. Des émulsions de Pickering ont été réalisées avec ces différentes particules. L’évolution des diamètres de gouttes en fonction de la concentration et de la densité de charge de surface des NCC met en évidence deux domaines bien distincts. L’un, gouverné par la coalescence limitée, à recouvrement constant, et l’autre, où il y a une densification de l’interface à diamètre de gouttes constant. L’étude structurale par DNPA a permis de déterminer des épaisseurs de la couche cellulosique de 6 nm à 22 nm selon la densité de charge de surface et la force ionique. Lors d’un ajout de phase interne, on obtient une augmentation des émulsions gels. Ces émulsions ont été caractérisées en granulométrie laser et en microscopie confocale. On constate, qu’en réalisant un ajout d’huile à l’émulsion de départ, il y a apparition d’une deuxième population de goutte aux grands diamètres. En fonction de la quantité de NCC par ml d’hexadécane, on observe une variation de la polydispersité. Cela explique, par le recouvrement de la surface, l’apparition de coalescence au-delà d’une valeur critique de la concentration. Enfin, la texturation des émulsions à haute phase interne (HIPE) formées peut être modulée en fonction de la concentration en NCC, la salinité et la densité de charge de surface.

  • Titre traduit

    Emulsions stabilized by cellulose nanocrystals : preparation and fonctional properties


  • Résumé

    The last decade, an increasing interest in the development and characterization of emulsions stabilized by colloidal bio-based particles, the so-called Pickering emulsions, has emerged. Notably, nanocrystals of polysaccharides such as cellulose, are of particular interest since they are more respectful of the environment. This thesis concerns the understanding of the parameters responsible for the stabilization of cellulose nanocrystals (CNC) at the water/oil interface. Therefore, three CNC batches with variable surfaces charge densities were prepared and characterized. AFM, TEM and small angles neutron scattering (SANS) were used to visualize the different morphologies and determine the dimensions of isolated and aggregated CNC. A fractal aggregation process with fractal dimensions of 2. 1 to 2. 3 was determined. Pickering emulsions were produced with various CNC. The evolution of drop diameters of emulsions stabilized by CNC depending on the concentration and surface charge density of the CNC shows two distinct areas. One, at the low concentrations, governed by the limited coalescence process at constant drop coverage, and another, at the higher concentrations, where a densification of the interface is observed at a constant drops diameter. The structural study by SANS defined thicknesses from 6 nm to 22 nm of the cellulose layer. Adding internal phase led to high internal phase emulsions (HIPE). These emulsions were characterized by confocal laser scanning microscopy and drop diameters distribution. It is observed that by including additional oil to the starting emulsion, a second population of large diameter drop arises. Depending on the amount of CNC, a variation of the drop distribution is observed. This is explained by the variable coverage of the surface, leading to coalescence beyond a critical value of concentration. Finally, textur of the HIPE was tuned based on the concentration of CNC, the salinity and surface charge density.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (164 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.157-164

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. BU Sciences.
  • Disponible pour le PEB
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