Malgré un rôle important en physique, biologie et dans les processus industriels tels l’agroalimentaire et la dépollution de l’eau, la dynamique d'une particule colloïdale à proximité d'une interface fluide et ses interactions avec l’interface sont des phénomènes physiques encore débattus.Dans cette thèse, nous explorons la dynamique et l'interaction de particules colloïdales individuelles à proximité d'une interface air-eau à l’équilibre thermique.Afin de mener cette étude sans perturber le système expérimental, nous avons conçu et construit un microscope interférentiel à double onde adapté à l'interface air-eau. Contrairement à d'autres techniques expérimentales, notre configuration permet la mesure précise de la distance absolue entre particule l'interface sans nécessiter d’étalonnage ou d’hypothèse sur l'emplacement de l'interface. Nous avons ainsi pu obtenir des trajectoires hautement résolues de particules en 3D proches de l'interface, permettant la mesure précise des diffusions proche de l’interface et des interactions particules-interface.Le système montre deux profils d’énergie potentielle différents. Deux distances d’équilibre particule-interface sont ainsi observées. La plus grande peut être expliquée par la compétition des interactions de Van der Waals et électrostatiques avec la pesanteur. La distance d’équilibre plus courte ne peut s’expliquer que par la présence d’une interaction attractive supplémentaire. Les origines possibles de cette interaction sont discutées.En utilisant une nouvelle méthode d'analyse des déplacements quadratiques moyens des particules dans un potentiel générique, nous avons pu accéder aux coefficients de friction visqueuse des particules en fonction de la distance à l'interface. De manière singulière, l’interface air-eau se comporte comme une paroi liquide pour le mouvement des particules parallèlement à l’interface et comme une paroi solide pour le mouvement des particules perpendiculaire à l’interface. Ce résultat expérimental peut être partiellement rationalisé en considérant des modèles récents basés sur l’incompressibilité de surface. Cependant, certaines différences entre les expériences et les théories demeurent. Les coefficients de friction visqueuse sont plus importants que les prédictions hydrodynamiques et dépendent de la charge électrique des particules, ce qui suggère un possible rôle des phénomènes électrocinétiques.Enfin, le piégeage des particules à l'interface air-eau et leur angle de contact ont été mesurés tout en modifiant la force ionique de la solution aqueuse et en faisant varier l‘état de surface des colloïdes.

Aqueous interfaces are ubiquitous in Nature and play a fundamental role in environmental or biological processes or modern nanotechnologies. These interfaces are negatively charged, and despite several decades of research, the rationale behind this phenomenon is still under debate. Two main controversial schools of thought argue on this issue; the first relies on the adsorption of hydroxide anions on hydrophobic surfaces, whereas the second one supports a self-rearrangement of water molecules at the interface bearing hydronium ions. Here, we report on two series of independent experimental studies (nanoprecipitation and interfacial tension measurements) that demonstrate that in the pH 5–10 range the negative interfacial charge of the colloids mostly stems from bicarbonate ions, whereas at lower and higher pH, protons and hydroxide ions contribute, with bicarbonate ions, to the interfacial charging. This new interpretation complies with previous studies and opens new perspectives to this striking physical chemical issue.