Emulsion
Emulsion
Emulsion
Des interactions s’établissent entre les molécules d’un liquide et celles d’un autre
liquide ou d’une substance gazeuse insoluble dans le premier liquide; ces interactions
donnent lieu à la formation d’une interface. Pour modifier la forme de cette interface ou
surface il faut apporter une énergie au système. Le travail pour changer la forme d’une
surface donnée est ainsi défini comme étant la tension interfaciale ou tension de surface.
Pour permettre de rendre une émulsion stable dans le temps, il est nécessaire de
réduire la taille des particules de la phase discontinue (Loi de Stokes). Plus la taille
recherchée sera petite, plus il faudra d'énergie pour l'obtenir. Il existe plusieurs appareils
capables de réaliser une émulsion ; depuis l'agitateur jusqu'à l'homogénéisateur haute
pression, en passant par le moulin colloïdal et le turbo émulsionneur. L'homogénéisateur
haute pression est l'une des techniques permettant d'obtenir des tailles de particules les
plus petites, puisqu'il peut obtenir des tailles inférieures à 500 nm. Le principe est simple :
une pompe à pistons plongeurs va pousser le fluide à émulsionner à travers un orifice
réglable, appelé groupe homogénéisant. Plus l'orifice sera faible, plus la pression affichée
sera élevée. Au passage de cet obstacle le fluide subit des différentes contraintes telle que
la turbulence, la cavitation, le cisaillement qui vont générer la dislocation des particules du
fluide de la phase discontinue. Les homogénéisateurs haute pression sont utilisés dans
l'industrie laitière depuis la fin du XIXe siècle (Inventeur Gaulin). D'autres industries
utilisent aujourd'hui ces appareils, capables d'atteindre 1 500 bar en production continue
(NiroSoavi) telles l'industrie des cosmétiques, l'industrie pharmaceutique et d'autres
industries alimentaires (ingrédients, boissons, etc...). Les techniques microfluidiques
permettent désormais d'obtenir des émulsions dont les tailles de gouttes sont mieux
contrôlées.
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PARTIE THEORIQUE
Définitions :
1. Les émulsions :
Les émulsions sont des mélanges diphasiques liquide-liquide dont les propriétés (type,
viscosité, granulométrie, stabilité) dépendent à la fois de la composition, de la
température et du mode de fabrication (procédé). Ce sont des mélanges,
macroscopiquement homogènes mais microscopiquement hétérogènes, de deux
substances liquides non miscibles (qui ne se mélangent normalement pas), comme l’eau
et l’huile.
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2. Les émulsifiants :
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3. Les tensioactifs :
Les tensioactifs sont des constituants d’un grand intérêt en esthétique. Ils participent au
nettoyage de la peau. On les trouve dans les savons et les crèmes nettoyantes. Ils jouent le
rôle d’émulsionnant dans les produits contenant une phase aqueuse (à base d’eau) et une
phase lipidique (à base de graisse) : crèmes de jour, crèmes de nuit …
Une partie qui s'accroche à l'eau : la partie hydrophile (ou encore lipophobe)
Une partie qui s'accroche à la graisse : la partie lipophile (ou encore hydrophobe)
L’inversion d’une émulsion set un processus dans lequel la phase dispersée de l’émulsion
considérée devient le milieu de dispersion, tandis que le milieu de dispersion se transforme
en phase dispersée de la nouvelle émulsion, il peut s’agir de la transformation d’une
émulsion de type H/E en émulsion de type E/H et inversement.
Comme certains émulsifiants sont plutôt actifs pour les émulsions de type E/H et d’autre
pour les émulsions inverses, l’emploi d’un émulsifiant d’un type d’émulsion pour l’autre en
favorise l’inversion.
Les émulsions sont formées par apport d'énergie, correspondant à l'énergie nécessaire
pour créer une aire interfaciale plus grande. Par conséquent ces systèmes ne sont pas
thermodynamiquement stables. La stabilité des émulsions est donc leur principal
problème.La plupart des particules colloïdales en suspension développent une charge
électrostatique. Les particules liquides ou solides d'un système dispersé sont généralement
porteuses d'une charge électrique en surface. Cette charge peut être causée par le
processus de dispersion, la présence de groupements chargés en surface ou l'adsorption
d'ions provenant du milieu de dispersion. Le potentiel zêta représente une valeur relative
de la charge des particules. Puisque les particules d'un système dispersé donné sont de
même nature, elles portent une charge de même signe qui provoque leur répulsion
lorsqu'elles tentent de s'approcher les unes des autres. Cet effet de répulsion constitue une
protection contre tout phénomène de collision pouvant engendrer l'agglomération et la
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fusion des particules. Cette force de répulsion dépend de la valeur du potentiel zêta de la
particule, de la taille de la particule et de la distance séparant les particules.
À côté des forces de répulsion dues aux charges électriques, il existe des forces d'attraction
qui dépendent étroitement de la structure atomique des constituants des particules.
Comme tout système ultradispersé, les suspensions ou émulsions colloïdales sont soumises
aux forces de Van der Waals (forces d'attraction entre les molécules considérées comme
indépendantes créant des liaisons de faible énergie) et au mouvement brownien
(mouvement thermique), ce qui les rend fondamentalement instables. Les forces de Van
der Waals sont de trois types: les forces de Keesom, de Debye et de London. Les forces de
London (dipôle instantané - dipôle induit) deviennent très importantes à faible distance et
conduisent à la coagulation du système s'il n'est pas adéquatement stabilisé.L'interaction
entre particules dépend étroitement de la grandeur relative des forces en présence:
lorsque les forces de répulsion sont supérieures aux forces d'attraction, les particules ne
peuvent s'agglomérer et sont éloignées en permanence les unes des autres. Inversement,
lorsque les forces d'attraction sont supérieures aux forces de répulsion, les particules
s'agglomèrent pour former des flocules ou agrégats. Ce phénomène, appelé floculation,
agrégation ou coagulation des particules, constitue la situation où les particules sont les
plus près les unes des autres, et se produit lorsque les films interfaciaux de tensioactif entre
deux gouttelettes se rompent puis fusionnent ensemble.
Types de tensioactifs :
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Utilisations -Savons -Irritants pour -Opacifiant
Et contre -Crèmes les muqueuses -Emulsionnant
indications nettoyantes oculaires. -Gélifiants.
éventuelles -Utilisés
principalement
comme détergents.
PARTIE EXPERIMENTALE
But de TP :
a) L’obtention des émulsions de nature différente ;
b) L’étude d’inversion d’émulsion.
Materiéles utilisé :
Microscope
Pipette
Eprouvette gradué
Tubes a essai
Différent solutions (l’huile de Vaseline, oléate de sodium a 1%, l’ eau distillé
et 1ml de l’ huile de machine, solution de NA-OH)
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Formation des émulsions :
a) On verse 5ml d’eau distillée dans une éprouvette, on ajoute par la suite 1ml d’huile
de vaseline. On secoue énergiquement.
On remarque que l’émulsion obtenue se détruit très vite en formant deux couches à
cause de la coalescence.
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On obtient une émulsion stable de couleur blanche.
b) - On verse 10ml d’eau distillée et un 1ml d’huile pour machine ou d’huile de compresseur
dans une éprouvette et on agite ce mélange énergiquement.
Observation:On remarque la formation rapide d’une couche d’huile sur une autre
d’eau : émulsion instable.
Interprétation :
Cette stabilité est due à la formation d’un sel à la suite de la réaction de NaOH avec les
acides carboxyliques gras. La formule chimique d’un acide carboxylique est R-
COOH suivant la réaction suivante : R-COOH + NaOH R-COONa + H2O. Le
- +
résultat est un sel (R-COO ,Na ) possédant une extrémité hydrosoluble(-COONa), et une
autre liposoluble(la chaîne carbonée). Cette structure est celle d'un savon, qui permet la
dispersion des corps gras dans l'eau. Les molécules de savons se placent en couche à
l'interface agrégat de corps gras/eau.
Type d’émulsion obtenue : On observe sous le microscope des gouttes rouges (benzène
coloré) dispersées dans un milieu transparent (l’eau). L’émulsion obtenue est une
émulsion directe (émulsion H/E).
On ajoute dans l’éprouvette 2,5ml du benzène (non coloré) et 2ml de la solution CaCl2 à 1%.
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Observation :On observe grâce au microscope des gouttelettes transparentes
dispersées dans un milieu rouge.
Interprétations:
Etant donné que l’oléate de calcium est actif pour les émulsions de type E/H, son
emploisa inverser l’émulsion de H/E en E/H.
Eau
Goutte de
benzène
Oléate de sodium
Emulsion inverse(E/H)
Goutte d’eau
Détermination de la stabilité agrégative des émulsions :
On verse 5ml de benzène dans une éprouvette avec 5ml d’eau distillée en bouche et on
agite jusqu’à l’obtention d’une émulsion homogène
Résultats
T(s) = 36,27s
V= 3,30ml/s
Conclusion :
On déduit alors le rôle important des tensioactifs dans la stabilisation des émulsions qui
se forment entre les surfaces de 2 fluides de caractéristiques différentes.
En fin on peut dire que l’inversion d’une émulsion se fait sous l’influence d’un
tensioactif qui favorise ce type d’émulsions.
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