Émulsion

Une émulsion est un mélange, macroscopiquement homogène mais microscopiquement hétérogène, de deux substances liquides non miscibles, comme l'eau et l'huile.


Catégories :

Réaction chimique - Chimie générale - Physico-chimie des interfaces - Chimie colloïdale - Mécanique des milieux non homogènes - Mélange chimique - Émulsifiant alimentaire

Définitions :

  • Préparation liquide d'apparence laiteuse tenant en suspension une substance huileuse ou résineuse; Milieu hétérogène constitué par la dispersion, à l'état de particules particulièrement fines, d'un liquide dans un autre liquide en phase continue, la phase dispersante; Mélange sensible à la lumière, composé... (source : fr.wiktionary)
  • Mélange obtenu par agitation et constitué de deux liquides insolubles (comme l'huile et l'eau). Cette propriété peut être souhaitable ou non selon les circonstances.... (source : lubricants.petro-canada)
  • Une Émulsion est un mélange d'ingrédient Aqueux et Huileux (d'eau et d'huile) stable qui ne se sépare pas. Ce mélange est envisageable grâce à l'utilisation d'un Émulsifiant. Une Crème, ou un Lait est une Émulsion. Phase Aqueuse (eau) + Phase Huileuse (Huile) + Émulsifiant = Émulsion (Crème) (source : byreo.canalblog)

Une émulsion est un mélange, macroscopiquement homogène mais microscopiquement hétérogène, de deux substances liquides non miscibles (qui ne se mélangent normalement pas), comme l'eau et l'huile. Une substance est dispersée dans la seconde substance sous forme de petites gouttelettes. Le mélange reste cinétiquement stable grâce à un troisième ingrédient nommé émulsifiant. Une mousse est particulièrement comparable à une émulsion : la seconde substance est alors un gaz (au lieu d'un liquide) dispersé sous forme de bulles. Une autre différence importante entre mousses et émulsions est la fraction volumique de la phase dispersée (gaz), généralement bien plus élevée dans les mousses les plus stables. Par synecdoque et catachrèse, en photographie argentique, on sert à désigner aussi du nom d'émulsion une pellicule reconnue du point de vue de ses caractéristiques techniques (sensibilité, réciprocité…). Le nom remonte aux premières années de la photographie où on étendait une émulsion photosensible sur un support vitré avant de prendre un cliché.

Généralités sur les émulsions

Une émulsion est un cas spécifique de colloïde. Les deux substances liquides en présence sont nommées des phases. Une phase est continue. L'autre phase, discontinue, est dispersée dans la première phase sous forme de petites gouttelettes. Les émulsions sont fréquemment composées d'une phase aqueuse, comparable à de l'eau, et d'une phase huileuse, comparable à de l'huile. Une émulsion huile dans l'eau (H/E ou O/W pour oil in water) se compose d'une phase huileuse dispersée dans une phase aqueuse. C'est une émulsion "directe". Une émulsion eau dans l'huile (E/H ou W/O pour water in oil) se compose d'une phase aqueuse dispersée dans une phase huileuse. Une émulsion E/H est plus grasse au toucher, car le toucher correspond surtout à la nature de la phase externe. Une telle émulsion est dite "inverse".
On peut aussi trouver des émulsions multiples H/E/H ou E/H/E. [1]

Les émulsifiants

Les émulsifiants, nommés quelquefois émulsionnants, stabilisent l'émulsion. Ce sont le plus fréquemment des tensioactifs ou agents de surface. Cependant, des particules solides (émulsions de Pickering), des polymères synthétiques ou des macromolécules biologiques peuvent aussi jouer ce rôle. Le jaune d'œuf sert d'émulsifiant dans la préparation de sauces en cuisine. Cette propriété est due à la lécithine qu'il contient. La lécithine se trouve aussi dans le soja et est particulièrement utilisée dans les préparations industrielles. La caséine est une protéine du lait qui est émulsifiante.

Les émulsifiants dans l'industrie agro-alimentaire

Dans l'industrie agro-alimentaire, les émulsifiants sont des produits chimiques utilisés pour augmenter l'onctuosité de certains produits, donnant la possibilité d'ainsi d'obtenir une texture spécifique. Les principaux émulsifiants utilisés dans l'industrie agro-alimentaire sont :

  1. La lécithine naturelle, surtout en chocolaterie,
  2. les mono et di-glycérides d'acides gras alimentaires qu'on retrouve surtout dans les glaces et les brioches industrielles.

Les mono et di-glycérides d'acides gras alimentaires (E471, E472c, etc. ) sont obtenus par hydrolyse, soit à partir de graisses et produits animaux (panses de bœuf etc. ) soit à partir d'huiles végétales, comme l'huile de palme. Le produit final se présente sous la forme de cristaux liposolubles (c'est-à-dire solubles dans les corps gras), de couleur blanchâtre ou jaune particulièrement clair. Les étiquettes détaillant les ingrédients d'un produit ne permettent généralement pas de savoir dans quel cas on se trouve (c'est-à-dire si l'ou les émulsifiants utilisés sont d'origine animale ou végétale).

Les émulsions dans la pratique

Dans la vie quotidienne, de nombreux produits sont des émulsions. On peut noter les crèmes et autres cosmétiques, mais également la mayonnaise.

Les émulsions naturelles

Les sauces émulsionnées

La vinaigrette
phase huileuse : huile
phase aqueuse : vinaigre
La vinaigrette est une émulsion instable. L'huile et le vinaigre ont tendance à se séparer.
La mayonnaise
phase huileuse : huile
phase aqueuse : jaune d'œuf (composé pour moitié d'eau) et moutarde
émulsifiant : la lécithine du jaune d'œuf est l'émulsionnant (tensio-actif)
La mayonnaise est une émulsion cinétiquement stable.
L'Aïoli
phase huileuse : huile d'olive
phase aqueuse : pulpe de l'ail
A noter que le véritable aïoli se prépare uniquement à l'ail et l'huile, et que les tensio-actifs se trouvent dans la pulpe d'ail.
La sauce hollandaise et la sauce béarnaise
Ce sont aussi des sauces émulsionnées selon le même principe mais chaudes.

Les cosmétiques

phase huileuse : huile et ingrédients solubles dans l'huile
phase aqueuse : eau et ingrédients solubles dans l'eau
émulsifiant
Toutes les crèmes hydratantes sont des émulsions.

L'industrie pharmaceutique

L'encapsulation des principes actifs, grâce aux émulsions doubles eau-huile-eau, permet par exemple de délivrer des substances, avec une grande précision spatiale[2]. Elle sert à modifier la distribution de certains médicaments dans l'organisme (ex : pour diminuer la toxicité rénale de l'Amphotéricine B).

La technologie

Pour permettre de rendre une émulsion stable dans le temps, il est indispensable de diminuer 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, dans la mesure où 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, nommé groupe homogénéisant. Plus l'orifice sera faible, plus la pression affichée sera élevée. Au passage de cet obstacle le fluide subit différentes contraintes telle 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 actuellement ces appareils, capables d'atteindre 1 500 bar en production continue (Niro Soavi) 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.

Stabilité des émulsions

Les émulsions sont instables du point de vue thermodynamique, cependant elles peuvent être stable du point de vue cinétique sur une importante période, ce qui détermine leur durée de vie. Cette durée doit être mesurée, afin d'assurer la bonne qualité du produit pour le client final. “Emulsion stability refers to the ability of an emulsion to resist change in its properties over time. ” D. J. McClements[3].

Phénomènes de déstabilisation d'une dispersion

Principaux mécanismes de déstabilisation d'une dispersion liquide

Les déstabilisations peuvent être classes en deux phénomènes majeurs :

  1. Phénomènes migratoires : par lesquels la différence de densité entre la phase continue et dispersée entraînent une séparation de phase gravitationnelle : pour les émulsions on a principalement du crémage, (phase dispersée moins dense que la phase continue poussant celle-ci à migrer vers le haut).
  2. Phénomènes d'augmentation de taille : par lesquels la taille des gouttes augmente
  • De manière réversible (floculation)
  • De manière irréversible (agrégation, coalescence, mûrissement d'Ostwald)

Technique d'analyse de la stabilité physique

La diffusion multiple de la lumière couplée à un balayage vertical est une technique employée pour suivre l'état de dispersion d'un produit, et par là même identifier et quantifier les phénomènes d'instabilité[4][5][6][7]. Elle fonctionne avec les dispersions concentrées, sans dilution. Lorsque la lumière est envoyée dans l'échantillon, elle est rétrodiffusée par les particules / gouttes. L'intensité rétrodiffusée est directement proportionnelle à la taille ainsi qu'à la fraction volumique de la phase dispersée. Ainsi, les variations locales de concentration (crémage, sédimentation) et les variations globales de la taille (floculation, coalescence) sont détectées et suivies.

Principe de mesure de la diffusion multiple de la lumière couplée à un balayage vertical

Méthodes d'accélération pour la prédiction de la durée de vie

Le processus cinétique de déstabilisation peut prendre du temps (jusqu'à plusieurs mois, ou alors plusieurs années pour certains produits) et ainsi, le formulateur doit utiliser des méthodes d'accélération, afin d'obtenir des durées de développement acceptables. Les méthodes thermiques sont les plus employées et consistent à augmenter la température afin d'accélérer les déstabilisations (en restant en deçà des températures critiques d'inversion de phase et de dégradations chimiques). La température n'affecte pas uniquement la viscosité, mais également la tension interfaciale dans le cas des tensioactifs non-ioniques et d'une façon plus générale les forces d'interactions à l'intérieur du dispositif. En stockant la dispersion à hautes températures, on simule les conditions de vie réelles d'un produit (par exemple un tube de crème solaire dans une voiture en été), mais également on accélère les processus de déstabilisation jusqu'à 200 fois. L'accélération mécanique incluant la vibration, la centrifugation et l'agitation, sont quelquefois utilisée. Elles soumettent le produit à différentes forces qui poussent les particules / gouttes les unes contre les autres, aidant ainsi au drainage du film. Cependant, des émulsions ne coalesceraient jamais sous une gravité normale, tandis qu'elles le font sous gravité artificielle[8]. Qui plus est , des phénomènes de ségrégation de différentes populations de particules ont été mises en évidence en utilisant la centrifugation et la vibration[9].

Voir aussi

Références bibliographiques

Références

  1. http ://www-ipcms. u-strasbg. fr/spip. php?article303
  2. Applications des colloïdes magnétiques. Journal du CNRS (2007)
  3. “Food emulsions, principles, practices and techniques” CRC Press 2005.2- M. P. C. Silvestre, E. A. Decker, McClements Food hydrocolloids 13 (1999) 419-424
  4. I. Roland, G. Piel, L. Delattre, B. Evrard International Journal of Pharmaceutics 263 (2003) 85-94
  5. C. Lemarchand, P. Couvreur, M. Besnard, D. Costantini, R. Gref, Pharmaceutical Research, 20-8 (2003) 1284-1292
  6. O. Mengual, G. Meunier, I. Cayre, K. Puech, P. Snabre, Colloids and Surfaces A : Physicochemical and Engineering Aspects 152 (1999) 111–123
  7. P. Bru, L. Brunel, H. Buron, I. Cayré, X. Ducarre, A. Fraux, O. Mengual, G. Meunier, A. de Sainte Marie and P. Snabre Particle sizing and characterisation Ed T. Provder and J. Texter (2004)
  8. J-L Salager, Pharmaceutical emulsions and suspensions Ed Françoise Nielloud, Gilberte Marti-Mestres (2000)
  9. P. Snabre, B. Pouligny Langmuir, 24 (2008) 13338-13347

Liens externes

Mesure illustrée de stabilité

Recherche sur Google Images :



"phase huileuse. L'émulsion"

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 30/11/2010.
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