1-3. Instabilité des émulsions
Cette partie est consacrée aux phénomènes existants pouvant conduire au déphasage d'une émulsion.
1.3.1. Taille des gouttelettes
• Coalescence
Définition : Les gouttelettes dispersées fusionnent pour donner des gouttelettes de taille supérieure. C'est l'inverse d'une émulsification, c'est-à-dire la fragmentation de grosses gouttes en petites gouttelettes (voir Figure 13). Ce phénomène aboutit à une rupture de phase (séparation des deux phases).
Figure 13 –Coalescence de gouttelettes observée au microscope
La plupart des phénomènes qui impliquent un rapprochement des gouttelettes dispersées conduisent à une coalescence et, à terme, à une rupture de l'émulsion (déphasage).
La coalescence peut être maîtrisée de plusieurs manières :
o En limitant les phénomènes de floculation, de crémage et de sédimentation.
o En augmentant le phénomène de répulsion entre des gouttelettes dispersées.
• Mûrissement d'Ostwald
Définition : Lorsque la solubilité entre les ingrédients des phases dispersées et dispersantes n'est pas nulle, les gouttelettes les plus fines de la phase dispersée diffusent dans la phase dispersante d'où le terme de mûrissement (voir Figure 14).
Figure 14 – Mûrissement d'Ostwald observé au microscope
Le mûrissement d'Ostwald peut être maîtrisé en :
- Homogénéisant les gouttelettes.
- Veillant à ce que la phase dispersante ne contienne pas de substance capable de solubiliser les molécules de la phase dispersée.
- Ajoutant des émulsifiants : ils favorisent la répulsion entre les gouttelettes dispersées.
1.3.2 Migration des gouttelettes
• Crémage et sédimentation
La différence de densité entre les phases dispersées et dispersantes est à l'origine du crémage et de la sédimentation.
Définition : Le crémage correspond la migration des gouttelettes de la phase dispersée vers le haut tandis que la sédimentation est la migration des gouttelettes vers le bas (voir Figure 15).
La force entraînant ces gouttelettes dépend de leur taille, de la différence de densité entre les deux phases ainsi que de la pesanteur. Si la densité est supérieure à celle de la phase dispersante, il y a un crémage. Dans le cas contraire, il y a une sédimentation.
Figure 15 – Schémas d'un crémage et d'une sédimentation
Le crémage et la sédimentation peuvent être maîtrisés en :
- Réduisant la taille des gouttelettes.
- Augmentant la viscosité de la phase dispersante.
- Choisissant des ingrédients permettant d'avoir des phases dispersées et dispersantes de densité proche.
• Floculation
Définition : Lors de l'agitation, les gouttelettes dispersées dans la phase continue peuvent s'agréger entre-elles pour former des agglomérats. Ce phénomène conduit ensuite à une coalescence des gouttelettes et donc à une rupture de phase (voir Figure 16).
Figure 16 – Schémas d'une floculation
La floculation peut être maîtrisée de deux manières différentes :
o En augmentant la viscosité de la phase dispersante : l'épaississement de cette phase diminue la fréquence de collision entre les gouttelettes.
o En ajoutant des émulsifiants.
1.3.3 Inversion de phase
Définition : Une inversion de phase est le passage d'une émulsion H/E à une émulsion E/H, ou inversement. Ce phénomène modifie les propriétés du produit (voir Figure 17).
Figure 17 – Schémas d'une inversion de phase
L'inversion de phase peut être maîtrisée en contrôlant les paramètres suivants :
- La concentration de l'émulsion.
- Le type et la concentration de l'émulsifiant.
- La température.
Il existe deux types d'inversion de phase : une inversion de phase « traditionnelle » (réversible) et une inversion de phase « catastrophique » (irréversible). L'inversion de phase a généralement lieu lors de la préparation ou de la conservation du produit.
Par exemple, lorsque le taux de gouttelettes de la phase dispersée excède 75 % (Emulsion très concentrée), des inversions de phase « catastrophique » peuvent être observées.
1.3.4 Récapitulatifs
La stabilité d'une émulsion dépend :
- De la couche interfaciale entre les gouttelettes et la phase dispersante faible
- De la tension interfaciale entre les phases dispersée et dispersante faible
- Des tensioactifs favorisant la répulsion entre les gouttelettes
- Des gouttelettes homogènes de faible diamètre
- De la forte viscosité de la phase dispersante
Le tableau 7 et la figure 18 récapitulent les causes d'instabilité des émulsions :
Phénomènes | Causes |
|---|---|
Coalescence | Rapprochement des gouttelettes |
Murissement d'Ostwald | Solubilité de la phase dispersée dans la phase dispersante |
Crémage et Sédimentation | Différence de densité entre les phases |
Floculation | Répulsion insuffisante entre les gouttelettes |
Inversement de phase | Température |
Figure 18 – Schémas récapitulatif des différentes migrations de gouttelettes
