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RÉSUMÉ
Cet article décrit les différents procédés industriels d'obtention des émulsions, depuis les techniques d'agitation mécanique et hautes pressions - techniques nécessitant un apport énergétique élevé - jusqu'aux techniques à membranes et par inversion de phases, peu gourmandes en énergie. Il constitue une aide à la décision pour le choix d'une technique. En effet, pour une même formulation, plusieurs technologies sont possibles, avec des paramètres opératoires et des caractéristiques différents qui peuvent conduire à des émulsions de différentes morphologies H/E, E/H ou multiples.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Martine POUX : Ingénieur de recherche, HDR - Laboratoire de Génie chimique INPT/UPS/CNRS, - École nationale supérieure des ingénieurs en arts chimiques et technologiques, Toulouse (INP-ENSIACET), France
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Jean-Paul CANSELIER : Ingénieur ENSCT, docteur-ingénieur, docteur d’État, Pompertuzat, France
INTRODUCTION
Dans de nombreuses industries (agroalimentaire, pharmaceutique, cosmétique, mais aussi chimique), beaucoup de produits fabriqués – que ce soit des intermédiaires ou des produits finis – se présentent sous la forme d’émulsion. La mise en contact de phases non miscibles pour obtenir un produit pseudo-homogène stable requiert un certain nombre de connaissances technologiques et du savoir-faire. Le changement d’échelle en vue d’une production en grande quantité, basé sur les résultats issus de la phase de développement, s’avère souvent difficile : en effet, les phénomènes impliqués dans la formation des émulsions sont nombreux et complexes et liés au type de technologie utilisée, de sorte que, pour une formulation et des conditions opératoires données, il n’existe pas de solution unique permettant d’obtenir une émulsion stable.
Cet article, qui fait suite à celui sur les mécanismes de formation des émulsions publié dans la même collection [J 2 152], a pour but de guider le choix de l’utilisateur en décrivant, en expliquant et en comparant les principaux procédés industriels de préparation des émulsions : techniques classiques d’agitation mécanique (hélices, turbines, rotors-stators), mélangeurs coaxiaux, mélangeurs statiques, moulins colloïdaux, techniques haute pression, ultrasons, techniques à membranes, microfluidique, inversion de phases… Dans chacun des cas, à titre comparatif, la technologie, les paramètres opératoires, les propriétés des émulsions générées et les domaines d’utilisation sont précisés. Il s’agit donc ici d’offrir à l’utilisateur les éléments indispensables à la production d’émulsions en vue d’une aide à la décision.
Le lecteur pourra aussi consulter les articles [J 2 150] et [J 2 158] ainsi que la référence .
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VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 2004 par Martine POUX, Jean-Paul CANSELIER
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1. Classification des procédés
L’énergie nécessaire à l’opération d’émulsification peut être apportée au système de différentes façons : elle peut être d’origine mécanique (c’est le procédé le plus couramment rencontré) mais aussi sonique, électrique…, ce qui entraîne l’existence de nombreux procédés. On distingue généralement les procédés à haute énergie, utilisant par exemple les systèmes agités, les systèmes rotor-stator et moulin colloïdal, les homogénéiseurs haute pression ou les ultrasons, et ceux à faible énergie, tels que les procédés à membranes et l’inversion de phases.
Une autre façon de classifier les procédés d’émulsification les plus courants selon le mécanisme qu’ils mettent en jeu consiste à distinguer les systèmes qui génèrent un cisaillement et ceux qui font appel au phénomène de cavitation.
Le premier groupe rassemble, entre autres, les mobiles spécifiques à l’émulsification (turbines, hélices…), les dispositifs à rotor-stator et les broyeurs colloïdaux. Les fortes zones de cisaillement sont développées soit dans l’écoulement lui-même, soit dans une zone confinée de l’appareil dans laquelle on force le liquide à passer.
Le deuxième groupe comprend les techniques ultrasonores et les homogénéiseurs haute pression.
Même si, pour une meilleure lisibilité, cette classification n’a pas été retenue dans la présentation proposée ici, on y retrouvera cette distinction.
Quel que soit le système utilisé, le niveau d’énergie spécifique locale et le temps de séjour dans la région où est dissipée l’énergie vont conditionner la qualité de l’émulsion.
Dans tous les cas, des grandeurs intensives, comme la température et la pression, ont une influence sur la qualité de l’émulsion créée. L’élévation de la température va entraîner une réduction de la viscosité du milieu – plus précisément de la phase continue – et donc de la complexité du comportement rhéologique. La température a une influence directe sur les interactions non hydrodynamiques par modification de l’énergie libre interfaciale. Notons ici qu’il existe un procédé d’émulsification fondé...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SJÖBLOM (J.) (éd.) - Encyclopedic handbook of emulsion technology. - Marcel Dekker, New York (2001).
-
(2) - ZHOU (G.), KRESTA (S.M.) - Correlation of mean drop size and minimum drop size with the turbulence energy dissipation and the flow in an agitated tank. - Chem. Eng. Sci., 53, n° 11, p. 2063-2079 (1998).
-
(3) - VERMEULEN (T.), WILLIAMS (G.M.), LANGLOIS (G.E.) - Interfacial area in liquid-liquid and gas-liquid agitation. - Chem. Eng. Progr., 51, p. 85F-95F (1955).
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(4) - CALDERBANK (P.H.) - Physical rate processes in industrial fermentations, part I : the interfacial area in gas-liquid contacting with mechanical agitation. - Trans. I Chem. E., 36, p. 443-463 (1958).
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(5) - SPROW (F.B.) - Distribution of drop sizes produced in turbulent liquid-liquid dispersion. - Chem. Eng. Sci., 22, p. 435-442 (1967).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
(liste non exhaustive)
REACH :
https://www.ecologie.gouv.fr/reglementation-reach
HAUT DE PAGE2.1 Fournisseurs d’appareils d’émulsification
Technologie d’agitation mécanique, moulins colloïdaux :
Ekato
FrymaKomura
Inoxpa
Ika
Pierre Guérin
Silverson
VMI-Rayneri
Ystral Sarl
Technologie...
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