Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Jean-Louis SALAGER : Ingénieur de l’École nationale supérieure des industries chimiques de Nancy (ENSIC) - Professeur à l’université des Andes, Mérida (Venezuela)
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Raquel ANTÓN : Ingénieur chimiste de l’université d’Orient, Puerto La Cruz (Venezuela) - Professeur à l’université des Andes, Mérida (Venezuela)
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José María ANDÉREZ : Ingénieur chimiste de l’université des Andes, Mérida (Venezuela) - Professeur à l’université des Andes, Mérida (Venezuela)
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Jean-Marie AUBRY : Ingénieur de l’École supérieure de physique et chimie industrielles de Paris (ESPCI) - Professeur à l’École nationale supérieure de chimie de Lille (ENSCL)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Certains systèmes eau-huile-surfactif forment, à l’équilibre, des microémulsions. Contrairement aux macroémulsions, les microémulsions sont des systèmes monophasiques, thermodynamiquement stables, généralement transparents ou translucides, de faible viscosité, qui contiennent des microdomaines labiles d’eau et d’huile séparés par un film souple de surfactif.
En fonction de leurs formulations, les systèmes eau-huile-surfactif présentent, à l’équilibre, une ou plusieurs phases : soit une microémulsion seule (Winsor IV), soit une microémulsion en équilibre avec une phase huileuse (Winsor I) ou une phase aqueuse (Winsor II), soit une microémulsion en équilibre à la fois avec une phase huileuse et une phase aqueuse (Winsor III). Dans ce dernier cas, la formulation du système est qualifiée « d’optimale » lorsque la microémulsion médiane contient des quantités égales d’eau et d’huile. Pour cette formulation particulière, expérimentalement et thermodynamiquement bien définie, la solubilisation simultanée de l’eau et de l’huile est maximale pour une quantité donnée de surfactif et les tensions interfaciales microémulsion/eau et microémulsion/huile sont toutes deux ultrabasses.
Cette formulation est choisie comme point zéro pour établir une échelle absolue de classification des systèmes eau-huile-surfactif indépendamment de leurs compositions chimiques. Cette échelle est basée sur la notion de HLD (différence hydrophile-lipophile) qui exprime quantitativement l’écart entre une formulation quelconque et la formulation optimale. À la différence des concepts classiques de formulation (HLB, PIT, R de Winsor), le concept du HLD rassemble, sous forme d’une expression numérique, la contribution de toutes les variables de formulation (nature du surfactif et de l’huile, type et quantité d’électrolyte et d’alcool, température). Cet outil de formulation permet :
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de comparer quantitativement les influences relatives de chacun des paramètres ;
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d’établir expérimentalement des échelles de classification des huiles ou des surfactifs ;
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de formuler des microémulsions possédant des propriétés « sur mesure ».
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Concept de différence hydrophile-lipophile (HLD)2. Premiers concepts de formulation des systèmes eau-huile-surfactif
2.1 Variables de composition et variables de formulation physico-chimique
La formulation des microémulsions se ramène au choix des valeurs de deux types de variables : les variables de composition et les variables de formulation physico-chimique.
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On appelle variables de composition les proportions relatives des constituants principaux du système : le surfactif, l’eau et l’huile. Lorsque ceux-ci sont purs, les propriétés du mélange peuvent être représentées dans un diagramme ternaire eau/huile/surfactif ou exprimées en fonction de deux variables indépendantes : le rapport volumique eau/huile et la concentration en surfactif. Dans la pratique, il y a beaucoup plus de composés et donc plus de variables de composition indépendantes. Pour étudier de tels systèmes, on est amené à rassembler les constituants en trois pseudo-constituants (composés hydrophiles, lipophiles et surfactifs) supposés se comporter de façon analogue à des constituants purs équivalents.
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Les variables dites de formulation physico-chimique incluent tous les autres paramètres, physiques (température, pression) ou chimiques (nature des constituants principaux et des additifs, proportion des additifs) susceptibles d’influer sur le système. Celui-ci contient au moins trois composés : la phase aqueuse, la phase huileuse et le(s) surfactif(s). Il faut plus d’une variable pour décrire chacun d’entre eux. Le surfactif est, par exemple, défini par la nature chimique de son groupe hydrophile et la longueur de sa chaîne lipophile. En ce qui concerne la phase aqueuse, elle contient généralement un ou plusieurs électrolytes dont le type et la concentration doivent être précisés. Quant à la phase huileuse, c’est souvent le composé le plus difficile à décrire sur le plan chimique, car il faut indiquer la longueur du squelette carboné, la présence éventuelle de groupes fonctionnels et les isoméries de position. Le problème est encore plus complexe dans le cas des huiles industrielles (coupes pétrolières, pétrole brut, huiles essentielles, huiles végétales...) car elles sont constituées d’un mélange de dizaines, voire de centaines, de composés. Enfin, beaucoup de microémulsions contiennent une autre famille d’additifs, les cosurfactifs (alcools et autres amphiphiles à chaîne courte, typiquement de C3 à C6 ) qui se répartissent de façon complexe entre la phase aqueuse, la...
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Premiers concepts de formulation des systèmes eau-huile-surfactif
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BECHER (P.) éd - Encyclopedia of emulsion technology - . M. Dekker, New York, 4 vol. (1983-96).
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(2) - SJÖBLOM (J.) éd - Emulsions and emulsion stability - Surfactant Science Series vol. 61, M. Dekker, New York (1996).
-
(3) - SOLANS (C.), KUNIEDA (H.) éds - Industrial applications of microemulsions. - Surfactant science series vol. 66, M. Dekker, New York (1997).
-
(4) - KUMAR (K.), MITTAL (K.) éds - Handbook of microemulsion science and technology. - M. Dekker, New York (1999).
-
(5) - BECHER (P.) - Émulsions : theory and practice, - 2e ed. R. Kreiger Publishing, Huntingon USA (1977).
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(6) - SCHULMAN (J.H.), STOECKENIUS (W), PRINCE (L.M) - * - J. Phys. Chem., 63, p. 1677 (1959).
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