Caractérisation des Emulsions

Après avoir préparé une émulsion, il est nécessaire de la caractériser pour connaître ses propriétés physico-chimiques et ainsi évaluer sa qualité et sa stabilité. Voici les paramètres à prendre en compte.

1.6.6.1Type d’émulsion

Les techniques utilisées pour savoir quel type d’émulsion a été formé sont diverses :

Une simple dilution peut nous dire quelle est la phase continue, car nous savons

qu’elle sera diluée seulement dans le même liquide que celui qui forme la phase continue.

Un test de coloration spécifique et déterminer la nature du milieu externe.

Une mesure de conductivité peut aussi donner cette information, car la conductivité de

l’émulsion sera apportée principalement par la phase continue.

Dans le cas des huiles qui présentent une fluorescence sous la lumière UV, un test de

fluorescence semble pertinent.

1.6.6.2Taille de gouttelette

Une caractéristique fondamentale dans les émulsions est la taille de gouttelette. C’est un paramètre qui donne des informations sur la stabilité de l’émulsion, car plus la taille est petite, plus l’émulsion est stable. Pour la mesurer, deux techniques sont très utilisées :

Observation Microscopique : Elle permet d’observer directement l’homogénéité de

l’émulsion, de constater les possibles agglomérats ou coalescences. Pour déterminer la taille de gouttelettes des logiciels sont couplés pour le traitement d’images. Les

milieu très concentré, l’introduction d’air dans le milieu, la superposition de plans ou l’écrasement de gouttelettes entre les lamelles. Les limites d’observations sont reliées à la résolution maximale du microscope.

Granulométrie Laser : Elle est basée sur le principe de la diffraction/diffusion de la

lumière. Les particules en suspension diffractent la lumière émise par un faisceau laser. La répartition spatiale de cette lumière, fonction de la taille des particules, est enregistrée par un ensemble de photodiodes. L’analyse de cette distribution dans le plan focal permet de déterminer la proportion de chaque classe dimensionnelle. L’inconvénient réside dans le résultat obtenu qui est la réponse à un signal, ainsi il est impossible de savoir si la mesure effectuée correspond à la taille d’agrégats ou de particules individuelles. La gamme de tailles mesurées va de 0,6 nm à plusieurs millimètres.

Il existe une autre méthodologie qui n’est pas très utilisée de par sa complexité, mais qui peut être très utile en présence de certains systèmes. Il s’agit de l’analyse calorimétrique différentielle (DSC). Elle peut être utilisée pour caractériser des émulsions E/H opaques et concentrées issues de l’industrie pétrolière. Cette technique peut donner des informations sur le type d’émulsion, la quantité d’eau, la présence de soluté, la stabilité et même la taille des gouttelettes33.

1.6.6.3Stabilité Physique

Comme nous l’avons déjà dit, la stabilité d’une émulsion est fonction de plusieurs paramètres. Les mesures de stabilité physique consistent donc à modifier ces paramètres de façon à perturber l’état « statique » de celle-ci et mesurer sa « non-stabilité ». Ceci a pour but d’accélérer le processus de séparation naturel d’une émulsion, pour avoir des résultats dans des délais plus courts. Nous allons citer quelques exemples :

Turbidité : Cette technique consiste à faire des mesures au cours du temps de la

turbidité d’une émulsion. Des changements significatifs dans la valeur signifieront qu’il y a eu un fractionnement du milieu. L’inconvénient de cette technique avec des systèmes traditionnels c’est que la mesure est faite pour un seul point, donc si la séparation n’est pas très importante l’effet ne s’observera pas. Pour cela il existe un dispositif plus sophistiqué appelé Turbiscan, qui réalise des mesures de turbidité tout

au long du tube qui contient l’échantillon34.

Centrifugation : Cette opération permet d’accélérer le crémage ou la sédimentation

d’une émulsion. D’après l’équation de Stokes, la vitesse de ces phénomènes est proportionnelle à l’accélération gravitationnelle appliquée. Ainsi, à la fin d’une centrifugation, nous observerons un degré de séparation du milieu émulsionné d’autant plus important que le temps et l’accélération auront été suffisamment importants. Le type de résultat que cela permet d’obtenir est une estimation de la stabilité d’une émulsion au cours du temps. Il existe un dispositif commercial appelé Lumifuge, qui fait des mesures de transmission de la lumière à travers toute la hauteur d’un tube contenant une émulsion au cours de sa centrifugation et trace ainsi un profil de séparation en fonction du temps.

Traitement thermique : Des changements importants en température peuvent avoir

de fortes influences sur la stabilité d’une émulsion. Ils peuvent avoir un effet sur le pouvoir d’un agent émulsifiant (soit par une modification de sa solubilité, dégradation ou modification de conformation) ou même un effet sur la miscibilité des liquides. Un exemple est un cycle gel-fusion qui produit un choc thermique (congélation suivie d’un échauffement) qui peut être suivi d’une centrifugation mettant ainsi en évidence la séparation due à ce cycle de traitement thermique. Cette méthode est en général utilisée pour déterminer la résistance à la coalescence d’une émulsion. L’émulsion présentera ainsi une séparation des phases totale ou partielle si elle ne supporte pas le cycle, ce qui peut être interprété comme un critère d’instabilité35. Si la centrifugation a lieu, un témoin est nécessaire pour observer l’influence de la centrifugation seule sur la séparation du milieu.

Potentiel Zêta : La variation du potentiel électrique aux abords d’une surface peut

être modélisée dans le cas des émulsions par le modèle de la double couche de Gouy- Chapman36. Une couche d’ions est adsorbée à la surface. En s’éloignant de la surface le potentiel décroît exponentiellement à cause d’une couche de contre-ions de la solution, adsorbés eux-mêmes à la surface. L’espace inter-gouttelettes est un espace diffus d’ions. En contact avec la solution, la surface des gouttelettes se charge à cause de la dissociation des molécules adsorbées. Cette dissociation est directement liée aux espèces présentes en solution, au pH et à la force ionique. Le potentiel zêta peut être assimilé à la valeur du potentiel électrique à la limite de la couche rigide ou couche externe de Stern (Figure 11). Il caractérise donc la répartition des charges électriques

Figure 11 : Représentation de l’évolution du potentiel électrostatique en fonction de la distance entre la surface

et la solution