Propriétés optiques

Les propriétés optiques des suspensions d’amidon ainsi des films nanocomposites ont été

évaluées par mesures de transmittance dans le domaine visible (λ varie de 400 à 800 cm^-1).

L'instrument utilisé pour effectuer un spectre visible est appelé spectrophotomètre UV-visible. Il mesure l'intensité de la lumière (I ) passant au travers d'un échantillon et la compare à l'intensité de la lumière passant dans un échantillon de référence contenant le même solvant

que celui utilisé pour l'échantillon, dans une cuve identique (I₀).

Le rapport

0

I I

, appelé transmittance T, est habituellement exprimé en pourcent (%).

L'absorbance A, est exprimée à partir de la transmittance :

T Alog

L’absorbance A est aussi en relation directe avec la concentration de la solution analysée par

la loi de Beer-Lamber : C l I I T A    0 log log où 0 I I

est la transmittance de la solution (sans unité), A est l’absorbance ou densité optique à

une longueur d'onde λ (sans unité), ε est le coefficient d'extinction molaire (en l.mol⁻¹·cm⁻¹).

Il dépend de la longueur d'onde, de la nature chimique de l'entité et de la température. Cette constante représente une propriété moléculaire fondamentale dans un solvant donné, à une

longueur du trajet optique dans la solution traversée, elle correspond à l'épaisseur de

la cuvette utilisée (en cm). C est la concentration molaire de la solution (en mol.l⁻¹). Dans le

cas d'un gaz, C peut être exprimée comme un volume inverse (unités de longueur réciproque

au cube, cm⁻³).

Les éléments de base du spectrophotomètre sont une source lumineuse, un support pour l'échantillon, un monochromateur (généralement équipé d'un réseau de diffraction) afin de séparer les différentes longueurs d'ondes de la lumière, et un détecteur. La source de radiation est parfois un filament de tungstène (émettant dans la zone 350-1 700 nm), une lampe à arc au deutérium qui émet un spectre continu dans la région ultraviolette (190-400 nm), et plus récemment des lampes à arc au xénon utilisables dans toute la région UV-VIS et des diodes électro-luminescentes (DEL) pour les longueurs d'ondes du visible. Le détecteur est typiquement une photodiode, un photomultiplicateur ou un CCD. Les photodiodes sont utilisées avec des monochromateurs, qui sélectionnent une seule longueur d'onde perçue par le détecteur. Mais on utilise de plus en plus souvent les CCD et barrettes de photodiodes qui peuvent enregistrer le spectre complet en un temps très court (de l'ordre de quelques millisecondes).

Chapitre III : Préparation des NPA par traitement

aux ultrasons

Introduction ... 106 I. Préparation des nanoparticules ... 108 1. Procédés expérimentale ... 108 2. Essais préliminaires ... 108 II. Caractérisation des NPA issues de la sonification ... 109 1. Evolution de la distribution de taille en fonction de la durée de sonification ... 110 2. Aspect optique ... 112 3. Changement de la morphologie : étude microscopique ... 114 4. Caractérisation structurale par diffraction des rayons X ... 117 5. Caractérisation par analyse thermique différentielle DSC ... 119

 Comportement thermique des amidons natifs ... 120

 Comportement thermique des NPA ... 121 6. Caractérisation structurale par spectroscopie Raman ... 124 7. Caractérisation par chromatographie à exclusion stérique (SEC) ... 128 a. Analyse SEC des NPA sèches ... 128 b. Analyse SEC des suspensions des NPA filtrées ... 130 8. Diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) ... 131

 Courbe de diffusion ... 134

 Facteur de forme P(q) ... 135

 Cas d’amidon dans la littérature ... 137

 Analyse des amidons natifs et leurs nanoparticules issues par traitement aux

ultrasons...137 Conclusion ... 141

Introduction

L'intérêt croissant pour les nanomatériaux d'origine naturelle et leurs propriétés uniques conduisent à une recherche intensive dans le domaine des nanoparticules de polymères de

polysaccharides naturels comme la cellulose1, la chitine2 et l’amidon3. En particulier,

l'extraction des particules nanométriques à partir de ces polysaccharides naturels fait l'objet

d'intenses recherches au cours de la dernière décennie. ^4,5,6,7

Parmi ces polysaccharides naturels, les nanocristaux d'amidon dont leur synthèse et leur utilisation ont fait l'objet de nombreuses études. L’approche principale adoptée pour produire des nanocristaux d'amidon est basée sur l'utilisation d'une hydrolyse acide pour dissoudre les

régions amorphes et paracristallines des granules d'amidon. ^{8, 9}

D’autres études ont été effectuées pour produire des nanoparticules d'amidon (NPA) à l'aide de traitements physiques et/ou mécaniques :

- L'isolement des NPA en utilisant l’homogénéisation à haute pression a été rapporté par Liu

et al.¹⁰ . Cette technique conduit à des microparticules cristallines qui vont se transformer en

nanoparticules de moins de 100 nm à partir de 10 passages.

-Chin et al.¹¹ ont rapporté la synthèse des nanoparticules d'amidon par précipitation de la

solution d'amidon dissous dans l'éthanol absolu dans des conditions contrôlées.

- D’autres auteurs utilisent un procédé basé sur l'extrusion réactive de l'amidon réticulé

plastifié suivie d'un broyage et dispersion à grande vitesse dans l'eau. 12

Parmi les traitements physiques et mécaniques, nous allons nous focaliser sur l’utilisation des ultrasons. L'effet du traitement par ultrasons sur les propriétés physiques des suspensions

d'amidon a fait l'objet de nombreuses études. Izidoro et al.13 ont montré une

amélioration de la solubilité de l'amidon, du pouvoir gonflant et de la capacité d'absorption de l'eau après traitement par ultrasons (24 W de puissance avec une amplitude de 40% à une fréquence de 20 kHz) pendant 1 heure.

La même tendance a été notée par Luo et al.¹⁴ et Jambrak et al.¹⁵, qui ont montré que le

traitement par ultrasons résulte une diminution de l'indice de viscosité de cohérence, et de l'enthalpie de gélatinisation. Ils ont conclu que le traitement par ultrasons a abouti à la distorsion de la région cristalline, favorisant le pouvoir gonflant de l'amidon traité.

Biskupa et al.¹⁶ ont signalé que l'échographie à 360 kHz sur des solutions aqueuses

et Degrois et al.¹⁸ ont été les premiers à signaler que le traitement par ultrasons de l'amidon a causé la dégradation physique des granules d'amidon.

Zhu et al.¹⁹ ont étudié l'effet du traitement par ultrasons des granules d'amidon de pommes

de terre dans un excès d’eau sur les changements dans la structure supramoléculaire. Les résultats ont montré que le traitement par ultrasons (puissance inférieure à 155 W) pendant 30 min à des températures allant de 20 à 30 ° C a affecté la structure de grappe, en particulier la région cristalline, avec une réduction de l'ordre moléculaire au niveau des lamelles cristallines. L'érosion de surface et la formation de rainure a été notée après 30 min d’ultrasonification à une puissance de 155 W, mais aucune fragmentation des granules d'amidon, ni aucune réduction de la taille des particules a été souligné.

Récemment, Yue, Zuo, Hébraud, Hemar et Ashokkumar 20 ont étudié l'impact du

traitement par ultrasons sur des granules d'amidon de pomme de terre dans des dispersions aqueuses à une faible température de l'ordre de 5°C. L'étude a montré que le traitement de suspensions aqueuses de granules d'amidon par ultrason à haute intensité et à basse fréquence pour un maximum de 30 min a causé des dommages à la surface de l'amidon et, dans certains cas, a causé l'éclatement des granules.

D'après un examen critique de la littérature publiée, la plupart des études se sont concentrées principalement sur l'évolution de la gélatinisation et les propriétés de solubilité de l'amidon suivant un traitement aux ultrasons. En outre, la plupart des niveaux d'intensité ultrasons ne dépasse pas 30 min et le traitement de sonification a été réalisé à la température ambiante.

Dans le but de contribuer à l'élaboration d'une approche simple de la chimie verte et respectueuse de l'environnement pour la préparation de nanoparticules d’amidon (NPA), nous avons étudié l'isolement et la caractérisation des NPA en utilisant l’ultrason de haute intensité sans des traitements chimiques supplémentaires et à une basse température de 8-10 °C, afin d'éviter la plastification à l'eau et d’orienter l'effet sur la réduction de la taille des particules au maximum.

I. Préparation des nanoparticules d’amidon :