Faculté des Sciences de l’Ingénieur Département de Génie des Procédés
MEMOIRE
Présenté en vue de l’obtention du diplôme de MAGISTER Thème :
Présenté en vue de l’obtention du diplôme de MAGISTER
Option
Génie de l’environnement
Par Lynda BAHLOUL
DIRECTEUR DE MEMOIRE : Med El-Hadi SAMAR Pr. U. Annaba
DEVANT LE JURY
PRESIDENT: Oualid HAMDAOUI MC U. Annaba EXAMINATEURS : Sabir HAZOURLI MC U. Annaba Fadhel ISMAIL MC U. Annaba
Chapitre I
Partie théorique
ةعماج يجاب راتخم - ةبانع
BADJI MOKHTAR-ANNABA UNIVERSITY Université Badji Mokhtar-Annaba
Extraction par membrane liquide émulsionnée des colorants cationiques bleu de méthylène et
méthyl violet en phase aqueuse
يملعلا و ثحبلا يلاعلا ميلعتلا ةرازو
I.1.Introduction
Nous étudierons donc leur origine et leur rapport avec l'homme. D'autre part, nous rechercherons d'où leur vient la faculté de colorer les aliments et comment le milieu peut influencer cette coloration. Enfin, nous nous intéresserons à leurs effets sur l'être humain et à leur réglementation.
Environnement Pollution des eaux
I.4.Colorants I.4.1.Définition
Colorants, composés chimiques colorés, naturels ou synthétiques, en général organiques, qui ont la propriété de colorer durablement le support sur lequel ils sont appliqués dans certaines conditions. Ces composés sont utilisés pour colorer les textiles, les encres, les peintures, les vernis, les produits alimentaires, etc. La terminologie industrielle moderne définit un colorant comme un produit contenant le colorant organique pur avec différents additifs et agents de coupage, qui facilitent son utilisation. Les colorants sont différents des pigments, composés solides finement divisés qui doivent être mélangés avec des liants avant leur application sur les surfaces. Les pigments sont en effet insolubles dans le milieu où ils sont appliqués. Voir Teinture.
Le colorant absorbe certaines couleurs émises par la lumière les éclairant et renvoient les couleurs complémentaires.
On distingue parmi les substances colorantes, les pigments, généralement insolubles sans affinité pour le support, et les teintures.
Colorant industriel
Colorant alimentaire
I.4.2.Source
Les matières colorantes se caractérisent par leur capacité à absorber les rayonnements lumineux dans le spectre visible (de 400 à 700 nm). Tous les composés répondant à cette définition se différencient par leur structure chimique, organique ou inorganique, ou par leur origine, naturelle ou synthétique.
Cependant, la distinction faite entre les colorants et les pigments est bien plus importante puisqu’elle tient compte de l’interaction entre la matière colorante et le substrat. Les pigments ont la particularité d’être insolubles dans le milieu où ils sont appliqués, ce qui nécessite de faire appel à des produits auxiliaires, comme certains polymères dans la peinture, pour assurer la cohésion avec le support.
En revanche, les colorants doivent présenter vis-à-vis des matériaux à teindre, tels que les textiles, le cuir, le papier, une certaine affinité qui se traduit par une montée progressive, suivie d’une fixation de la substance colorante sur le substrat.
I.4.3.Origine
Les propriétés colorantes des composés organiques dépendent de leur structure. En général, les produits utilisés comme colorants sont des composés organiques insaturés et aromatiques.
Leur coloration intrinsèque est principalement due à la présence de groupes chimiques insaturés appelés chromophores.
Les colorants doivent pouvoir pénétrer dans la matière à colorer et s'y fixer durablement.
Certains radicaux chimiques, les auxochromes, fixent avec efficacité le colorant souhaité sur le support. Ces radicaux sont issus des groupes NH2, OH, COOH, SO3H. Les auxochromes sont acides ou basiques et donnent des sels de colorants. L'addition d'un groupe auxochrome à certains composés incolores peut leur apporter de la couleur.
Finalement, pour qu'un composé soit un colorant, il est nécessaire que ses molécules
possèdent des groupes chromophores et des auxochromes. Un composé est rouge s'il absorbe toutes les ondes électromagnétiques de la lumière à l'exception de celles qui correspondent à la couleur rouge.
I.4.3.Historique des colorants
De tout temps, l’être humain a été fasciné par la couleur, notion indispensable dans les domaines de l’art, de la décoration et de l’artisanat mais pouvant également devenir signe de reconnaissance, marque hiérarchique ou moyen d’expression de sentiments.
I.4.3.1.Nature des colorants :
On distingue deux grandes familles de colorants :
- Les colorants naturels (extraits de matières minérales ou organiques).
- Les colorants issus de la synthèse chimique.
I.4.3.2.Les colorants naturels
Jusque vers la fin du XIXe siècle, les couleurs ne pouvaient être obtenues qu’à partir d’éléments naturels. Les premiers colorants connus sont ceux utilisés à Lascaux (France) ou à Altamira (Espagne), datant du Magdalénien. Ces colorants étaient des pigments minéraux : oxydes de fer pour les jaunes, les ocres et les rouges, oxydes de manganèse pour les bruns. Dès 1500 avant notre ère, les Égyptiens réalisent des teintures avec le safran (jaune), le pastel (bleu) et la garance (rouge).
Jusqu'en 1850, les colorants alimentaires ont été d'origine naturelle. C'était des colorants pour la plupart organiques qui provenaient :
- De végétaux comestibles (carotte [orange], betterave [rouge], peau de raisin noir [noir], ...) - D'extraits d'origine animale ou végétale non habituellement consommée (rouge cochenille provenant d'un insecte d'Amérique centrale [Coccus Cacti], stigmate de crocus [safran], ...) - Du résultat de la transformation de substances naturelles (caramel [marron], ...).
Ensuite, à partir de 1856 sont apparus les colorants synthétiques. C'est à cette date que fut découvert par hasard, par William Henry Perkin, le premier colorant de synthèse : la mauvéine (un dérivé des hydrocarbures aromatiques contenu dans le goudron de la houille, obtenue à partir de l'aniline).
Dès lors, la majorité des colorants utilisés sont d’origine végétale, extraits des plantes, des arbres ou des lichens, ou bien d’origine animale, extraits des insectes comme le kermès ou
des mollusques comme la pourpre. Mais le nombre de colorants naturels n’a jamais excédé quelques dizaines, alors que les colorants synthétiques comptent plus de sept mille
exemplaires.
Les colorants jaunes, les plus nombreux, sont généralement de qualité médiocre tant sur le plan du pouvoir tinctorial que sur celui de leur solidité à la lumière en comparaison avec les rouges et les bleus. Dans leur ensemble, ils sont obtenus à partir de sources végétales.
Le plus utilisé, en particulier au Moyen Âge, est la gaude, qui, contrairement à la plupart des autres colorants jaunes, est basé sur un groupe chromogène de type flavone,
relativement résistant aux oxydations atmosphériques.
Parmi les colorants rouges, on retrouve le kermès et la cochenille, qui sont tous deux obtenus à partir d’insectes, alors que le plus important, la garance, est un extrait de plante.
Ce sont tous des dérivés hydroxyles de l’anthraquinone. La garance, utilisée avec un mordant métallique à base de mélange de sels de calcium et d’aluminium, conduit au fameux rouge turc, célèbre pour son éclat et sa tenue à la lumière.
La structure de la pourpre (extraite du murex), voisine de celle de l’indigo, fut déterminée en 1909 par Friedlender. Au cours de cette expérience, pas moins de douze mille
mollusques ont été utilisés pour isoler 1,4 gramme de colorant, ce qui illustre parfaitement les quantités impressionnantes de matière nécessaires à la fabrication des colorants
naturels.
L’industrie de la pourpre est née à Tyr, sur les bords de la Méditerranée. Les Romains les plus fortunés en assurèrent la prospérité pendant plusieurs siècles, si bien que l’on retrouva de véritables montagnes de résidus de coquillages.
Les principaux colorants naturels bleus sont l’indigo, importé des Indes, et le pastel,
cultivé dans les pays à climat tempéré. Ces deux composés n’en forment en fait qu’un seul, puisqu’ils contiennent le même principe colorant.
Parmi l’ensemble des colorants mentionnés, on distingue deux catégories : les colorants à mordant et les colorants de cuve. Les premiers sont des composés peu solubles dans l’eau.
Chimiquement, ils se caractérisent par la présence dans leur molécule de groupes hydroxyles, souvent en position voisine de groupes cétoniques, ce qui permet de former des complexes insolubles avec des sels métalliques d’aluminium, de fer, d’étain, de zinc et de chrome.
Le procédé de teinture consiste en un traitement préalable de la fibre avec le sel
métallique, c’est-à-dire le mordant, suivi d’un passage dans le bain de teinture contenant le colorant. Le complexe insoluble colorant-mordant se développe à l’intérieur de la fibre, ce qui conduit à une teinture solide. La gaude, la garance, le kermès et la cochenille figurent dans cette catégorie.
En revanche, l’indigo et la pourpre sont des colorants de cuve. Insolubles dans l’eau, il faut tout d’abord les dissoudre en réalisant une réduction du colorant dans une solution alcaline : la cuve. On plonge alors le tissu dans cette cuve avant de l’exposer à l’air, de sorte que par oxydation le colorant initial est régénéré à l’intérieur de la fibre.
I.4.3.2.Les colorants synthétiques
Les colorants synthétiques sont créés industriellement par l'homme et soit ils sont des copies conformes des colorants naturels, soit ils n'existent pas dans la nature. Ils ont pris une place de plus en plus importante et ont fini par supplanter les colorants naturels (dont la plupart sont encore utilisée aujourd'hui). Ceux-ci sont sensibles à la lumière, à l'oxygène ou à l'action des bactéries, c'est à dire qu'ils ne sont pas stables. Ainsi, les colorants de synthèse, plus stables, ont une durée de vie plus longue et ont une coloration plus forte, ce qui permet de réduire leur utilisation à de petite quantité. Un autre avantage, c'est qu'ils sont moins coûteux et peuvent être fabriqués en grande quantité.
En 1856, William Perkin fit une découverte qui allait bouleverser les traditions séculaires en matière de teinture. Alors qu’il tentait de synthétiser la quinine, ce jeune chimiste anglais, assistant du professeur August Wilhelm von Hofmann, obtint, en oxydant de l’aniline impure avec du bichromate, un colorant mauve, soluble dans l’eau et l’alcool, avec lequel il fut possible de teindre la soie.
Ce colorant, baptisé mauvéine, suscita un grand intérêt auprès des « soyeux » de la région lyonnaise. Ils furent séduits par sa nuance très vive et sa simplicité d’application, cela malgré son prix qui avoisinait celui du platine. Ce premier succès encouragea les chercheurs, qui soumirent l’aniline et la mauvéine à l’action des réactifs les plus divers dans l’espoir de préparer de nouveaux colorants.
À l’époque, on ne connaissait pas la formule des produits que l’on obtenait, et les essais ne pouvaient être réalisés qu’au hasard.
On vit ainsi apparaître d’autres colorants d’aniline, comme la fuchsine, découverte en 1858 par François Emmanuel Vergues. Bien que paraissant fortuites, ces découvertes sont liées à des développements récents de la chimie dans le domaine des dérivés de la pyrogénation de la houille.
De même, les travaux fondamentaux d’August Kekulé von Stradonitz sur la quadrivalence du carbone et, plus particulièrement, sur la constitution du benzène vont révolutionner toute la chimie des composés aromatiques et permettre à la synthèse des colorants de réaliser des progrès prodigieux.
Plusieurs chercheurs s’inspirèrent de ces nouvelles théories et élucidèrent la formule de nombreux colorants. C’est ainsi que s’opéra un changement d’orientation dans la recherche. La tendance ne fut plus à créer du nouveau, mais à réaliser la synthèse de colorants dont la formule avait été déterminée par l’analyse.
Ces travaux furent également motivés par la situation économique : malgré l’apparition des nouveaux colorants d’aniline, les colorants naturels comme la garance et l’indigo restaient les plus utilisés. Les résultats les plus spectaculaires et les plus retentissants furent successivement la synthèse de l’alizarine, principe colorant de la garance (Graebe et
Liebermann, 1868) et, bien plus tard, celle de l’indigo (Heumann, 1890). La production de l’alizarine, de 40 t en 1870, passa à 9 500 t en 1879, si bien que son prix fut ramené au dixième de celui de l’extrait de garance.
Cela conduisit très rapidement à la disparition complète de la culture de la garance (midi de la France, Alsace). Les recherches qui aboutirent à la synthèse de l’indigo furent également entreprises pour abaisser le prix de revient de chacune des étapes de ce procédé et allaient être à l’origine d’un grand nombre de découvertes importantes pour la chimie : fabrication de l’anhydride sulfurique, de l’acide sulfurique, du formaldéhyde, de
l’éthylène, de l’ammoniac, du chlore, etc. Par la suite, une multitude de nouveaux
colorants est apparue, et de nombreuses entreprises se sont créées et développées autour de découvertes comme celles des colorants au soufre (Vidal, 1893), des colorants de cuve anthraquinoniques (Bohn, 1901) et des phtalocyanines (1936). Le problème de la teinture des fibres hydrophobes fut résolu avec la découverte des colorants dispersés.
La période qui suivit la Seconde Guerre mondiale est caractérisée par le développement des pigments et des colorants réactifs (en 1951 sur la laine et en 1956 sur le coton avec les
colorants Procion). Le cas des colorants réactifs est particulier, car la recherche ne s’est pas portée sur la synthèse d’une nouvelle molécule colorée, mais sur l’étude des mécanismes d’interaction entre le colorant et la fibre.
I.4.4.Classification des colorants
Les principaux modes de classification des colorants reposent soit sur leur constitution chimique, soit sur leurs méthodes d’application aux différents substrats que sont les fibres textiles, le papier, le cuir, les matières plastiques, etc.
Le classement d’après la structure chimique s’appuie principalement sur la nature du chromophore, qui constitue le squelette nécessaire à la coloration de la molécule.
L’ensemble des chromophores ont en commun la présence au sein de l’édifice moléculaire d’une suite de doubles liaisons conjuguées, parmi lesquelles figurent le plus souvent des noyaux aromatiques ou pseudo-aromatiques. Les auxochromes, quant à eux, sont des groupements ionisables de types NH2, OH, COOH, SO3H.
Ils permettent d’assurer la solubilité dans l’eau, mais surtout de créer une liaison plus ou moins solide entre le colorant et le substrat. C’est ainsi que les auxochromes définissent la classe tinctoriale : la présence de groupes aminés caractérise un colorant basique ; celle des groupes sulfoniques caractérise les colorants acides (même en présence de groupes
aminés).
Ces deux modes de classification sont loin d’être identiques ; la preuve en est le cas des colorants réactifs, qui se distinguent par la possibilité d’établir une véritable liaison
covalente avec le substrat, mais dont le chromophore peut être issu de plusieurs catégories chimiques de colorants, en particulier les familles azoïque, anthraquinonique et
phtalocyanine.
I.4.4.1.La classification chimique
Le classement des colorants selon leur structure chimique se fonde sur la nature du chromophore, ce qui amène à distinguer les principales familles suivantes : colorants azoïques, anthraquinoniques, indigoïdes, polyméthiniques, colorants du diphénylméthane et du triphénylméthane, phtalocyanines, colorants nitrés et nitrosés.
Les colorants azoïques
Les colorants azoïques constituent la famille la plus importante tant sur le plan de l’application, puisqu’ils représentent plus de 50 p. 100 de la production mondiale de matières colorantes, que sur celui de la multiplicité des structures étudiées.
Ces structures, qui reposent généralement sur le squelette de l’azobenzène, sont des systèmes aromatiques ou pseudo-aromatiques liés par un groupe azo (–N=N–). Le groupe azo peut être répété plusieurs fois dans la molécule pour obtenir les disazoïques,
trisazoïques, etc.
L’introduction dans un tel édifice de substituant, donneurs d’électrons sur l’un des cycles aromatiques et accepteurs d’électrons sur le second cycle, permet d’augmenter le
phénomène de résonance. C’est ainsi que l’on peut influer plus ou moins sur la couleur et sur les qualités de teinture.
Les jaunes sont facilement obtenus avec les pyrazolones ou les dérivés acétoacétylés, les naphtols simples conduisent aux orangés et aux rouges, tandis que les bleus, les bruns, les noirs dérivent des aminonaphtols.
L’obtention de belles nuances vertes est plus difficile, car le déplacement bathochrome s’accompagne le plus souvent d’un élargissement des bandes, donc diminue la pureté et la vivacité des nuances. La méthode la plus courante de préparation des colorants azoïques comporte la diazotation d’une amine primaire aromatique et la copulation du sel de diazonium ainsi obtenu sur un phénol ou une amine.
Les colorants anthraquinoniques
Ce sont, d’un point de vue commercial, les plus importants après les colorants azoïques, qui couvrent avantageusement la gamme de nuances jaune-orange-rouge. En revanche, dans le bleu et le turquoise, les colorants anthraquinoniques conduisent à de meilleures caractéristiques de solidité à la lumière et de vivacité des coloris.
Ainsi, ces deux classes de colorants se complètent idéalement pour composer la palette de nuances. Contrairement aux colorants azoïques, qui ne possèdent pas d’équivalents dans la nature, les chromogènes anthraquinoniques constituent la base de la plupart des colorants naturels rouges, dont le plus célèbre est la garance, qui, après détermination de la formule chimique (dihydroxy-1,2-anthraquinone), a été fabriqué synthétiquement sous le nom d’alizarine.
La découverte de l’indanthrène, par René Bohn en 1901, conduit au développement de nouveaux colorants de cuve, différents des indigoïdes par leur constitution chimique, mais de qualité au moins égale, car très résistants à la lumière et aux agents divers.
Les colorants indigoïdes
Les colorants indigoïdes tirent leur appellation de l’indigo, déjà utilisé par les Égyptiens il y a quelques milliers d’années. L’indigo est un des plus anciens colorants connus avec la pourpre, qui est un dérivé dibromo-6,6-indigo.
Par la suite, des centaines de dérivés ont été synthétisés en fixant des substituants sur la molécule de l’indigo ou en y introduisant de nouveaux atomes. Ainsi, les homologues sélénié, soufré et oxygéné du bleu de l’indigo provoquent d’importants effets
hypsochromes conduisant à des coloris pouvant aller de l’orange au turquoise.
De façon générale, les colorants indigoïdes se caractérisent par une remarquable résistance aux traitements de lavage, alors que la solidité à la lumière est très moyenne.
Les colorants indigoïdes sont appliqués sur la fibre par un procédé de cuve. Par réduction, ils conduisent à un composé soluble à l’eau, appelé leucodérivé, qui diffuse facilement à l’intérieur de la fibre de cellulose.
Après la répartition uniforme du leucodérivé sur l’article à teindre, le colorant de cuve insoluble est reformé et ainsi emprisonné dans les pores de la fibre. Ces colorants peuvent être appliqués sur diverses fibres comme le Nylon, la soie ou la laine, mais la plus
importante reste le coton.
L’utilisation des colorants indigoïdes et en particulier de l’indigo est tributaire des variations de la mode ; en effet, alors qu’on annonçait la disparition du jean au cours des années quatre-vingt, celui-ci fait actuellement l’objet d’un commerce florissant, et les ventes de son colorant spécifique, l’indigo, ont presque doublé de 1980 à 1988 (de 6
500 à 12 100 t).
Les colorants polyméthiniques
Cette classe de colorants couvre une variété importante de structures dont le point commun réside dans la présence de groupements hétérocycliques, donneurs et accepteurs
d’électrons aux extrémités d’une chaîne polyméthinique.
Parmi ces colorants, les plus connus sont vraisemblablement les cyanines, découvertes par Williams en 1856, la même année où Perkin fabriqua la mauvéine. Les cyanines, du fait de leur faible résistance à la lumière, ne peuvent être utilisées pour la teinture des fibres. En revanche, leur intérêt comme sensibilisateurs photographiques est considérable et a fait l’objet de recherches intenses dans ce domaine.
En ce qui concerne les applications textiles, ce sont les dérivés de cyanines, tels que les azacarbocyanines et les hémicyanines, qui se sont développés, car ils permettaient de teindre la première fibre synthétique : l’acétate de cellulose. En 1953, l’apparition des fibres polyacrylonitriles, contenant des sites acides, constitue le début d’une nouvelle ère pour les colorants cationiques.
Les colorants de types azacarbocyanine, diazacarbocyanine, hémicyanine et tout
particulièrement diazacarbocyanine permettent d’obtenir des teintures du polyacrylonitrile avec des nuances très vives et en général avec de très bonnes tenues.
Les colorants du diphénylméthane et du triphénylméthane
Les colorants du diphénylméthane et du triphénylméthane et leurs dérivés hétérocycliques constituent la plus ancienne classe de colorants synthétiques, la majorité d’entre eux ayant été découverts à la fin du XIXe et au début du XXe siècle.
Actuellement bien moins importants que les colorants azoïques et anthraquinoniques, ils ont conservé une certaine valeur commerciale, car ils permettent de couvrir la totalité de la gamme de nuances, du jaune au bleu en passant par le rouge et même le vert.
Ces matières colorées sont généralement obtenues à partir du diphénylméthane ou du triphénylméthane, en introduisant en position para du carbone central au moins deux auxochromes aminés ou hydroxylés, puis en oxydant en milieu acide. Ainsi, le
diphénylméthane conduit à l’auramine, et ses dérivés sont utilisés pour la coloration du papier, de la soie, du jute, du cuir et la préparation des laques.
Le triphénylméthane permet de réaliser la synthèse d’un nombre plus important de dérivés, essentiellement des colorants basiques (vert malachite, violet cristallisé, etc.) et des colorants acides. Ces derniers sont obtenus par sulfonation d’un colorant basique ou par condensation entre l’hydrol de Mischler et un acide sulfonique, suivie d’une oxydation.
Les phtalocyanines
Bien que le nombre des colorants synthétiques s’élève actuellement à plus de sept mille exemplaires, la grande majorité dérive de chromogènes découverts au cours du
XIXe siècle.
Le seul chromogène nouveau ayant une importance commerciale est la phtalocyanine. Sa découverte fut accidentelle : lors de la préparation du phtalimide par action de l’ammoniac sur l’anhydride phtalique, on observa la formation d’un pigment bleu insoluble renfermant du fer.
Les colorants de ce groupe sont obtenus par réaction du dicyanobenzène en présence d’un halogénure métallique (Cu, Ni, Co, Pt, etc.).
Cette synthèse peut également être réalisée, sans isoler les produits intermédiaires, en partant directement de l’anhydride phtalique chauffé en présence d’urée et d’un halogénure métallique. Le premier de ces colorants, lancé sur le marché en 1935, est le bleu
monastral B.
Les phtalocyanines sont employées dans l’industrie des pigments pour peinture, des encres, mais aussi dans la teinture des fibres textiles sous la forme de colorants de cuve (bleu indanthrène brillant 4G) ou de colorants réactifs en fixant des groupes vinylsulfonés sur la molécule.
Les colorants nitrés et nitrosés
Les colorants nitrés forment une classe de colorants très limitée en nombre et relativement ancienne, puisque l’acide picrique en est historiquement le premier représentant. Ils sont actuellement encore utilisés, du fait de leur prix très modéré lié à la simplicité de leur structure moléculaire.
Cette structure se caractérise par la présence d’un groupe nitro (–NO2) en position ortho par rapport à un groupement électrodonneur (hydroxyle ou groupes aminés). Ces
composés nitrés conduisent à des colorants anioniques dispersés ou à des pigments dans des nuances limitées au jaune et au brun.
Les colorants nitrosés sont encore moins nombreux et d’un faible intérêt industriel. Ce sont généralement des complexes métalliques de dérivés nitrosophénols en position ortho.
I.4.4.2.La classification tinctoriale
Si la classification chimique présente un intérêt pour le fabricant de matières colorantes, le teinturier préfère le classement par domaines d’application. Ainsi, il est renseigné sur la solubilité du colorant dans le bain de teinture, son affinité pour les diverses fibres et sur la nature de la fixation. Celle-ci est de force variable selon que la liaison colorant-substrat est du type ionique, hydrogène, de Van der Waals ou covalente. On distingue différentes catégories tinctoriales.
Les colorants acides ou anioniques
Solubles dans l’eau grâce à leurs groupes sulfonates ou carboxylates, ils sont ainsi dénommés parce qu’ils permettent de teindre les fibres animales (laine et soie) et le polyamide en bain légèrement acide.
Les colorants directs
En 1884 fut découvert le premier colorant direct, le rouge Congo, qui permettait de teindre directement le coton sans l’intervention d’aucun mordant.
Les colorants directs ou substantifs, tout comme les colorants acides, sont solubles dans l’eau, du fait de la présence de groupes sulfonates. En revanche, ils se distinguent par leur affinité pour les fibres cellulosiques liée à la structure linéaire et plane de leur molécule.
Une large gamme de nuances, une facilité d’application et un prix modéré assurent encore de beaux jours à cette classe de colorants, malgré leur faible solidité aux traitements de lavage.
Les colorants cationiques
Sont des sels d’amines organiques, ce qui leur confère une bonne solidité à l’eau. En passe de disparaître dans la teinture de la laine et de la soie, ces colorants ont bénéficié d’un regain d’intérêt avec l’apparition des fibres acryliques, sur lesquelles ils permettent des nuances très vives et d’excellentes solidités.
Les colorants au soufre sont insolubles dans l’eau
Ainsi, leur application en teinture passe par une réduction alcaline pour aboutir à un composé soluble, appelé leucodérivé, qui de surcroît présente de l’affinité pour les fibres.
Le colorant est ensuite réoxydé en sa forme insoluble, qui reste emprisonnée dans la fibre.
Employés pour la teinture du coton, les colorants au soufre conduisent en général à des nuances relativement ternes.
Cependant, leurs procédés de fabrication étant peu coûteux, ils sont principalement utilisés pour réaliser des coloris foncés dans les tons noirs, bleus, bruns et verts.
Les colorants de cuve
Tout comme les colorants au soufre, sont insolubles et doivent être transformés en leucodérivés par réduction alcaline.
Cette opération était anciennement appelée la préparation d’une cuve. Par la suite,
l’expression de cuve a été étendue à l’ensemble des colorants applicables par ce procédé et dont le plus connu est l’indigo.
La teinture se termine par la réoxydation in situ du colorant sous sa forme insoluble initiale. Réputés pour leur bonne résistance aux agents de dégradation, les colorants de cuve sont encore utilisés, à l’image de l’indigo pour la teinture des articles jean ou denim.
Les colorants réactifs
Développés dans les années cinquante, contiennent des groupes chromophores issus essentiellement des familles azoïque, anthraquinonique et phtalocyanine.
Leur appellation est liée à la présence d’une fonction chimique réactive, de type
triazinique ou vinylsulfone, assurant la formation d’une liaison covalente très solide avec les fibres. Solubles dans l’eau, ils entrent de plus en plus fréquemment dans la teinture du coton et éventuellement dans celle de la laine et des polyamides.
L’existence d’une liaison covalente colorant-fibre permet d’obtenir des teintures présentant d’excellentes solidités, sauf vis-à-vis de l’hypochlorite de sodium (l’eau de Javel).
Les colorants azoïques insolubles
Sont formés directement sur la fibre. En effet, au cours d’une première étape le support textile est imprégné d’une solution de naphtol ou copulant.
Il est ensuite traité avec une solution de sel de diazonium qui, par réaction de copulation, entraîne le développement immédiat du colorant azoïque. Ces colorants sont utilisés en teinture ou en impression des fibres cellulosiques, notamment dans les tons jaunes, orange et rouges.
Les colorants dispersés ou plastosolubles
L’apparition des fibres synthétiques (polyamide, polyester, acrylique), particulièrement hydrophobes, a nécessité le développement d’un nouveau type de colorants. Généralement de nature azoïque ou anthraquinonique, ils sont en mesure, lors d’une teinture à haute température, de diffuser dans les fibres synthétiques puis de se fixer sous la forme d’une solution solide, d’où leur dénomination de plastosolubles.
Par ailleurs, ces colorants n’étant pas solubles dans l’eau, des groupes hydrophiles (OH, NH2, CH2OH) ont été introduits dans la molécule pour permettre de former, en suspension dans l’eau, une fine dispersion, à l’origine du nom de colorants dispersés.
Les pigments
Ne sont pas vraiment des colorants. Ils sont insolubles dans l’eau, ne présentent aucune affinité pour les matières textiles et ne peuvent être appliqués à la surface des fibres qu’en les fixant à l’aide d’un liant.
Cependant, les pigments ne peuvent être ignorés, car leur utilisation est en augmentation non seulement dans le domaine de l’impression textile, mais également en teinture pour la réalisation d’articles dits délavables.
I.4.5.Les perspectives
Les phtalocyanines (1935) et les colorants réactifs (1951) restent les dernières découvertes marquantes de la chimie des colorants. Cependant, l’activité de la recherche n’a pas ralenti ; pour preuve, le nombre important de brevets déposés chaque année.
Ces recherches sont plus particulièrement dirigées vers l’adaptation des matières colorantes aux nouvelles techniques d’application en teinture et en impression.
Cette évolution est principalement liée, d’une part, à la nécessité de réaliser des économies d’énergie et, d’autre part, à la prise de conscience des problèmes d’environnement et d’hygiène du travail. Les tendances essentielles qui se dégagent sont :
l’augmentation de la consommation des colorants réactifs au détriment des
colorants directs, moins solides, et des colorants au soufre, qui conduisent lors de la teinture à des rejets polluants ; les nouveaux colorants réactifs, parmi lesquels figurent les biréactifs, permettent d’améliorer les critères de lavabilité, de fixation à basse température (économie de temps, d’eau et d’énergie) et de reproductibilité des teintures ; en outre, l’augmentation du rendement tinctorial conduit à une diminution des rejets ;
un changement complet d’orientation dans les procédés d’application : la tendance n’est plus à la teinture en continu de métrages énormes, mais à la production de petits lots de tissu permettant ainsi de répondre rapidement aux variations de la mode ;
les progrès réalisés dans la présentation physique des colorants : les principales exigences à remplir sont, dans le cas de matières solides, l’absence de poussières préjudiciables à la santé et la facilité de dissolution et, pour les composés liquides, la stabilité au stockage.
On notera également une influence importante de la mode. Ainsi, le regain d’intérêt pour les vêtements en jean ou denim contribue à la bonne santé de l’indigo, alors que,
parallèlement, la gamme des autres colorants de cuve est réduite.
De même, l’engouement de la jeunesse pour les articles à effet délavé favorise le développement des colorants pigmentaires, déjà très largement utilisés en impression textile.
Enfin, pour l’ensemble des colorants, les efforts de recherche se poursuivent afin
d’améliorer la résistance des teintures et des impressions face à des agressions journalières aussi diverses que l’action du soleil, les traitements de lavage ou les phénomènes de frottement.
I.4.6.Relation entre la structure moléculaire des colorants et la couleur La vision de la couleur est fondée sur des phénomènes physiques, chimiques et physiologiques. En effet, parmi les ondes électromagnétiques, les seules qui soient perceptibles à l’œil humain sont celles dont les longueurs d’onde sont situées entre 400 et 700 nm.
Elles représentent une partie de celles émises dans le spectre de la lumière du soleil.
Absorbée par la rétine, cette lumière modifie, par une série de réactions photochimiques, la structure des protéines du système visuel.
Cette information est transmise par le nerf optique jusqu’au cerveau, ce qui conduit à la perception visuelle.
Lorsque la lumière du soleil ou un rayonnement lumineux analogue dans le domaine du visible atteint un objet où traverse une solution ou un corps transparent, plusieurs phénomènes peuvent se produire.
Si toutes les radiations incidentes sont transmises par réflexion, diffusion ou transparence, le corps nous apparaît alors blanc ou transparent. À l’inverse, si toutes les radiations sont absorbées, le corps est noir.
Dans le cas où l’absorption concerne une fraction constante des radiations lumineuses entre 400 et 700 nm, le corps est gris neutre. Blanc, gris et noir sont appelés des couleurs achromatiques. Si une seule partie des radiations est absorbée sélectivement, la matière nous apparaît colorée.
Différentes des couleurs achromatiques, qui se caractérisent par leur absorption constante dans la visible, les couleurs chromatiques présentent une ou plusieurs bandes d’absorption.
Si celles-ci sont localisées dans de courts domaines de longueurs d’onde comme 400-430, 430-480, 480-550, 550-600 et 600-700 nm, les couleurs perçues sont respectivement le jaune, l’orange, le rouge, le violet et le bleu. Le vert se caractérise par deux maximums d’absorption situés à 400-450 et à 580-700 nm.
L’allure de la bande est un facteur important, dans le sens où plus elle est étroite et son maximum élevé, plus la couleur sera pure et intense.
Les chimistes furent toujours intrigués par la relation entre la couleur et la constitution chimique des colorants.
Dès 1868, Graebe et Liebermann, connus pour leurs travaux sur la synthèse de l’alizarine, avaient déjà remarqué que les colorants étaient des composés chimiques insaturés. Mais, à ce sujet, la théorie la plus célèbre est celle établie par Witt en 1876, d’après laquelle la coloration est due à la présence dans la molécule de groupements insaturés, les
chromophores, et de groupements ionisables, les auxochromes, le tout formant ce que l’on appelle un chromogène.
Cette théorie a été largement développée et corrigée grâce à l’évolution des connaissances dans le domaine de la mécanique quantique. La nature corpusculaire et ondulatoire de la lumière est admise, et ainsi on découvre que l’absorption d’énergie lumineuse par un atome ou une molécule se fait par quantités discrètes appelées photons ou quanta, dont l’énergie est donnée par :
Ee _ Ef est la différence d’énergie entre l’état excité et l’état fondamental, h la constante de Planck, c la vitesse de la lumière et l la longueur d’onde.
Dès lors, il est établi que les chromophores sont des systèmes comportant un nombre suffisant de doubles liaisons conjuguées où les électrons sont délocalisés, associés à des donneurs et à des accepteurs d’électrons : les auxochromes.
En modifiant la nature des groupements auxochromes sur un même chromophore, il est possible de déplacer l’absorption vers les grandes longueurs d’onde et ainsi de provoquer un effet bathochrome. Le phénomène inverse est appelé effet hypsochrome.
I.4.7.La nomenclature
La dénomination des colorants commerciaux est loin de présenter la rigueur de celle des composés chimiques, parce que, d’une part, ce ne sont généralement pas des produits purs et que, d’autre part, les fabricants préfèrent très souvent ne pas en divulguer la constitution exacte.
Cela a conduit, sous une inspiration poétique, à baptiser les premiers colorants de noms de plantes (la mauvéine, la fuchsine, la garance, etc.) puis de noms de minerais (vert
malachite, auramine, etc.). Par la suite, ils furent désignés selon leur constitution chimique (bleu de méthylène, noir d’aniline, vert naphtalène, etc.).
Actuellement, les fabricants de matières colorantes déposent des marques protégées qui ne donnent aucune indication sur la structure, mais caractérisent la nuance et les procédés d’application. Ainsi, chaque colorant est désigné par sa couleur, sa marque commerciale et
un code qui permet d’insister sur une nuance (par exemple : R = rouge ; J, Y ou G = jaune ; B = bleu ; 2B = plus bleu, etc.) ou une qualité (L = solide à la lumière).
Afin d’y mettre un peu d’ordre, les associations britannique Society of Dyers and Colourists (S.D.C.) et américaine American Association of Textile Chemists and
Colourists (A.A.T.C.C.) ont édité le Colour Index, en trois éditions (1971, révisé en 1976 et en 1982), dénombrant près de huit mille colorants synthétiques chimiquement différents et plus de quarante mille dénominations commerciales. Cet ouvrage tient lieu de référence en la matière.
Les colorants y sont classés selon leur structure chimique, leur usage (mode d’application, nuance) et leur désignation commerciale. Chaque colorant possède deux numéros de
référence : le premier a trait à la classification tinctoriale (par exemple, C.I. [colour index] Vat Bleu 4, pour l’indanthrène, signifie qu’il s’agit d’un colorant de cuve bleu), le second
caractérisant la constitution chimique (C.I. 69800 pour l’indanthrène).
On notera que sous la référence tinctoriale sont répertoriés tous les noms commerciaux sous lesquels un colorant peut être vendu (un total de trente-cinq pour l’indanthrène, dont bleu indanthrène RS, bleu cibanone RSN, bleu caledon XRN, etc.).
I.4.8.Effets
Code Nom usuel Origine Utilisation D.J.A Effet sur la santé E 100 Curcumine Extrait du
curcuma
Moutarde, potages, produits laitiers
Aucune A forte dose, stimule les sécrétions biliaires E 101 Riboflamine Origine
végétale
Produit laitiers, pâtisserie, desserts
Aucune Bénéfique car c’est la vitamine B2
E 102 Tartrazine Synthétique Nombreux aliments et médicaments
7,5 Rend hyperactif, cancérigene, mutagène
E 104 Jaune de quinoléine
Synthétique Liqueurs, boissons, bonbons
0,75 Cancérigène ; interdit en Australie, U.S.A
E 110 Jaune-orangé S
Synthétique Nombreux aliments 2,5 Rend hyperactif, cancérigène, tumeurs rénal chez les animaux cancérigène ?
E 120 Cochenille, carmin
Origine animale
Apréritifs,
charcuterie, produits
Aucune Risque d’intolérance mineure
laitiers
E 122 Azorubine Synthétique Nombreux aliments 2,0 Rend hyperactif,
cancérogénicité controversée E 123 Amarante Synthétique Caviar seulement en
France (très
réglementé), interdite en Etats-Unis
0,75 Rend hyperactif, cancérigène, dépôts calcaires dans les reins chez les animaux
E 124 Rouge cochenille
Synthétique Nombreux aliments 0,15 Rend hyperactif, cancérigène E 127 Erythroxine Synthétique Bonbons, fruits au
sirop, fruits confits
2,5 Cancer thyroїde chez les animaux, influence sur les fonctions nerveuses E 131 Bleu patenté
V
Synthétique Glaces, bonbons, liqueurs
2,5 Cancérogénécité non établie, interdit en Australie
E 132 Indigotine Synthétique Nombreux aliments 5,0 Innocuité très mal connue E 140 Chlorophylle Naturel
végétal
Très rare en France Aucune Considéré inoffensif
I.4.10.Les colorants alimentaires
L'utilisation de colorants dans l'alimentation est devenue très importante aujourd'hui. Nous rechercherons les raisons pour lesquelles l'homme se sert des colorants alimentaires et leurs origines et leur nature. Enfin nous verrons la place de ces colorants dans l'industrie.
I.4.10.1.Pourquoi des colorants alimentaires ?
Les hommes donnent une grande importance aux colorants alimentaires. Ainsi l'aspect esthétique des aliments affecte, dans une certaine mesure, la vente des produits. Des enquêtes ont montré que la couleur de l'aliment influe fortement sur le goût que perçoit le
consommateur. En effet, ceux-ci préfèreront acheter une tomate bien rouge plutôt que légèrement tachetée de vert. Ce qui est vrai même si le goût n'est pas modifié par la couleur des aliments.
D'un point de vue nutritionnel, l'usage des colorants alimentaires n'est généralement pas nécessaire.
En fait, dans certains cas, ils sont utilisés pour abuser le consommateur en donnant une fausse impression de qualité (par exemple, lorsqu'un colorant jaune est ajouté aux pâtes ou aux gâteaux pour faire croire à une plus grande quantité d'œufs qu'il y a véritablement). Les colorants ont pour but d'améliorer l'aspect des aliments.
Ils permettent de palier une perte de coloration pendant la production, de colorer des aliments incolores et de renforcer une idée gustative spécifique (comme dans la confiserie, le vert ou le jaune pour le goût citron...).
Ils compensent également les variations saisonnières :
Par exemple, le beurre n'est jaune qu'en été, alors qu'en hivers, il est jugé trop pâle par les industriels qui lui ajoutent un colorant jaune, le ß-carotène.
L'utilisation de ces colorants alimentaires reflète nos habitudes alimentaires et notre société de consommation : repas rapides sortant du congélateur, désir de consommer des produits
"exotiques" en toutes saisons, etc. Habitués à manger du beurre jaune et des glaces à la pistache colorées en vert, les consommateurs sont souvent déconcertés devant des couleurs inhabituelles, même naturelles comme celle des pommes de terres "vitelotte noire" dont la chair est d'un beau violet.
I.4.10.2.Les colorants dans l'industrie
Aujourd'hui, l'industrie des colorants constitue un secteur capital de la chimie moderne.
Depuis quelques décennies, l'industrie alimentaire mondiale utilise une quantité de plus en plus importante de colorants naturels ou artificiels (en France, de 100 à 150 tonnes par an) surtout dans les conserves, les confiseries, les boissons, mais aussi dans la charcuterie, les fruits et légumes, les matières grasses (huile, beurre, fromage) et le sucre.
I.4.10.3.Origine et variation de la couleur
Nous avons vu que les colorants alimentaires sont utilisés pour colorer nos aliments. Nous verrons dans cette partie pourquoi les colorants possèdent la particularité de colorer les aliments et comment leur couleur varie en fonction du milieu.
Généralités sur la couleur
La couleur est due aux ondes lumineuses. Ces ondes naissent de sources produisant de la lumière (soleil). Notre œil ne peut percevoir que les ondes dont les longueurs sont comprises entre 400 et 700nm. Les différentes longueurs d'ondes correspondent à des couleurs
différentes :
- de 400 à 425 nm violet - de 425 à 490 nm bleu - de 490 à 550 nm vert - de 550 à 570 nm jaune - de 570 à 610 nm orange - de 610 à 700 nm rouge
Il existe cependant des ondes invisibles à l'œil humain. Les ultraviolets ont une longueur d'onde inférieure à 400 nm, les infrarouges a une longueur d'onde supérieure à 700 nm...
La lumière blanche est composée d'ondes lumineuses de toutes les longueurs. Lorsque le rayon atteint un corps (exemple : colorant alimentaire), il peut se passer plusieurs
phénomènes :
- Si toutes les ondes lumineuses sont absorbées par le corps, celui-ci nous apparaît noir - Si elles sont réfléchies, le corps est blanc.
- Lorsque la lumière est partiellement absorbée indépendamment de la longueur d'onde, le corps est gris.
- lorsque le corps absorbe dans une certaine longueur d'onde, le corps est coloré. La couleur du corps sera la couleur complémentaire à celle correspondant à la longueur d'onde absorbée : le violet est complémentaire au jaune, le bleu à l'orange et le vert au rouge et inversement.
Le noir, le blanc et le gris sont des couleurs achromatiques. Les autres couleurs sont chromatiques.
L'absorbance d'un colorant peut être étudiée grâce à un spectrophotomètre. Le
spectrophotomètre donne l'absorbance du colorant en fonction d'une certaine longueur d'onde, on peut ainsi tracer des courbes d'absorbances .
Lien entre la structure moléculaire et la couleur
Nous avons vu que la couleur est due aux ondes lumineuses projetées par les sources de lumière, nous allons voir maintenant comment un colorant peut absorber ses ondes pour donner une couleur. Pour cela, nous allons étudier leur structure moléculaire.
C'est le chimiste allemand Witt qui a introduit la théorie du pouvoir colorant. En faisant réagir des composés colorés avec de l'hydrogène, on constate une décoloration du composé. Witt en a déduit que toute molécule colorée renferme des groupes d'atomes insaturés, c'est à dire qu'ils possèdent une ou plusieurs doubles liaisons (l'hydrogénation n'ayant lieu que dans les zones présentant des liaisons multiples). Ces groupes d'atomes responsables de la couleur des colorants sont appelés groupes chromophores. Ces groupes chromophores peuvent renfermer
des groupes azoïques (–N=N–), nitrés , nitrosés , carbonylés , fonctions alcènes , etc...Ces doubles liaisons doivent être
nombreuses pour que le corps soit coloré.
Les molécules ne possédant que des groupes chromophores sont appelés des chromogènes.
Bien que colorés, les chromogènes ne sont pas des colorants, pour en devenir, ils doivent posséder des groupes salifiables (c'est à dire des groupes susceptibles de se transformer en sel). Ces groupes appelés groupes auxochromes permettent la fixation des colorants sur les aliments et peuvent modifier la couleur du colorant. Les groupes auxochromes peuvent être acides ( COOH, SO3H, OH ) ou basiques ( NH2, NHR, NR2 ).
On peut classer les colorants en fonction de la nature de leur groupe chromophore, on distingue ainsi plusieurs familles de colorants :
- les nitrosés sont synthétisés par action de l'acide nitreux HNO2 sur les phénols qui sont des dérivés du benzène de formule brute C6H4OH.
- les nitrés sont formés par l'action de l'acide nitrique HNO3 sur les phénols. Ils sont de couleur jaune ou orange.
- les stilbéniques sont des dérivés du stilbène (1,2-diphényléthylène), ils sont également jaunes ou orangés.
- les azoïques constituent la plus importante famille des colorants de synthèse. Ils possèdent le groupe azoïque (voir ci-dessus ) et forment une gamme étendue de nuances (jaune, bleu, vert et noir).
- les quinoléines possèdent le noyau de la
quinoléine et possèdent une couleur jaune.
- les indophénoliques sont également une structure quinoïde, ils résultent de l'oxydation de paradiamines et d'une amine primaire. Ils possèdent une coloration très dense.
- les thiaziniques sont fabriqués par oxydation de diamines aromatiques en présence de H2S, ils vont du jaune au rouge.
- etc.
Etude de diverses molécules de colorants :
Dans nos expériences, nous avons utilisé cinq
colorants différents : la Curcumine, l'Anthocyane, l'Azorubine, la Tartrazine et le Bleu patenté V.
>La Curcumine est le colorant de la poudre de curry.
Groupes chromophores : groupes carbonylés, fonctions alcènes et cycles benzéniques famille des stilbéniques.
Groupes auxochromes : groupes hydroxyles OH.
>L'Anthocyane est le colorant du chou rouge :
Groupes chromophores : cycles benzéniques.
Groupes auxochromes : groupes hydroxyles.
>L'Azorubine est le colorant artificiel pâtissier rouge :
Groupes chromophores : groupe azoïque et cycles benzéniques famille des azoïques.
Groupes auxochromes : groupe hydroxyle.
>La Tartrazine est le colorant artificiel pâtissier jaune :
Groupes chromophores : groupe azoïque et cycles benzéniques famille des azoïques.
Groupes auxochromes : groupe hydroxyle et fonctions amines N.
>Le Bleu patenté V est le colorant artificiel pâtissier bleu :
Groupes chromophores : cycles benzéniques et noyau quinoïde famille des indophénoliques.
Groupes auxochromes : groupes hydroxyles et fonctions amines.
I.4.10.4.Influence du milieu
Nous avons cherché à savoir si le milieu influait sur la couleur des colorants, nous avons fait pour cela des expériences pour étudier l'influence de la température et du pH (voir fiche expérience température, pH).
Nous avons constaté que la température ne faisait pas varier la couleur alors que, en faisant varier le pH, le colorant prend de nombreuses colorations différentes.
Ces différences de couleur s'expliquent par une modification de la structure moléculaire des colorants lorsque le pH change.
>Pour un pH acide, le colorant du chou rouge (l'Anthocyane) est rouge, sa formule topologique est alors :
>Pour un pH neutre, il est bleu, sa formule topologique est :
>Pour un pH basique, ce colorant est jaune, sa formule est alors :
On constate que seule la formule rouge possède un cation O+ ,elle est la seule à ne pas posséder de groupes chromophores carbonylés. La forme bleue est la seule à posséder un noyau quinoïde. Un milieu basique possède des ions OH- qui réagissent avec les molécules c'est pourquoi on constate que la forme jaune possède de nombreux groupes hydroxyles. On constate donc que lorsque le pH change, la structure moléculaire du colorant est modifiée, et notamment les groupes chromophores et auxochromes, entraînant un changement de couleur.
Cette propriété des colorants de changer de couleur selon le pH est utilisée pour étudier le pH d'une solution. Les colorants sont alors utilisés en temps qu'indicateurs colorés.
On peut aussi obtenir de nouvelles couleurs en mélangeant les colorants, nous avons ainsi pu faire un colorant orange grâce à du jaune et du rouge. Nous avons aussi montré grâce à une chromatographie qu'un colorant artificiel pâtissier vert était en fait formé de Tartrazine de couleur jaune et de Bleu patenté V. Nous avons donc monté que la couleur d'un colorant est directement liée à sa structure moléculaire. En effet, si celle-ci est modifiée, la couleur change.
I.4.10.5.Impact des colorants alimentaires sur la santé et réglementation
Après avoir étudié certaines propriétés chimiques des colorants alimentaires, intéressons-nous maintenant à leurs effets sur la santé et à leur réglementation, leurs dangers étant souvent ignorés des consommateurs.
Les effets des colorants alimentaires sur la santé - Des effets néfastes
Parmi tous les aliments, rares sont ceux qui ne contiennent pas de colorants (naturels ou synthétiques). Or, l'absorption de ceux-ci n'est pas toujours sans conséquences pour notre santé. En effet, certains sont responsables d'intolérances. Seule le rouge de la cochenille E124 provoque, dans quelques rares cas, des allergies. Il met ainsi en jeu le système immunologique contrairement à l'intolérance. Plus grave, d'autres sont
mutagènes et gènotoxiques ou encore provoquent des cancers de la thyroïde voire même des tumeurs des glandes surrénales et des reins chez les animaux. Ces derniers effets sont cependant rarissimes et ne surviennent que si l'on en ingère de fortes doses.
Les colorants alimentaires que l'on peut considérer comme toxiques pour l'être humain et à éviter sont la Tartrazine E102 et l'Amarante E123 (interdit aux Etats-Unis et très réglementé en France). Ces additifs sont entre autre suspectés de jouer un rôle dans le syndrome d'hyperactivité et pourraient contenir des substances cancérigènes. Ceci dit, les réactions d'intolérance liées aux colorants alimentaires en général ne sont pas de même nature. Voici la liste de celles le plus fréquemment observées :
Action sur le système nerveux central : interférence avec la neurotransmission de type GABA-ergique ; synthèse excessive d'acétylcholine (composant du
neurotransmetteur) ou encore présence d'amines biogènes.
Action sur le système nerveux dit 'périphérique' : effet excitant (tels l'Amarante et la Tartrazine) et anomalie des récepteurs neuroniques.
- Inhibition ou déficit de certaines enzymes.
- Augmentation de la perméabilité intestinale
- Des effets 'bénéfiques'
Heureusement pour le consommateur, tous les colorants alimentaires ne sont pas dangereux pour la santé. C'est le cas du Lycopène E160d et du ß-carotène E160a. Ces deux colorants appartiennent à une même famille : les caroténoïdes que l'on retrouve dans presque tous les fruits et légumes.
Le Lycopène
Le Lycopène est un antioxydant qui, une fois absorbé par l'organisme, aide à protéger et à réparer les cellules endommagées. Les antioxydants ont démontré leur capacité à
empêcher l'oxydation de l'ADN, laquelle serait à l'origine des cancers. Selon de récentes études il préviendrait l'apparition de certains cancers (de la prostate, du poumon, du sein, de l'appareil digestif), de maladies cardio-vasculaires ainsi que la dégénérescence
maculaire.
L'organisme ne produit pas de Lycopène. On le trouve alors dans le pamplemousse, la goyave et le melon d'eau mais c'est la tomate la plus grande source de Lycopène. D e surcroît, il a été démontré qu’il est mieux absorbé par le corps et encore plus concentré s'il provient de produits industriels comme le coulis de tomate plutôt que de tomates fraîches.
Le ß-carotène
Le rôle du ß-carotène est similaire à celui de la vitamine A. D'ailleurs il est aussi appelé 'provitamine A'. Il doit en effet être digéré avant d'être transformé en vitamine. Dans les cellules de la paroi intestinale, le ß-carotène est transformé en rétinol (proche de la vitamine A) et couvre ainsi les besoins indispensables de l'organisme. Il joue lui aussi un rôle très important dans la prévention des cancers et il est recommandé dans le cas de vieillissement prématuré et de troubles de la vision. Il est présent dans les épinards, la betterave, les carottes, les abricots, les melons...
Ces substances que sont le Lycopène et le ß-carotène ne font paradoxalement pas partie des éléments qualifiés de nutritifs par les autorités de la santé. Prises à fortes doses, elles peuvent être toxiques (surtout le rétinol) et il faudra attendre des études de plus grandes envergures pour définir véritablement leurs bienfaits direct sur la santé.
I.4.10.6. Leur réglementation
La réglementation touchant les colorants alimentaires, ou plutôt les additifs alimentaires en général, est régie sur trois niveaux :
- Au niveau international par la FAO (Food and Agriculture Organization), l'OMS
(Organisation Mondiale de la Santé) ou encore la WHO (World Health Organization).
- Au niveau européen selon un protocole strict : 'codex alimentarius' qui regroupe une multitude d'établissements.
- Au niveau national par le Conseil Supérieur d'Hygiène publique de France et l'Académie de Médecine.
L'utilisation de ceux-ci est strictement réglementée selon le principe dit de 'liste positive', ce qui signifie que tout ce qui n'est pas expressément autorisé est interdit. Les colorants alimentaires autorisés en Europe sont dotés d'un numéro de code précédé de la lettre E et composé de trois chiffres dont celui des centaines est le 1. Celui des dizaines correspond à leur couleur : 0 Û jaune ; 1 Û orange ; 2 Û rouge ; 3 Û bleu ; 4 Û vert ; 5 Û brun et 6 Û noir.
Ainsi, avant de pouvoir mettre un nouveau colorant alimentaire sur le marché, l'industriel doit obligatoirement passer par un organisme public de contrôle. Toute demande doit fournir des preuves convaincantes que le colorant proposé est utile et satisfait son but prévu. S'il est autorisé, il lui sera remis un nom de code (voir précédemment) et un
domaine d'utilisation spécifique. Des études sur animaux sont ensuite réalisées à court et à long terme pour déterminer si OUI ou NON l'additif est sans danger pour l'homme.
La sécurité absolue d'une substance n'est jamais prouvée, c'est pourquoi la législation peut être modifiée en fonction de l'évolution des connaissances. Si la substance est dangereuse à fortes doses (ce qui concerne pas moins de 80 % des cas), une D.J.A (Dose Journalière Admissible) est fixée. Son unité se mesure en milligramme par kilogramme de masse corporel.
Cette façon de procéder présente cependant d'importantes lacunes. D'une part, l'être humain ne réagit pas comme les animaux. Difficile alors de transposer des résultats obtenus sur l'animal à l'homme sans risque d'erreurs. D'autre part, les études consistent en une analyse de substances prises isolément. Or, notre alimentation contient un 'mélange' de produits de toute sorte qui peuvent, comme on le sait aujourd'hui, se combiner et ainsi développer des effets synergiques. C'est le cas inverse de celui du chou. En effet, presque chaque composant de celui-ci se révèle toxique si on l'isole alors que le chou lui-même est inoffensif ! Il préviendrait aussi les cancers et autres maladies...
En conclusion, on peut dire que les colorants alimentaires ne sont dangereux que
consommés à forte dose. Seule une minorité est admise sans D.J.A. Les études menées à l'heure actuelle ne permettent en aucun cas de conclure quant à leurs effets sur la santé. La législation évolue en fonction deses connaissances. Ainsi, depuis le début du siècle, où les colorants qui servaient à teindre les vêtements se retrouvaient aussi dans les aliments, de nombreuses substances ont été retirées de la circulation, grâce à la mise en place
progressive d'institutions telle la FDA (Food and Drug Act, ex-FAO) en 1906 qui contrôlèrent et réglementèrent peu à peu leur utilisation.
Ce tableau regroupent les cartes d'identités des 29 principaux colorants utilisés à l'heure actuelle. Les colorants les plus toxiques sont en gras.
Conclusion
En conclusion, nous avons vu que les colorants alimentaires occupaient une place très importante dans l'alimentation depuis quelques décennies. Les colorants étaient d'abord d'origine naturelle puis les hommes ont appris à créer des colorants de synthèse. La couleur de ces additifs est conférée par leur structure moléculaire qui peut varier en fonction de facteurs tel que le pH.
Les colorants favorisent les ventes en apportant une meilleure apparence aux produits.
Quelques rares colorants ont des effets positifs. Mais la plupart posent quelques inconvénients pour l'homme puisqu'ils peuvent être nocifs (cancérigènes, à l'origine d'intolérances). C'est pourquoi il existe une réglementation les concernant.
Et finissons par cette citation de Goethe :
" Les hommes éprouvent une grande joie à la vue de couleur, l’œil en a besoin comme il a besoin de lumière. "
Les colorant
Tous ces additifs sont actuellement autorisés en FRANCE, mais doivent être indiqués dans la composition sur l'emballage.
Voici une liste non-exhaustive de quelques 'additifs' :
Ceux qui s'attaquent aux neurones, Plus particulierement aux synapses, et qui empèche la propagation du signal chimique de neurone à neurone, il faut toutefois de bonne quantité pendant quelques années pour en subir les effets, qui varient bien sur selon les individus.
E 621 connu sous le nom de Glutamate de sodium, il remplace souvent le sel (moin cher).
présence : Amandes goût fumé Bahlsen , entre autres ...
Les toxiques cancérogènes :
E 102 110 120 123 124 127 211 220 225 230 250 251 252 311 330 407 450.
E 330 : Le plus dangereux (SCHWEPPES CITRON, certain apéritifs, BANGA, Moutarde AMORA, Crème de fromage LA VACHE QUI RIT, ETC.)
Les émulsifiants suspects :
E 125 131 141 142 150 153 171 172 210 212 213 214 215 216 217 E 231 232 241 338 340 341 460 462 463 465 466 477
Les inoffensifs :
E 100 101 103 104 105 111 121 122 112 140 151 160 161 162 170 174 175 180 200 201 202 203 206 207 230 290 291 292 302 304 305 306 307 308 309 322 325 326 327 331 332 333 334 335 336 337 401 402 403 404 405 406 408 410 411 413 414 420 421 422 440 470 471 472 473 474 475 480
Les émulsifiants et leurs effets :
Intestins (perturbation) : E 221 222 224 226 323
Derme (peau) : E 220 231 232 233
Digestion (perturbation) : E 330 339 340 341 400 461 462 463 466 467
Calculs renaux : E 447
Produit dangereux : E 102 110 120 124 127
Destruction de la B12 : E 220
Accident vasculaires : E 230 251 252 (Dans la charcuterie)
Cholesterol : E 320 321
Sensibilité cutanée : E 311 312
Aphtes : E 330
Crème glacée digestion) : E 407
Produit cancerogène : E 131 142 210 212 213 214
Cerveau (neurone) : E 621 (Syndrome du restaurant chinois)
Exemples :
E 102 : Dans les bonbons "La pie qui chante").
E 330 : Dans CANADA DRY, certaines limonades, ETC.
E 120 : Pastis (DUVAL).
I.4.11.Colorants industrielles I.4.11.1.Historique
La découverte des colorants artificiels
Extraits des Mémoires de Sir William Henry Perkin (1838-1907):
« En 1856, encore jeune chimiste, j'essayai de synthétiser la quinine pour combattre le paludisme qui touchait nos fières troupes qui défendaient aux Indes, l'honneur britannique.
Après plusieurs essais, j'en arrivai à oxyder un dérivé de l'aniline, l'allyltoluidine. J'obtins vite un splendide précipité rouge-brun.
Bien sûr, ce composé n'avait rien à voir avec la quinine artificielle que je recherchai mais il éveilla cependant ma curiosité de chimiste car, en ayant renversé une petite éprouvette, je vis qu'il produisait sur le parquet et sur ma blouse, des tâches certes belles mais surtout
indélébiles. Sans le savoir je venais d'inventer ce colorant de bonne tenue dont l'industrie textile avait tant besoin.
Je l'appelai d'abord 'violet allyltoluidin' puis pourpre d'aniline mais mon épouse trouvant ce nouveau nom encore trop barbare lui préféra celui de mauvéïne qui fut définitivement adopté.
Ce fut, pour nous tous, le début d'une période faste chargée de gloire et de richesses. Tout cela pour avoir découvert, par hasard, et breveté, en toute connaissance de cause, le premier
colorant artificiel utilisable par l'industrie en toutes quantités.
Ce qui, il faut l'avouer, était loin d'être le cas des colorants naturels, souvent fort coûteux et difficiles à obtenir. »
I.4.11.2.Classement
Obtenus à partir du XIXe siècle, par la chimie industrielle, dans la suite de l'aniline les colorants industriels sont classés aujourd'hui selon un plan dérivé du « Colour Index », en 10 rubriques et 6 sous-rubriques:
Les rubriques
1. nitro dérivés,
2. dérivés du triphénylméthane, 3. xanthéniques,
4. dérivés de l'acridine, 5. dérivés de la quinoléine,
6. anthraquinoniques 7. indigoïdes,
8. phtalocyanines, 9. bases d'oxydation, 10. azoïques
Chapitre II
Etude et élaboration des membranes liquides émulsionnées
II.1. Généralités sur l’extraction par membranes liquides émulsionnée
Le procédé de l’extraction par membrane liquide émulsionnée à été réalisé pour la première fois par N.N.Li en 1968, il a proposé de réaliser des séparations en utilisant des membranes liquides émulsionnées. Ce procédé permet l’extraction et la déséxtraction des polluants simultanément au moyen d’une phase liquide organique sélective qui séparent deux autres liquides miscibles.
La technique de l’extraction par membrane liquide émulsionnée est une technique de séparation constituée des opérations unitaires de séparation dont le développement est relativement récent et qui sont susceptible de compléter où de remplacer dans certains cas les autres techniques de séparation (distillation, absorption, adsorption).
Actuellement, le processus de l’extraction par membranes liquide émulsionnée a pu atteindre le stade pratique où il a été accordé un grand intérêt à son application dans différents domaines.
II.2.Les membranes liquides II.2.1. Définition
La membrane liquide est essentiellement constituée d’une couche (phase organique) qui sépare deux phases adjacentes (phase aqueuse) dont l’une est contaminée et l’autre réceptrice.
La phase organique (membrane) constituée d’un extractant, un diluant et d’un tensioactif.
La nature même de processus, impliquant une mobilité suffisante du transporteur, molécule souvent très lourde ou stériquement encombrante restreint les applications potentielles aux membranes dites liquides ; l’idée consistant à utiliser le transport à travers un liquide conduit à distinguer deux types de membranes liquides : celles obtenues par imprégnation d’un support poreux inerte, et celles obtenues par émulsion.
Toutes les deux sont des membranes denses, de type solvant. Compte-tenu de leur cinétique de transport élevée, les membranes à transporter de type émulsion sont remarquablement adaptées à la perméation, et surtout au transport couplé.
L’extraction par membrane est une technique utilisée pour la séparation où l’élimination des traces de composés chimiques généralement toxiques. Cette technique est très importante dans l’application industrielle tel que l’hydrométallurgie, le traitement des eaux etc.…
II.2.2. Types de membranes
Il existe trois types de membrane liquide : épaisse, émulsionnée et supportée, chacune présente leur caractéristique et leurs domaines d’application.
Les membranes épaisses
Elles sont constituées par un diluant organique, non miscible à l’eau, contenant le ligand, appelé dans ce cas transporteur, et séparant deux phases aqueuses. La figure illustre une membrane liquide épaisse constituée d’une phase organique moins dense que la phase aqueuse.
Membrane liquide épaisse
Ce système nécessite une quantité importante de l’agent transporteur car le volume de la membrane par rapport aux phases d’alimentation et réceptrice est considérable ; de plus, la surface de l’interface spécifique peu élevée est un paramètre limitant pour ce type de membrane.
Les membranes émulsionnées
Phase organique
Phase aqueuse II Phase aqueuse I
