Théorie des mousses, des émulsions, des surfaces et des interfaces
Théorie des tensioactifs
Les tensioactifs (molécules tensioactives) sont des composés amphiphiles composés d'une tête hydrophile et d'une queue hydrophobe.
Ils s'adsorbent aux interfaces entre deux fluides non miscibles, comme l'air et l'eau ou l'huile et l'eau, réduisant ainsi la tension superficielle ou interfaciale. Leurs principales applications comprennent le mouillage, l'émulsification, la dispersion, le moussage et la détergence.
Ils sont classés en quatre grands groupes :
Tensioactifs anioniques (chargés négativement) : par exemple, les savons, les sulfates, les sulfonates.
tensioactifs cationiques (chargés positivement) : par exemple, les composés d'ammonium quaternaire.
Tensioactifs amphotères : portent des charges positives et négatives en fonction du pH.
Tensioactifs non ioniques : molécules non chargées…
Tension superficielle, théorie et techniques de caractérisation
La tension superficielle/interfaciale est la force qui s'exerce à l'interface entre deux fluides non miscibles. Elle résulte du déséquilibre des forces d'attraction moléculaires à l'interface et au sein du fluide.
La tension superficielle (γ) est la force par unité de longueur agissant le long d'une interface exprimée en N·m⁻¹.
La compréhension et la quantification de la tension superficielle et interfaciale sont essentielles dans les domaines des mousses, des émulsions, des revêtements, de la détergence, des produits pharmaceutiques et des sciences des matériaux, où le contrôle des phénomènes interfacials détermine la stabilité et les performances.
Parmi les principales méthodes de mesure de la tension superficielle ou interfaciale dynamique, la méthode de la goutte pendante/ascendante mesure le profil de la goutte sous l'effet de la gravité par analyse d'image afin de déterminer γ. Elle est précise, polyvalente et adaptée aux études dynamiques (cinétique d'adsorption)...
Dynamique de l'adsorption des tensioactifs à l'interface air/eau
L' adsorption des tensioactifs à l'interface air-eau est responsable de la diminution de la tension superficielle au fil du temps, un processus appelé tension superficielle dynamique (TSD). Lors de la formation d'une nouvelle surface, les molécules de tensioactif diffusent de la solution vers l'interface, s'y adsorbent et se réorganisent jusqu'à l'atteinte de l'équilibre.
Ce processus est décrit par deux mécanismes principaux :
Adsorption contrôlée par diffusion, où la diffusion est l'étape limitante.
Adsorption mixte diffusion-cinétique, où des barrières moléculaires (encombrement stérique, stabilité des micelles ou encombrement de surface) ralentissent le transfert des molécules vers l'interface...
Les Mousses liquides
Les mousses liquides sont des dispersions de bulles de gaz dans une phase liquide, dont les propriétés structurelles, mécaniques et interfaciales uniques les rendent précieuses dans de nombreuses industries.
Leur comportement dépend de la fraction liquide, de la distribution granulométrique des bulles et du degré d'ordre ou de polydispersité. Leur stabilité et leur durée de vie sont limitées par le drainage, la maturation d'Ostwald, la coalescence et l'évaporation, qui amincissent progressivement les films et modifient la distribution granulométrique des bulles.
Les tensioactifs jouent un rôle central en réduisant la tension superficielle et en stabilisant les films par adsorption et par l'effet Gibbs-Marangoni. La compréhension de ces mécanismes multi-échelles, des films nanométriques à l'écoulement macroscopique de la mousse, est cruciale pour optimiser la formulation, prédire la durée de vie de la mousse et contrôler le comportement moussant ...
Caractérisation des mousses liquides
La caractérisation des mousses liquides se concentre sur des paramètres tels que la hauteur ou le volume de la mousse, la fraction liquide, la taille des bulles et la polydispersité, ainsi que la capacité moussante, la stabilité de la mousse et le drainage du liquide.
Les méthodes de base comprennent le test de Ross-Miles, qui mesure la hauteur et la diminution de la mousse au fil du temps dans des conditions standard, et la méthode Bikerman, qui évalue la formation de mousse sous injection continue de gaz pour obtenir un indice de moussage reflétant la stabilité dynamique.
Des instruments de pointe, tels que le FOAMSCAN™, intègrent l'analyse d'images et les mesures de conductance pour évaluer à la fois les paramètres macroscopiques (volume de mousse, fraction liquide, taux de drainage) et la structure microscopique (distribution de la taille des bulles, forme et polydispersité). Ces méthodes permettent une analyse multi-échelle de la formation, de la croissance et du vieillissement de la mousse...