Caractériser la structure des cosmétiques la rhéologie multi- échelle

Comme le montre le chapitre précédent, accéder à des informations sensorielles, donc macroscopiques, à partir de mesures instrumentales n’est pas chose aisée, notamment par l’échelle d’investigation qui est incontestablement limitée. De plus, lorsqu’on souhaite corréler ces données à une perception cognitive, l’intégration faite par le cerveau pour qualifier un produit à partir des informations multiphysiques dont il dispose (en lien avec la vision, le toucher, l’odorat) est en toute rigueur incontournable. D’un point de vue sensorialité par exemple, la texture est définie par l’ensemble des propriétés géométriques et mécaniques perceptibles par le système sensoriel, hors gustatif. La caractérisation microrhéologique des propriétés structurelles des produits cosmétiques peut alors apporter des informations complémentaires mais qui restent insuffisantes. Quand bien même elles sont complétées par l’utilisation de plusieurs instruments de nature différente, l’information multimodale récupérée reste discrétisée quel que soit l’espace considéré (temporel, dimensionnel, visuel, olfactif, tactile, etc.). D’un point vue méthodologique et obligatoirement simpliste, la démarche consiste à : (i) récupérer par le nouvel instrument le maximum de points dans un espace vectoriel dont le noyau est mal défini (l’intégration multiphysique faite par le cerveau n’étant pas connue) ; (ii) trouver des liens entre ces mesures instrumentales et les mesures sensorielles pour en déduire des qualificatifs intrinsèques des produits.

L’approche la plus simple, proposée dans ce chapitre, pour relever en partie ce défi est d’accéder à des mesures spatio-temporelles les plus fiables possibles décrivant des caractéristiques mécaniques directement liées au toucher. Compte tenu des produits cosmétiques à étudier, une caractérisation macroscopique monomodale rendant compte des mouvements d’ensemble, telle que la rhéologie usuellement pratiquée, ne peut suffire à décrire leur structure par exemple. Ce sont en effet des matériaux complexes7 composés de macromolécules immergées dans un ou plusieurs fluides. Ces macromolécules agissent les unes avec les autres ainsi qu’avec les différentes phases au travers d’interactions d’origine mécanique, électrique et chimique. À défaut d’une approche multimodale, l’étude multi-échelle des milieux complexes par la mécanique des fluides et la théorie de l’élasticité peut s’avérer particulièrement adaptée pour extraire quelques signatures rhéologiques pertinentes [1]–[3]. L’analyse des contraintes et déformations sous sollicitation mécanique contrôlée doit rendre compte de l’interdépendance des propriétés d’écoulement et de rigidité, qui sont les propriétés mises en jeu lors de C’est pourquoi le présent chapitre est consacré à cette caractérisation multi-échelle, l’accent étant porté sur l’utilisation de la technique de mesure microrhéologique ultrasonore présentée précédemment. L’enjeu est d’accéder, dans un premier temps, aux propriétés viscoélastiques à une échelle mésoscopique complémentaire à celles classiquement utilisées, pour enfin extraire une loi d’échelle allant jusqu’au sensoriel. Pour y parvenir, nous utiliserons des produits fournis par différents partenaires (Laboratoires URCOM8, SEPPIC, EBI9) et qui ont fait l’objet d’études sensorielles instrumentées.

Hormis les poudres, les produits cosmétiques sont généralement des fluides complexes qui peuvent être sous la forme de solutions, de gels, d’émulsions ou de suspensions comme le montre la Figure X [5]. Du fait des interactions faibles qui permettent leur structuration et qui sont comparables à l’agitation thermique, ces matériaux sont sensibles aux sollicitations du milieu extérieur. Le caractère instable de ces systèmes colloïdaux justifie l’utilisation d’additifs tels que des polymères ou des tensioactifs modifiant leurs propriétés physico-chimiques et structurales finales. Ainsi, tous ces milieux sont constitués de macromolécules dont la dispersion et les interactions engendrent un milieu multiphasique. La phase majoritaire de ce dernier est appelée phase continue. D’un point de vue physico-chimique les solutions en cosmétiques ne sont pas des mélanges homogènes à l’échelle moléculaire. Du fait de la faible solubilité des solutés incorporés, elles sont composées d’au moins deux phases distinctes dont l’une joue le rôle de phase dispersante : le solvant. Il n’est pas rare d’avoir recours à des excipients, tels que des tensioactifs ou des cyclodextrines10 pour faciliter la solubilisation par formation de micelles ou de complexes ioniques ou moléculaires servant d’hôtes à ces solutés. Les solutions peuvent servir soit de produit intermédiaire à intégrer à une formulation, soit de produits finis, notamment pour des fonctions détergentes. Les solutions moussantes sont particulièrement utilisées pour nettoyer les surfaces rugueuses/poreuses dans lesquelles les salissures sont incrustées. Les gels sont faits d’un réseau tridimensionnel de polymères plongé dans une phase généralement aqueuse. La phase continue liquide empêche la condensation de la partie dispersée en masse compacte et la phase dispersée permet de contenir la phase liquide. Les gels peuvent être structurés par différents types de liaisons : les gels chimiques mettent en œuvre des liaisons covalentes, tandis que les gels physiques mettent en œuvre des liaisons faibles. Ces composés peuvent eux aussi être utilisés sous forme de produit intermédiaire ou fini. Dans le premier cas, ils servent à modifier la texture en jouant sur la notion de consistance et à améliorer la stabilité des produits dans lesquels ils sont incorporés. Sous forme de produits finis, ils servent de gelée démaquillante, de gel de rasage, etc.