ENCAPSULATION EN PHASE ORGANIQUE

Les émulsions sont des systèmes colloïdaux diphasiques composés de deux liquides non miscibles (généralement eau et huile) et d’un troisième composant, une molécule tensioactive qui facilite la dispersion d’une phase dans l’autre tout en donnant au système une stabilité d’ordre cinétique. Les émulsions développent une très grande quantité d’interface augmentant ainsi l’énergie libre du système. La stabilité de ce type de mélange n’est donc que temporaire, et le retour à un état d’énergie plus bas s’accompagne d’une séparation de phases sur une échelle de temps plus ou moins longue. Les caractéristiques de l’interface de tels systèmes sont donc un élément essentiel dans leur stabilité. Dans ce chapitre nous passons en revue les différents paramètres entrant en jeu dans la stabilité des émulsions. Dans le modèle d’interface de Gibbs, les variables thermodynamiques comme l’entropie (S), le volume (V), le nombre de moles de l’espèce i (n) ou l’énergie libre du système (F) sont définies pour chacune des phases (,) et pour l’interface. Nous obtenons ainsi :  équation rend compte de l’influence des espèces adsorbées sur l’évolution de la tension interfaciale. Comme composés s’adsorbant aux interfaces, nous pouvons citer les molécules amphiphiles telles que les protéines, polymères, certains types de particules, ou encore les tensio-actifs. Ce sont ces dernières qui interviennent dans notre système. Dans le paragraphe suivant, nous allons décrire ces molécules et leurs effets sur la tension interfaciale et la formation des émulsions.  non miscibles (72mN/m). L’addition d’une faible proportion de tensio-actif (TA) dans ce système, induit la diminution de la tension jusqu’à atteindre quelques unités de mN/m. Les molécules de tensioactif sont composées d’une « tête » polaire et d’une « queue » lipophile, en général une chaine hydrocarbonée (Figure 63). Elles peuvent   les tensioactifs présentant une solubilité dans les phases aqueuses donneront préférentiellement une émulsion huile dans eau (H/E) ;

Figure 64 : Les deux types d’émulsions selon la solubilité du TA Cette règle empirique qui relie la solubilité des TA et le type d’émulsion, édictée par Bancroft au début du 20e siècle, a été largement employée pour la formulation des émulsions. Dissoutes dans leur milieu, les molécules de TA s’adsorbent à l’interface et modifient la tension entre deux milieux non miscibles tels que l’eau et l’huile, ou l’eau et l’air. Si nous reprenons l’équation 14, et que nous considérons comme composé i un tensio- actif non ionique (TA), nous pouvons alors écrire (Éq. 15) :  Cette Figure montre l’évolution de la tension de surface mesurée entre l’air et l’eau, avec la concentration en TA hydrophile dans l’eau, et l’organisation des molécules dans le milieu. Nous observons la décroissance de la tension superficielle avec la concentration en TA dissous dans l’eau jusqu’à une valeur seuil. Dans ce premier régime, les molécules se répartissent entre le volume aqueux et la surface air/eau, (schématisé dans la partie basse de la Figure 66). Puis  atteint un plateau au-delà d’une concentration seuil. Les molécules s’agencent en agrégats sphériques appelés micelles, têtes à l’extérieur et queues hydrophobes à l’intérieur pour un TA hydrophile. L’équation 18 ne s’applique plus dans ce domaine. La concentration en TA pour laquelle les molécules commencent à s’arranger en micelles est la Concentration Micellaire Critique (CMC), définie à l’intersection des deux régimes (Figure 66).

Lors de l’étirement d’une surface, les molécules de TA ne sont pas réparties de façon homogène à l’interface. Il existe des gradients de concentrations en TA qui engendrent des gradients de tension interfaciale entre les zones faiblement et fortement concentrées. Pour corriger ces déséquilibres, une force de rappel induit la migration des molécules de TA des zones très concentrées vers les zones peu concentrées, entraînant avec elles la phase continue Figure 66. Ce drainage des molécules est connu comme l’effet Marangoni, ou Gibbs-Marangoni pour le cas particulier des systèmes de tensioactifs. Ce phénomène va jouer un rôle essentiel dans la stabilité de la zone de phase continue entre les gouttes d’émulsions. Le flux de phase continue entre les deux objets contribue à séparer leur surface ou à retarder leur rapprochement. Cet effet stabilise particulièrement les films lors de l’émulsification lorsqu’ils sont insuffisamment recouverts de molécules de TA et donc fragiles (Becher, 1983).