Dans une première partie, l’accent sera mis sur les propriétés des solutions de tensioactifs, des émulsions ainsi que leur utilisation en formulation :
Tensioactifs, émulsification et détergence :
- Généralités sur les tensioactifs : abaissement de la tension superficielle, agents mouillants, solubilisation et stabilisation d’interfaces
- Les classes de tensioactifs (anioniques, cationiques, non ioniques, zwitterioniques)
- Les micelles de tensioactifs : concentration micellaire critique, thermodynamique de la formation des micelles, taille et forme, cristallisation et point de trouble
- Diagramme de phases et structure : mésophases, phases lamellaires, vésicules
- Solubilisation/ Emulsification : mécanismes, conditions d’équilibre thermodynamique, sens des émulsions, choix des émulsifiants (méthode du HLB), stabilité (coalescence, crémage…), procédés…
- Exemples d’application : formulation de produits cosmétiques (shampooings, crèmes de soin)
Une séance de 4 h de travaux pratiques permettra d’illustrer les notions de HLB et HLB requis pour la réalisation d’une émulsion optimale.
Dans une seconde partie, on s’intéressera aux aspects thermodynamiques :
- Description thermodynamique des milieux dispersés : le modèle d’interface de Gibbs
- Tension superficielle entre phases dans les milieux dispersés
- Conditions d'équilibre entre phases d'un corps pur dispersé. Extension au cas des mélanges
- Etude des phénomènes interfaciaux dans le cas des mélanges : conditions d'équilibre entre phases et équation d'adsorption de Gibbs.
Les objectifs méthodologiques sont de connaître les méthodes de la thermodynamique pour l'étude des équilibres entre phases des milieux dispersés pour les corps purs et les mélanges.
Du point de vue technique, un TP permettra l’application de la théorie de Gibbs et des conditions d'équilibre aux corps dispersés. Dans le cas des corps purs, compréhension des techniques de caractérisation des milieux poreux (porosimétrie mercure, méthode BJH, thermoporométrie). Dans le cas des mélanges, compréhension des techniques tensiométriques de caractérisation de l'action des agents tensio-actifs.
Enfin, dans une troisième partie, l’objectif sera de donner aux étudiants les bases indispensables de rhéologie/Viscoélasticité de systèmes complexes tels que les systèmes formulés. En effet, la rhéologie s’est considérablement développée ces quinze dernières années et est utilisée couramment non seulement comme outil de caractérisation mais également comme outil de développement en R&D dans de nombreux domaines d’applications industrielles à savoir : peintures, matières plastiques, bétons, agro-alimentaire, cosmétiques, boues, etc……
Les aspects théoriques des écoulements (Ecoulements de Poiseuille tube, cisaillement simple) et des géométries d’écoulement (capillaire, plan/plan, cone/plan, Couette) à l’origine de la conception des rhéomètres seront traités. Les lois d’écoulements les plus usuelles sont abordées et expliquées sur la base de la dynamique moléculaire de ces systèmes complexes. La viscoélasticité linéaire est présentée dont l’étude conduit à l’étude rhéologique sous mode dynamique de sollicitation. Enfin, on abordera la rhéologie des suspensions (latex, polymères chargés), polymère fondus, systèmes polymères réactifs (gélification et vitrification des thermodurcissables).
Pour appuyer ce programme ambitieux, les étudiants bénéficient de travaux pratiques et d’un manuscrit clairement rédigé et particulièrement illustré des différents cas les plus représentatifs des différents domaines d’application. Ce manuscrit leur sera l’outil indispensable pour comprendre la rhéologie de la plupart des cas concrets qu’ils seront amenés à rencontrer tant au niveau industriel qu’académique. Sur la base de polymères silicones de masses molaires différentes, l'objectif des travaux pratiques est d'étudier le comportement viscoélastique linéaire (module complexe de cisaillement) des polymères linéaires usuels à l'état fondu. Plus particulièrement, ce travail permettra de vérifier i) la variation loi d'échelle de la viscosité newtonienne en fonction de la masse molaire, ii) a dépendance de la viscosité en fonction de la température selon une loi d'Arrhenius et iii) la validité du principe d'équivalence Temps-Température.
