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Des émulsions stabilisées, sans tensio-actifs

Les émulsions ont progressivement envahi notre quotidien : aliments, produits cosmétiques, lubrifiants, médicaments… Elles sont partout ! Ces mélanges "huile" dans "eau" ont une fâcheuse tendance à se déstabiliser au cours du temps, d’où le recours fréquent à des tensio-actifs pour les préserver. Ces derniers sont souvent montrés du doigt en raison de leur empreinte négative sur l’environnement. Une alternative écologique est proposée par les chercheurs de l’Inra de Nantes : utiliser des cristaux issus de ressources végétales, comme la cellulose, pour stabiliser les mélanges. Ces émulsions dites de Pickering, ouvrent des champs applicatifs inexplorés à ce jour.

émulsions de pickering vues au microscope électronique. © Inra
Mis à jour le 31/05/2013
Publié le 04/05/2011

La formulation d’émulsion permet de moduler la texture des produits de notre quotidien dans des domaines d’applications aussi variés que l’agroalimentaire, la cosmétique, la lubrification, la synthèse chimique ou bien encore le domaine médical. Une émulsion est constituée par la dispersion de deux liquides non miscibles, qui sur des échelles de temps variables, finissent irrémédiablement par se séparer… à moins de faire intervenir un troisième élément, un composant stabilisant ayant une affinité pour chacune des phases et venant se positionner à l’interface. Classiquement, ce rôle est assuré par des agents tensioactifs. Inconvénient majeur : il faut une grande quantité de surfactants pour maintenir la stabilité de l’interface du fait des dynamiques rapides de sorption/désorption à l’interface.

Les émulsions de Pickering; des émulsions atypiques

Dans le cas des émulsions de Pickering, la stabilité est assurée par la présence de particules solides fortement ancrées à l’interface. Les matériaux obtenus sont beaucoup plus stables que leurs homologues classiques, stabilisées par des molécules tensioactives, et possèdent une plus grande élasticité interfaciale. Ces propriétés macroscopiques peuvent se comprendre par la modification de la nature de l’interface. Dans le cas classique des émulsions stabilisées par des molécules tensioactives, les interfaces sont "liquides" tandis que pour les émulsions de Pickering, la présence des particules rend l’interface "solide" et très robuste. Ces systèmes connaissent actuellement un regain d’intérêt, notamment pour des raisons écologiques, afin de limiter le recours aux tensioactifs de synthèse.

Les nanocristaux de cellulose, des stabilisants efficaces

Les chercheurs de l’Unité "Biopolymères, Interactions Assemblages" de l’Inra de Nantes-Angers, ont mis en évidence la possibilité de fabriquer des émulsions de Pickering en utilisant comme élément stabilisant des nanocristaux de polysaccharides issus de ressources végétales, comme de la cellulose non modifiée (brevet déposé). Ces cristaux aux morphologies variées sont obtenus soit à partir d’hydrolyse ménagée de structures naturelles (coton, parois d’algues, cellulose bactérienne) soit à partir de chaînes de polysaccharides isolées puis recristallisées (valorisation de résidus de tissus par exemple). Les différentes méthodes de préparation des cristaux testées ont permis de démontrer que les caractéristiques de surface des cristaux étaient déterminantes dans la stabilité de l’émulsion et que celle-ci pouvait être modulée par la charge de surface des cristaux. Les études de stabilité menées ont démontré que les émulsions résistaient à de grandes déformations mécaniques et étaient stables sur des grandes gammes de température (-20°C à 80°C) et de temps (au moins un an).

Des applications à inventer

L’utilisation de cristaux de polysaccharides pour la stabilisation d’émulsions de Pickering peut remplacer des particules issues de la synthèse organique dans des applications existantes mais également ouvrir de nouveaux domaines d’application à ces émulsions en raison des propriétés fonctionnelles spécifiques aux biopolymères et de la propriété d’alimentarité ou de biocompatibilité des cristaux. Ce type d’émulsions appliquées à l’alimentaire pourrait par exemple, étant donnée la stabilité et la rigidité de l’interface et la nature biologique des cristaux, apporter de l’innovation en terme d’encapsulation de nutriments et/ou de séchage d’émulsions.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Isabelle Capron UR BIA (Biopolymères, Interactions Assemblages), INRA, rue de la Géraudière, 44316 NANTES
  • Bernard Cathala UR BIA (Biopolymères, Interactions Assemblages), INRA, rue de la Géraudière, 44316 NANTES
Département(s) associé(s) :
Caractérisation et élaboration des produits issus de l’agriculture
Centre(s) associé(s) :
Pays de la Loire

En savoir plus

Valorisation : Un brevet Inra a été déposé par cathala et al. N° FR 10 55 836 du 19 Juillet 2010.

Références : 1) Emulsions S.U. Pickering, J. Chem. Soc. 91 (1907) 2001
Légende de la Figure : Nanocristaux de cellulose obtenus par hydrolyse ménagée de linters de coton (1a) ou de cladophora (algue) (1b) ; Emulsion formée à partir de microcristaux de cellulose en microscopie optique (1c) ; imagée en microscopie confocale à balayage laser avec marquage de la phase hydrophobe au bodipy (1d) et double marquage bodipy et calcofluor spécifique de la cellulose (1e ) et microscopie électronique à balayage (1f).