Mélanger de l’eau et de l’huile : aucun tensioactif nécessaire – Physics World

Mélanger de l’eau et de l’huile : aucun tensioactif nécessaire – Physics World

Horodatage: 24 avril 2024 7:00


Image au microscope électronique d'une collection de globules multicœurs
Le mélange : L’utilisation d’huile polymérisable permet de créer de nouveaux matériaux d’une extrême pureté sans utiliser de solvant ni de tensioactif. Cette image au microscope électronique d’une huile végétale de soja acrylée, par exemple, montre une collection de globules multicœurs. (Avec l'aimable autorisation de J. Bibette)

Il est bien connu que l’huile et l’eau ne se mélangent pas – du moins, non sans l’ajout d’un tensioactif tel que du savon pour les amener à former une combinaison stable. Cependant, des chercheurs en France et aux États-Unis ont bouleversé cette idée reçue en montrant qu'ils peuvent en fait se mélanger sans tensioactif. Cette découverte pourrait avoir de vastes implications pour les industries qui utilisent massivement de tels mélanges, notamment l’alimentation, les cosmétiques, la santé, les peintures et l’emballage, pour n’en citer que quelques-unes.

Un mélange de deux liquides non miscibles tels que l’eau et l’huile est appelé émulsion. Lorsqu'une émulsion est secouée vigoureusement, l'un des liquides qui le composent peut se disperser en petites gouttelettes dans l'autre. Mais si l’on laisse l’émulsion au repos, ses composants se séparent invariablement.

Le principal moteur de cette séparation est que, à mesure que les gouttelettes de chaque liquide se rapprochent les unes des autres, elles fusionnent en gouttelettes de plus en plus grosses. Pour éviter cela, on peut ajouter un troisième composant amphiphile, c'est-à-dire ayant une affinité pour l'interface entre les deux composants du mélange. Les émulsions industrielles d'aujourd'hui reposent sur l'utilisation de tels matériaux, appelés tensioactifs. Cependant, de nombreux tensioactifs sont toxiques tant pour l’homme que pour l’environnement. Réduire leur utilisation (voire les supprimer) serait donc très bénéfique.

Un phénomène contre-intuitif

Dans leurs derniers travaux, des chercheurs du Laboratoire Colloïdes et Matériaux Divisés au ESPCI à Paris, France; la société française Calyxie, spécialisée dans la conception et la fabrication de microcapsules biodégradables ; et Université de Harvard aux États-Unis, ils ont étudié des mélanges composés uniquement d'eau et de divers types d'huiles. Au sein de ces mélanges normalement non miscibles, ils ont observé des films d’huile ultrafins mais anormalement stables apparaissant spontanément entre les gouttelettes d’eau dispersées.

« Ce phénomène induit systématiquement une adhésion entre les gouttelettes tout en empêchant leur coalescence, permettant ainsi de disperser de grandes proportions d'eau (80 % en volume ou plus) dans l'huile », explique Jérôme Bibette, le physicien chimiste et directeur du laboratoire ESPCI qui a dirigé les recherches.

Stable sur plusieurs semaines

Le phénomène, détaillé dans Sciences, fonctionne mieux pour les huiles hautement polaires qui contiennent à la fois des composants hydrophiles et hydrophobes et ont un poids moléculaire élevé. Ces critères excluent les hydrocarbures aliphatiques comme le méthane et le polyéthylène par exemple, mais incluent les huiles contenant une alternance d’atomes d’oxygène et de carbone – une catégorie qui englobe toutes les huiles végétales.

Les chercheurs ont découvert que ces huiles peuvent changer de configuration dès qu'elles sont confinées entre deux gouttes d'eau en « choisissant » de situer préférentiellement leurs parties hydrophiles vers l'eau et les parties hydrophobes à l'écart. "Le film adhésif ultrafin induit par l'affinité des parties hydrophobes se développe spontanément dès que les deux interfaces se rapprochent", précise Bibette. "Le film acquiert alors une énorme viscosité tout en réduisant l'énergie libre de l'interface - ce qui se manifeste par l'adhésion des gouttes d'eau et d'huile."

Une telle gélification spontanée entre deux liquides non miscibles n’avait jamais été observée auparavant, ajoute-t-il.

Puisque la plupart des huiles végétales peuvent être polymérisées, leur combinaison avec de l’eau pourrait permettre aux chercheurs de fabriquer des matériaux polymères parfaitement biodégradables. Pour Bibette, l’une des applications les plus évidentes qui vient à l’esprit est celle des capsules biodégradables pour des industries telles que la cosmétique et la parfumerie.

La technique pourrait également permettre aux chercheurs de créer de nouveaux types de plastiques comprenant des polymères biodégradables et jusqu'à 90 % d'eau en volume, explique-t-il. Monde de la physique. "Les deux phases pourraient être rendues (et contrôlées pour être) homogènes dans l'ensemble du mélange, ce qui pourrait nous permettre de produire un matériau hydrophile et hydrophobe bi-continu unique, coexistant", dit-il. "Cela pourrait avoir des applications dans des domaines aussi divers que l'ingénierie tissulaire, les emballages biodégradables et les matériaux destinés à remplacer les plastiques en général."

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