Interfaces
Les tensioactifs s’adsorbent à l’interface et abaissent la tension superficielle. Cette propriété participe au mouillage, au décollement et à la mise en suspension des salissures.
Étude de cas · Formulation & physico-chimie
Étude de l’activité et des interactions au sein de mélanges complexes de tensioactifs et prédiction des propriétés physico-chimiques
Comprendre comment deux tensioactifs et un sel influencent les propriétés d’une formulation, puis construire des modèles capables de guider son optimisation.
- Cadre
- Stage de Master 2 · LIBio, ENSAIA et Salveco
- Période
- Février — juillet 2023
- Système
- SLES · APG C10 · NaCl
- Modélisation
- Plan de mélange de Scheffé quadratique contraint
01 · Le problème
Optimiser sans regarder chaque ingrédient isolément.
Le système étudié associait le SLES, tensioactif anionique, l’APG C10, tensioactif non ionique agrosourcé, et le chlorure de sodium. L’enjeu était d’identifier l’effet propre de chaque constituant, mais aussi les interactions susceptibles d’améliorer les performances du mélange.
La question de recherche était donc double : comprendre les phénomènes physico-chimiques responsables des activités observées et transformer ces relations en un modèle prédictif utilisable pour la formulation.
Le choix d’un tensioactif agrosourcé répondait aussi à une logique de substitution : rechercher des systèmes performants tout en réduisant la dépendance à des matières premières d’origine pétrolière.
02 · Le raisonnement scientifique
Observer le mélange à trois échelles complémentaires.
Le rapport préparatoire a posé le cadre théorique avant les essais : comportement aux interfaces, formation des micelles et interactions entre tensioactifs. Cette lecture permet de relier une mesure macroscopique à l’organisation du système.
Micellisation
Au-delà d’une concentration seuil — la CMC — les molécules s’auto-assemblent. La forme et la taille des micelles dépendent notamment de la structure des tensioactifs, du pH, de la température et des sels.
Interactions
Un mélange peut produire une synergie ou un antagonisme. L’objectif expérimental était de distinguer l’effet propre de chaque constituant de leurs effets combinés.
03 · Le dispositif expérimental
Un plan de mélange contraint autour de trois composants.
Une matrice de Scheffé quadratique a permis de faire varier les proportions dans l’eau, d’organiser les essais et de calculer les coefficients des modèles avec NemrodW.
SLES
Tensioactif anionique
APG C10
Tensioactif non ionique et agrosourcé
NaCl
Électrolyte et modificateur du système
04 · Les réponses mesurées
Relier la composition à des propriétés observables.
Chaque formulation a été caractérisée par plusieurs réponses complémentaires afin de couvrir la performance interfaciale, le comportement rhéologique et l’organisation des micelles.
Tension superficielle
Mesurée au tensiomètre Krüss K100 équipé d’une lame de platine pour quantifier l’abaissement de la tension de surface.
Viscosité
Mesurée avec un rhéomètre hybride Discovery pour relier la composition du mélange à son comportement d’écoulement.
Pouvoir moussant
Évalué en hauteur après agitation à l’Ultra-Turrax afin de comparer la contribution des trois constituants.
Structure micellaire
Caractérisée par DLS et SAXS, avec modélisation des données SAXS dans SasView 5.0.5.
Pouvoir nettoyant-dégraissant
Évalué sur des supports recouverts de graisse : séchage, frottement avec des éponges imprégnées de formulation, puis comparaison des niveaux de gris avant et après le test.
05 · Modélisation et validation
Des surfaces de réponse pour lire les effets du mélange.
Les coefficients des modèles ont été calculés avec NemrodW et les termes non significatifs ont été écartés. Des expériences complémentaires ont ensuite servi à vérifier leur capacité prédictive.
Les modèles obtenus ont été validés. Les effets étaient principalement simples ; une interaction notable a toutefois été observée sur la viscosité.
En présence de NaCl, le SLES provoquait une diminution moins importante que l’APG C10.
L’augmentation de la proportion de NaCl entraînait une diminution du pouvoir moussant.
Le NaCl produisait une augmentation de viscosité nettement supérieure à celle des tensioactifs.
06 · Comprendre la structure
DLS et SAXS pour passer des performances aux micelles.
La caractérisation structurale a permis d’interpréter ce qui se passait dans le mélange, au-delà des seules valeurs de surface, de mousse ou de viscosité.
DLS
Une organisation mixte dirigée par le SLES.
Les micelles d’APG C10 présentaient un diamètre d’environ 15 nm. Le signal du mélange APG C10–SLES était proche de celui du SLES, ce qui suggère l’intégration des monomères d’APG C10 dans les objets formés par le SLES.
APG C10
Micelles cœur–couronne ellipsoïdales, de l’ordre de 5 à 25 nm.
SLESMicelles cœur–couronne cylindriques, environ 5 nm de diamètre pour 25 nm de longueur.
07 · Résultat clé
CMC ↓
Le mélange forme des micelles plus tôt que les tensioactifs purs.
Une seule concentration micellaire critique a été observée pour le mélange. Elle était inférieure à celles des deux tensioactifs pris séparément : c’est l’indice d’une synergie.
La présence de NaCl accentuait cette synergie. Les ions chlorure écrantaient les charges du SLES, réduisaient les répulsions et favorisaient l’organisation du système — un comportement intéressant pour la détergence.
08 · Conclusion & perspectives
Un modèle robuste, une synergie démontrée et des pistes pour aller plus loin.
Les modèles ont été validés par des expériences complémentaires.
La structure des micelles mixtes était principalement dirigée par le SLES.
La baisse de CMC du mélange, renforcée par le sel, confirmait une synergie favorable à la détergence.
Les suites proposées étaient la mesure du pouvoir nettoyant dégraissant et le lien entre propriétés et structure chimique.
Le cadrage scientifique et la méthodologie sont synthétisés à partir du rapport de Jonathan Beugré. Les résultats expérimentaux présentés dans cette étude de cas proviennent de sa soutenance de stage, année universitaire 2022–2023.
Revenir à la sélection de projets →