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Mousses d’émulsions : Une nouvelle méthode pour la génération des matériaux poreux


Mousses d'émulsions : Une nouvelle méthode pour la génération des matériaux poreux

Les mousses d’émulsions sont des mélanges de gouttes d’huile et de bulles d’air (Figure 1) très présents dans la vie quotidienne. Elles sont particulièrement utilisées dans des domaines industriels comme l’agro-alimentaire, la cosmétique ou l’extraction pétrolière. Leurs propriétés physiques sont très mal comprises, d’un part à cause de leur complexité : la formulation la plus simple contient déjà quatre composants (de l’eau, de l’huile, du gaz et des molécules de savon). D’autre part, leur stabilité est très variable : si les mousses d’émulsion sont toujours destinées à disparaître, leur temps de vie peut aller de quelques secondes à plusieurs heures (ou même jours).

 

Figure 1 : Image en microscopie d’une collection des bulles d’air avec des gouttes d’émulsion entre les bulles (gauche) et une photo d’une mousse d’émulsion (droite).

 

La première question est de savoir si la mousse d’émulsion va être stable ou pas. Nous préparons d’abord une émulsion et incorporons des bulles à l’intérieur pour la faire mousser. L’étude de la formation et de la stabilité de ces mousses nous a permis de prédire cette stabilité [1]. C’est principalement une question de quantité d’interface à protéger. Les molécules de savon se mettent aux surfaces des gouttes d’émulsions avec une partie qui reste libre en solution. Pour que l’émulsion soit stable, cette concentration de molécules libres doit être assez élevée pour couvrir la surface de toutes les bulles qui vont être créées. Cette étude nous renseigne aussi sur l’énergie d’adhésion des molécules à l’interface eau-huile qui est assez élevée et empêche les molécules de passer de la surface des bulles à celle des gouttes facilement.

 

Nous pouvons ainsi former des mousses d’émulsion qui se déstabilisent très rapidement (secondes) ou qui sont stables pendant des heures par un contrôle fin de la formulation. Les mousses très stables ont été polymérisées pour créer des matériaux solides en collaboration avec des chercheurs à l’Université de Stuttgart. L’huile est remplacée par une autre, polymérisable (ici, du styrène), et polymérisée pour la création des matériaux poreux [2]. Une image du matériau solide, où l’empreinte des bulles est bien visible a été prise par un microscope électronique à balayage (MEB) (Figure 2).

 

Figure 2 Image MEB du matériau poreu final. L’échelle fait 250 µm et les cavités sont des bulles d’air autour desquelles l’émulsion a été polymérisée.

 

C’est la première fois que des mousses solides poreuses ont été générées en partant d’une mousse d’émulsion. La technique offre plusieurs avantages en comparaison avec d’autres méthodes de synthèse : elle limite utilisation de solvants et minimise le nombre des étapes de nettoyage donnant une méthode plus écologique. De plus, la présence d’eau dans le mélange nous permet d’utiliser toutes nos connaissances concernant le comportement des tensioactifs en solution aqueuse pour l’élaboration de nouveaux matériaux.
Le travail sur la compréhension des propriétés des mousses d’émulsions continue en vue du contrôle de leur vieillissement et de leurs propriétés mécaniques afin de créer des matériaux solides, poreux et controllés pour des applications spécifiques.

 

Références :

 

[1] A. Salonen, R. Lhermerout, E. Rio, D. Langevin, A. Saint-Jalmes, Dual gas and oil dispersions in water : production and stability of foamulsion. Soft Matter, 8, 699-706 (2012).

[2] F. Schüler, D. Schamel, A. Salonen, W. Drenckhan, M. D. Gilchrist, C. Stubenrauch, A novel route towards macroporous polystyrene : polymerization of foamed emulsions. Angew. Chemie, Int Ed 51, 2213-2217 (2012).

 

Contact :

 

Anniina Salonen (anniina.salonen@u-psud.fr)