Facteurs régissant la stabilité des émulsions
En pratique, la stabilité d'une émulsion désigne la capacité des gouttelettes de la phase dispersée à résister à la coalescence. Parmi les paramètres permettant d'évaluer cette stabilité, la vitesse de coalescence des gouttelettes est primordiale ; elle peut être déterminée en mesurant l'évolution du nombre de gouttelettes par unité de volume au cours du temps. Lorsque les gouttelettes de l'émulsion fusionnent pour former des gouttelettes plus grosses, jusqu'à leur rupture, la vitesse de ce processus dépend principalement des facteurs suivants : les propriétés physiques du film interfacial, la répulsion électrostatique entre les gouttelettes, l'encombrement stérique dû aux films polymères, la viscosité de la phase continue, la taille et la distribution des gouttelettes, le rapport des volumes des phases, la température, etc.
De ces facteurs, la nature physique du film interfacial, les interactions électriques et l'encombrement stérique sont les plus critiques.
(1) Propriétés physiques du film interfacial
La collision entre les gouttelettes de la phase dispersée est la condition préalable à la coalescence. La coalescence se déroule sans interruption, les petites gouttelettes se réduisant à des gouttelettes plus grosses jusqu'à la rupture de l'émulsion. Au cours des collisions et de la fusion, la résistance mécanique du film interfacial des gouttelettes est le facteur déterminant de la stabilité de l'émulsion. Pour conférer au film interfacial une résistance mécanique suffisante, il doit être cohérent : ses molécules de tensioactif constitutives doivent être liées entre elles par de fortes forces latérales. Le film doit également posséder une bonne élasticité, afin de pouvoir se réparer spontanément en cas de dommages localisés dus aux collisions de gouttelettes.
(2) Interactions électriques
Dans les émulsions, la surface des gouttelettes peut se charger pour diverses raisons : ionisation des tensioactifs ioniques, adsorption d’ions spécifiques, frottement entre les gouttelettes et le milieu environnant, etc. Dans les émulsions huile-dans-eau (H/E), la charge des gouttelettes joue un rôle crucial pour prévenir leur agrégation, leur coalescence et leur rupture. Selon la théorie de la stabilité colloïdale, les forces de van der Waals attirent les gouttelettes les unes vers les autres ; cependant, lorsque leurs doubles couches superficielles se chevauchent, la répulsion électrostatique empêche leur rapprochement. Ainsi, si la répulsion l’emporte sur l’attraction, les gouttelettes sont moins susceptibles d’entrer en collision et de coalescer, et l’émulsion reste stable ; dans le cas contraire, la coalescence et la rupture se produisent.
En ce qui concerne les émulsions eau-dans-huile (E/H), les gouttelettes d'eau transportent peu de charge, et comme la phase continue a une faible constante diélectrique et une double couche épaisse, les effets électrostatiques n'exercent qu'une influence mineure sur la stabilité.
(3) Stabilisation stérique
Lorsque des polymères servent d'émulsifiants, la couche interfaciale s'épaissit considérablement, formant une barrière lyophile robuste autour de chaque gouttelette – une barrière spatiale qui empêche les gouttelettes de se rapprocher et d'entrer en contact. La nature lyophile des molécules de polymère emprisonne également une quantité considérable de liquide de la phase continue au sein de la couche protectrice, lui conférant un aspect gélifié. Par conséquent, la région interfaciale présente une viscosité interfaciale accrue et une viscoélasticité favorable, ce qui contribue à prévenir la fusion des gouttelettes et à préserver la stabilité. Même en cas de coalescence partielle, les émulsifiants polymères s'assemblent souvent à l'interface amincie sous forme fibreuse ou cristalline, épaississant le film interfacial et empêchant ainsi toute coalescence ultérieure.
(4) Uniformité de la distribution granulométrique des gouttelettes
Lorsqu'un volume donné de phase dispersée est fragmenté en gouttelettes de tailles variables, le système composé des plus grosses gouttelettes présente une surface interfaciale totale plus faible et donc une énergie interfaciale moindre, ce qui lui confère une plus grande stabilité thermodynamique. Dans une émulsion où coexistent des gouttelettes de grandes et petites tailles, les petites gouttelettes ont tendance à se contracter tandis que les grandes grossissent. Si ce processus se poursuit sans contrôle, la fragmentation finira par se produire. Par conséquent, une émulsion dont la distribution granulométrique est étroite et uniforme est plus stable qu'une émulsion dont la taille moyenne des gouttelettes est identique mais dont la distribution granulométrique est large.
(5) Influence de la température
Les variations de température peuvent modifier la tension interfaciale, les propriétés et la viscosité du film interfacial, la solubilité relative de l'émulsifiant dans les deux phases, la pression de vapeur des phases liquides et l'agitation thermique des gouttelettes dispersées. Tous ces changements peuvent affecter la stabilité de l'émulsion et même induire une inversion de phase ou une rupture.
Date de publication : 27 novembre 2025