Contribution à la Compréhension de l'Evolution des Propriétés Multiéchelles des Emulsions

The optimization of the stability of emulsions, which are thermodynamically unstable, is one of the major challenge of the cosmetic industry. For more than 20 years, many non-invasive methods and techniques have been developed to measure as objectively as possible the physicochemical properties of these emulsions. These methods aim at evaluating their stability (temporal evolution), their efficiency and their safety (non-toxicity), and become more and more sophisticated as the elaboration processes of these products become complex and innovative. The thesis seeks to define an innovative strategy to optimize the stability of emulsions by a multi-scale, multi-physics approach. It studies more particularly simple cosmetic emulsions, stabilized by an emulsifier. Classically, characterization techniques at macroscopic and microscopic scales are used. Nevertheless, these techniques alone do not allow to anticipate the demixing process. It is indeed necessary to use in complement new non-destructive techniques allowing to follow the structural evolution at the mesoscopic scale. The study carried out highlights new viscoelastic and dielectric quantities characteristic of their structure at this scale. They are based on a better theoretical and experimental consideration of multiple relaxation times, related to destabilization phenomena. From a 6 months study of more than a dozen emulsions of different composition and formulation, controlled and repeatable, the follow-up of their evolution tends to show the relevance of these techniques. They allow not only to trace the variations of interfacial properties, but also to have a simultaneous follow-up of structural modifications. Ultrasonic microrheology and radiofrequency impedancemetry by induction, for example, allow to trace the critical micellar concentration of surfactants and the phase inversion temperature of emulsions. With the aim of using these techniques in industry, the analysis of formulations in tanks was compared to stability tests in tubes. Thanks to the multi-scale and multimodal approach developed, trends in emulsion evolution can be deduced in a predictive manner.L’optimisation de la stabilité des émulsions, thermodynamiquement instables, est un des enjeux majeurs de l’industrie cosmétique. Depuis plus de 20 ans, de nombreuses méthodes et techniques non invasives ont été développées en vue de mesurer le plus objectivement possible, les propriétés physico-chimiques de ces émulsions. Ces méthodes visent à évaluer leur stabilité (évolution temporelle), leur efficacité et leur innocuité (non toxicité), et deviennent d’autant plus perfectionnées que les processus d’élaboration de ces produits deviennent complexes et innovants. La thèse cherche à définir une stratégie innovante d’optimisation de la stabilité des émulsions par une approche multi-échelle, multi-physique. Elle étudie plus particulièrement les émulsions cosmétiques simples, stabilisées par un émulsifiant. Classiquement, des techniques de caractérisation aux échelles macroscopiques et microscopiques sont utilisées. Néanmoins, à elles seules, ces techniques ne permettent pas d’anticiper le processus de démixtion. Il est en effet nécessaire d’utiliser en complément de nouvelles techniques non destructives permettant de suivre l’évolution structurelle à l’échelle mésoscopique. L’étude réalisée met en exergue de nouvelles grandeurs viscoélastiques et diélectriques caractéristiques de leur structure à cette échelle. Elles sont basées sur une meilleure prise en compte théorique et expérimentale des temps de relaxations multiples, liés aux phénomènes de déstabilisation. A partir d’une étude sur 6 mois de plus d’une douzaine d’émulsions de composition et de formulation différentes, maitrisées et répétables, le suivi de leur évolution tend à montrer la pertinence de ces techniques. Elles permettent non seulement de remonter aux variations des propriétés interfaciales, mais également d’avoir un suivi simultané des modifications structurales. La microrhéologie ultrasonore et l’impédancemétrie radiofréquence par induction, permettent, par exemple, de remonter à la concentration micellaire critique des tensioactifs et la température d’inversion de phase des émulsions. Dans un objectif d’utilisation de ces techniques dans l’industrie, l’analyse des formulations en cuve a été comparée aux essais de stabilité en tube. Grâce à l’approche multi-échelle et multimodale développée, on peut déduire de manière préventive les tendances de l’évolution des émulsions