Soutenance mémoire
Les émulsions sont des formulations métastables, constituées d’un mélange macroscopiquement homogène et microscopiquement hétérogène de deux liquides non miscible. L’un des liquides étant dispersé dans l’autre sous forme de fines gouttelettes ayant des diamètres allant de 0,1 à quelques dizaines de micromètre, selon les conditions [1,2]. Les émulsions sont largement produites et utilisées dans l’industrie alimentaire, cosmétique, pharmaceutique et le bâtiment, etc. Toutefois dans tous ces domaines, la plupart des formulations traditionnelles sont remises en question pour faire face aux nouvelles exigences liées à la protection de l’environnement, à la sécurité des utilisateurs, à la facilité de mise en œuvre et aux contraintes de coût. On s’oriente donc vers l’élimination progressive des solvants organiques et des tensioactifs de synthèse, tous deux étant jugés nocifs pour l’environnement [3].
Pickering et Ramsden ont démontré au début du dernier siècle, la faisabilité d’émulsions sans tensioactifs, en présence de particules solides. Ces émulsions sont appelées «Emulsions de Pickering» [4]. Ce concept d’émulsions stabilisées par des particules solides connaît, de nos jours, un regain d’intérêt vu les nombreux avantages qu’il présente: bonne stabilité, protection de l’environnement, sécurité des utilisateurs, variétés de particules [5]etc.
Depuis peu, les possibilités d’application d’émulsions stabilisées par des particules sont considérées dans l’industrie pharmaceutique. Ce type de formulation peut être un système potentiel d’encapsulation des principes actifs, permettant la libération contrôlée et ciblée de l’actif depuis la phase interne [5]. Cependant, ce type d’émulsions n’est pas encore commercialisé. Il existe de nombreuses études sur la formulation et les propriétés physicochimiques des émulsions stabilisées par des particules solides, mais à ce jour des études avec incorporation d’un principe actif ont été très peu décrites dans la littérature.
C’est dans ce contexte que ce travail a été initié dans le but d’étudier les aspects physico-chimique de l’incorporation d’un principe actif (Acyclovir) liposoluble dans une émulsion de Pickering type huile dans eau stabilisée par des particules solides.
GENERALITES SUR LES EMULSIONS DE PICKERING
Concepts de formulation et de stabilisation des émulsions de Pickering
Définition
Les émulsions de Pickering sont des dispersions de deux liquides non miscibles ; thermodynamiquement instables ; stabilisées par des particules solides. Cet effet de stabilisation par des particules fines, connu depuis environ un siècle, fut d’abord mis en évidence par Ramsden puis décrit de manière plus complète par Pickering [1,2]. Ce dernier a établi que des particules peuvent, tout comme des tensioactifs, stabiliser des émulsions huile dans eau. De telles émulsions n’ont pas encore suscité de forts développements industriels, mais elles connaissent aujourd’hui un regain d’intérêt lié au contexte socioéconomique, d’autant que leur stabilité est souvent meilleure que celle des émulsions stabilisées par des tensioactifs classiques [3]. Il a été montré que les émulsions ainsi obtenues peuvent, comme celles stabilisées par des tensioactifs moléculaires, être de type direct (H/E), inverse (E/H) ou multiples (E/H/E ou H/E/H) [6,7]. La stabilisation des émulsions de Pickering est liée à l’adsorption des particules à l’interface entre les phases immiscible [8].
Formulation et caractérisation des émulsions de Pickering
Formulation :
Une goutte peut se fractionner en plusieurs gouttelettes de taille inferieure sous l’action de forces mécaniques : pression, gradient de vitesse, ou forces turbulentes. Mais globalement, le fractionnement résulte des effets compétitifs entre les propriétés rhéologiques et interfaciales des deux phases et des caractéristiques hydrodynamiques de l’écoulement via des forces mécaniques [9]. Avant la rupture d’une goutte, l’interface séparant la phase continue de la phase dispersée se déforme sous l’action des forces tangentielles et normales. La tension interfaciale σ permet à une goutte sphérique de diamètre d de supporter une contrainte de même intensité que la différence de pression de part et d’autre de l’interface, appelée pression de Laplace [10].
Il existe une variété de techniques permettant la formation d’émulsions. Les plus utilisées sont :
❖ Ultrasonication :
Le principe repose sur l’irradiation d’un milieu liquide par des ondes sonores inférieures à 20 kHz.
❖ Agitation mécanique :
Le principe repose sur le fractionnement d’une goutte en plusieurs gouttelettes de taille inferieure sous l’action d’une force mécanique .
Ces techniques ont des avantages non négligeables : facilité de mise en œuvre, possibilité de préparer rapidement d’importantes quantités d’émulsion. Cependant, les émulsions résultantes sont généralement constituées de gouttes très polydisperses, ce qui rend difficiles les études systématiques et la rationalisation de tels systèmes [11]. Elles permettent également de créer de grandes quantités d’interface, afin de disperser une des phases dans l’autre pour former une émulsion. Il est alors possible de disperser une phase apolaire dans une phase polaire, conduisant à une émulsion huile dans eau ou au contraire de disperser une phase polaire dans une phase apolaire conduisant à une émulsion eau dans huile [3]. Plusieurs types de particules peuvent être utilisés pour la stabilisation des émulsions de Pickering : oxyde de fer, hydroxydes métalliques, silice, argiles, carbone [4,10].Les particules stabilisantes ne sont pas obligatoirement solides. Une stabilisation efficace a été observée avec des particules de microgels [12], des cristaux liquides, mais aussi avec des particules naturelles telles que des bactéries et des spores .
Caractérisation
Détermination du sens de l’émulsion
La nature de la phase externe, et par conséquent le type d’émulsion, peut être détectés par différentes techniques :
❖ Par des expériences de dispersibilité d’un petit volume d’émulsion dans une phase aqueuse ou huileuse : Par exemple, si l’échantillon prélevé est dispersible dans l’eau (respectivement dans l’huile) l’émulsion est de type H/E (respectivement E/H) [15].
❖ Par des mesures de conductivité :
En effet, dans la majorité des cas, l’eau, contrairement à l’huile, contient un électrolyte. La conductivité de la phase aqueuse est donc 100 à 1000 fois plus élevée que celle de l’huile. La valeur de la conductivité d’une émulsion dépendant de sa phase externe, il est donc relativement facile de déterminer si l’émulsion est de type E/H ou de type H/E. La conductivité d’une émulsion (em) est directement liée à la conductivité de la phase externe (ext) et à sa fraction volumique (fw). Ainsi, en première approximation, on peut utiliser la relation linéaire suivante :
λem = fw. λext
La phase externe peut être aussi d’une importance capitale dans l’interprétation des phénomènes observés pour les émulsions, notamment pour détecter l’inversion de phase au cours d’un procédé d’émulsification .
❖ Par les tests aux colorants:
Le principe de ces techniques repose sur la détermination de l’hydrosolubilité ou de la liposolubilité de l’émulsion formée via des colorants comme le bleu de méthylène et le rouge soudan.
Granulométrie
Une des propriétés importantes des émulsions est la taille des gouttelettes, qui peut être déterminée par une méthode de mesure appelée « granulométrie ». La taille des gouttelettes est particulièrement représentative des conditions d’agitation et de formulation dans lesquelles l’émulsion a été élaborée. Dans la plupart des cas, une émulsion contient des gouttelettes de tailles différentes, notamment à cause du caractère partiellement ou totalement aléatoire des procédées d’agitation, donc une distribution de tailles des gouttelettes qui représente un inventaire statistique de la population présente dans l’émulsion. L’émulsion peut être caractérisée par une seule valeur de diamètre représentative d’une moyenne de l’ensemble de la population de gouttelettes .
Viscosité
Le comportement rhéologique d’une émulsion est souvent complexe en raison de l’influence de nombreux paramètres inhérents à la structure (tailles et organisations des gouttelettes) ou aux composés chimiques utilisés. De nombreux modèles existent dans la littérature qui relie la viscosité d’une émulsion à ses caractéristiques, mais ils sont pour la plupart de nature empirique et limitée à des cas bien précis. La viscosité d’une émulsion dépend de la viscosité de la phase externe qui s’exprime en général par la relation suivante : Où « em » et « ext » se réfèrent respectivement à l’émulsion et à la phase externe. f représente la contribution des effets des autres variables (tailles de gouttelettes etc.) et tend vers l’unité quand le volume des gouttelettes tend vers zéro.
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : GENERALITES SUR LES EMULSIONS DE PICKERING
I Concepts de formulation et de stabilisation des émulsions de Pickering
I.1 Définition
I.2 Formulation et caractérisations des émulsions de Pickering
I.2.1 Formulation
I.2.2 Caractérisation
I.2.2.1 Détermination du sens de l’émulsion
I.2.2.2 Granulométrie
I.2.2.3 Viscosité
I.2.2.4 Détermination du pH
I.3 Concept de stabilisation des émulsions de Pickering
I.3.1 Structure et mécanisme de stabilisation de l’interface
I.3.1.1 Structure de l’interface
I.3.1.2 Mécanismes de stabilisation
I.3.2 Mouillage des particules et positionnement à l’interface
I.3.3 Mesure de l’angle de contact
I.3.4 Aspect énergétique
I.3.5 Interaction entre particule à l’interface
II Type et stabilité des émulsions de Pickering
II.1 Les facteurs expérimentaux influençant le type d’émulsion
II.1.1 La mouillabilité des particules
II.1.2 Localisation initiale des particules
II.2 Les facteurs expérimentaux influençant la stabilité
II.2.1 Taille et forme des particules
II.2.2 Etat de dispersion des particules
II.2.3 Concentration des particules
II.3 Phénomène d’instabilité
II.3.1 Sédimentation et crémage
II.3.2 Floculation
II.3.3 Coalescence
II.3.4 Mûrissement d’Ostwald
II.4 Déstabilisations des émulsions de Pickering
III APPLICATIONS
III.1 L’industrie pharmaceutique et cosmétique
III.2 Préparation des matériaux
DEUXIEME PARTIE : TRAVAIL EXPERIMENTAL
Objectif général
Cadres d’études
I Matériel et méthodes
I.1 Matériel
I.1.1 Appareillages et verreries
I.1.2 Matières premières
I.1.2.1 Phase huileuse
I.1.2.2 Phase aqueuse
I.1.2.3 Particules
I.1.2.4 Principe actif utilisé
I.1.2.5 Autres composé utilisé
I.2 Méthodes de préparations des émulsions
I.2.1 Préparation de la phase aqueuse dispersante
I.2.2 Préparation de la phase huileuse dispersée
I.2.3 Emulsification
I.3 Détermination des propriétés physicochimiques des émulsions
I.3.1 Détermination du sens des émulsions
I.3.1.1 Mesure de la conductivité
I.3.1.1.1 Principe
I.3.1.1.2 Technique
I.3.1.2 Tests aux colorants
I.3.1.2.1 Principe
I.3.1.2.2 Technique
I.3.2 Détermination du pH des émulsions
I.3.2.1 Principe
I.3.2.2 Technique
I.3.3 Détermination de la taille des gouttelettes
I.3.3.1 Principe
I.3.3.2 Technique
I.3.4 Viscosité
I.3.5 Examen macroscopique
I.4 Extraction et dosage
I.4.1 Extraction
I.4.1.1 Déstabilisation
I.4.1.2 Extraction proprement dite
I.4.2 Dosage
I.4.2.1 Préparation solution mère d’acyclovir et étalonnage
I.4.2.2 Principe du Dosage
II Résultats
II.1 Stabilité des émulsions
II.1.1 Aspect macroscopique
II.1.2 Sens des émulsions
II.1.2.1 Test au colorant
II.1.2.2 Détermination de la conductivité des émulsions
II.1.3 Taille des gouttelettes
II.1.4 Viscosité des émulsions
II.1.5 pH des émulsions
II.2 Analyse quantitative
III Discussion
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUE
