Soutenance mémoire
De nos jours, les émulsions sont utilisées dans beaucoup de domaines notamment dans le domaine de l’industrie pharmaceutique, cosmétique, agroalimentaire, l’agrochimie, l’industrie pétrolière etc [1]. Dans l’industrie pharmaceutique, les applications sont nombreuses elles sont utilisées sous forme d’émulsions à usage parentérales, topiques, orales ou ophtalmiques. Du fait de cette large étendue d’utilisations, de nombreuses études sont en cours pour une meilleure maitrise de leur stabilité. Ces dernières sont des systèmes formés par la dispersion de fine gouttelettes d’un liquide dans un autre liquide les deux étant non miscibles. Elles contiennent ainsi une phase dispersée aqueuse ou huileuse, une phase continue dans laquelle est dispersée la phase interne et un tensioactif [2]. La problématique majeure lors de la mise en œuvre de l’émulsification est la stabilité : durée de vie (mécanisme et cinétique de destruction), leurs propriétés d’écoulement (rhéologie) [3]. C’est dans ce contexte que nous avons initié notre étude afin de contribuer à l’amélioration de la maitrise des mécanismes de formulation des émulsions pour un meilleur contrôle de leur stabilité. L’étude a ainsi porté sur la mesure du pH et de la conductivité des différents éléments qui interviennent dans la formulation. Comme variante trois huiles ont été utilisées à savoir de l’huile d’arachide de marque Niani®, de l’huile de tournesol Oléor® et de l’huile d’amande douce des laboratoires VALDAFRIQUE® . Les études ont été réalisées sur des mélanges de type eau /huile stabilisés par un tensioactif non ionique le Montane 481VG.
LES EMULSIONS
DEFINITION
Une émulsion est définie comme étant une dispersion d’un liquide dans un autre liquide, les deux liquides étant non miscibles. Le liquide sous forme de gouttelettes est qualifié de phase dispersée, phase discontinue ou phase interne ; l’autre liquide est appelé phase dispersante phase continue ou phase externe. Pour que l’émulsion soit durable (c’est-à-dire que l’état dispersé demeure lorsque l’agitation mécanique cesse), il est nécessaire d’utiliser un agent émulsionnant ou émulsifiant. Son rôle est de stabiliser le système dispersé en inhibant les phénomènes de dégradation. Les agents émulsionnants sont des tensioactifs, des polymères et des solides divisés, cependant les plus largement utilisés sont les tensioactifs [1].
COMPOSITION
Les phases hydrophile et lipophile
La phase lipophile appelée également la phase huileuse ou organique comporte des huiles, des cires et des graisses. La phase hydrophile ou aqueuse contient l’eau et divers composants hydrosolubles. Les solutés de la phase aqueuse sont de natures diverses : ions, minéraux, acides, bases, vitamines glucides, protéines, etc [1]. En fonction du type d’émulsion (alimentaire, cosmétique, pharmaceutiques…) des substances peuvent être ajoutées à l’une des phases pour conférer aux produits des propriétés tels que l’augmentation de la durée de conservation, modification du goût, de la texture, de l’aspect, maintient de humidité, etc.
Les émulsifiants
Les composés tensioactifs ou agents de surface ou encore surfactifs, appelés en anglais surfactants, ont la propriété de s’absorber aux interfaces, et donc de diminuer la tension interfaciale eau/huile afin de permettre la dispersion des deux liquides non miscibles [2]. Les tensioactifs sont des molécules amphiphiles , ils possèdent une partie polaire et une partie apolaire. La partie polaire hydrophile, lipophobe présente une affinité pour l’eau (soluble dans l’eau), la partie apolaire hydrophobe lipophile une affinité pour l’huile (soluble dans huile) .
LES DIFFERENTS TYPES D’EMULSIONS
Il existe plusieurs types d’émulsion qui peuvent varier selon la dispersion des phases aqueuses et huileuses . Les émulsions simples sont appelées émulsion eau dans l’huile(E/H) quand les gouttelettes d’eau sont dispersées dans la phase huileuse ou émulsion huile dans eau (H/E) pour l’inverse. Les émulsions multiples sont symbolisées (h /E/H) ou (e/E/H) ; h (respectivement e) indique la phase la plus interne et H (respectivement E) la plus externe. Les bi-émulsions sont des émulsions contenant deux différentes phases internes de gouttelettes soit, de même nature (mais de taille différente), soit de nature différente (quel que soit sa taille) [5].
CARACTERISTIQUES DES EMULSIONS
La concentration de l’émulsion, encore appelée concentration de la phase dispersée, est mesurée par la fraction volumique de la phase dispersée ou taux de rétention.
Concentration en phase dispersée
Le taux de rétention ɸ (ou la fraction volumique de la phase dispersée) caractérise la concentration en substances dissoutes dans la phase dispersée de l’émulsion. Il est défini à partir des volumes de la phase dispersée Vd et continue Vc par la relation suivante.
Rhéologie
La viscosité d’une émulsion est fonction du type d’émulsion, des propriétés des phases qui la composent, et du taux de rétention de la phase dispersée ɸ.La plupart des relations dérivent du modèle d’EINSTEIN, pour le cas des sphères rigides en milieu dilué; elle rend compte de l’influence de la concentration en phase dispersée µc sur la viscosité de la dispersion .
µ= µc (1 + 2,5 ɸ)
Le tensiomètre de TRACKER permet la mesure des caractéristiques rhéologiques des interfaces grâce à la variation de l’aire de l’interface, par dilatation ou par contraction du volume de la goutte ce qui engendre une variation de la concentration interfaciale des tensioactifs absorbés à l’interface. Il s’ensuit une variation de la tension interfaciale enregistrée par le tensiomètre .La relation entre la tension interfaciale et la déformation de l’interface permet d’accéder au comportement rhéologique de l’interface [3].
CONCEPTS DE FORMULATION DES EMULSIONS
Variable de composition et variable de formulation physicochimique
La formulation des émulsions se ramène au choix de deux types de variables : les variables de composition et les variables physico-chimiques. On appelle variable de composition les proportions relatives des constituants principaux du système : tensioactif, eau, huile. On appelle variable de formulation physico-chimique tous les paramètres physiques (température, pression) ou chimiques (nature des constituants principaux et des additifs) susceptibles d’influer sur le système. Elles ont un effet déterminant sur la taille des gouttes, le type d’émulsion et sa stabilité [11].
Emulsifiant
Pour qu’une émulsion soit persistante il est nécessaire d’utiliser un agent émulsionnant. Les émulsionnants les plus largement utilisés sont les tensioactifs. Le rôle du tensioactif est de diminuer la tension de surface entre les deux phases liquides, en formant un film autour des gouttelettes dispersées. Pour une émulsion E/H on utilise une tensioactif dont HLB <7 tandis qu’une émulsion H/E un HLB ≥ 8. On distingue quatre types de composés de tensioactifs :
❖ Les tensioactifs anioniques : leurs particules chargées négativement libèrent une charge négative (anion) en solution aqueuse. Ils ont une balance hydrophile lipophile relativement élevé (8 à 18). Ils orientent l’émulsion dans le sens H/E (si HLB>18).Parmi ces types on a les savons qui sont des sels d’acide gras.
❖ Les tensioactifs cationiques : leur partie hydrophile chargée positivement, libère une charge positive (cation) en solution aqueuse .Ce sont généralement des produits azotés.
❖ Tensioactifs zwittérioniques ou amphotères : leur partie hydrophile comporte une charge positive et une charge négative la charge globale est nulle. Suivant le pH du milieu où ils se trouvent, ils libèrent un ion négatif ou un ion positif.
❖ En milieu basique, ils se comportent comme tensioactif anionique ;
❖ En milieu acide, ils se comportent comme tensioactif cationique
❖ Les tensioactifs non ioniques : la molécule ne comporte aucune charge nette, il ne s’ionise pas dans l’eau [13].
Hydrophile lipophile Balance «HLB » de Griffin
L’efficacité d’un émulsifiant est avant tout lié à sa solubilité dans chacune des deux phases. La solubilité de tout agent tensioactif est caractérisé par sa balance hydrophile lipophile « HLB » [14]. Le concept HLB permet de formuler de manière particulièrement rationnelle, des émulsions, stables. La méthode HLB est basée sur une classification des tensioactifs par hydrophilie croissante. Elle correspond au rapport entre la proportion des groupements hydrophiles ayant une affinité pour l’eau et la longueur de la chaine lipophile ayant une affinité avec huile .
La règle de Bancroft
La règle de Bancroft relie la solubilité préférentielle du tensioactif vis-à-vis d’une des phases au sens de l’émulsion. L’efficacité d’un émulsifiant est avant tout lié à sa solubilité dans chacune des deux phases. La phase continue est celle dans laquelle le tensioactif est le plus soluble. Si la tension superficielle entre un liquide A et l’agent émulsionnant est plus faible que la tension de surface entre liquide B l’émulsionnant, le liquide B sera la phase dispersée. On utilise donc la règle de Bancroft pour quantifier cette affinité du tensioactif pour les phases de l’émulsion [17].
La température d’inversion de phase
Les solutions aqueuses de tensioactif non ionique qui possèdent des groupes hydrophiles polyéthoxylés sont sensibles à la température car ces groupes se désolvatent progressivement au cours du chauffage. Au-dessus d’une certaine température appelée point de trouble, le tensioactif n’est plus soluble dans l’eau et se sépare sous forme d’une phase distincte. En présence d’une phase huileuse, le tensioactif désolvaté migre vers cette phase. La température à laquelle intervient ce changement d’affinité est en général celle à laquelle l’émulsion s’inverse, raison pour laquelle elle a été appelée température d’inversion de phase (PIT) .
STABILITE ET CONTROLE DES EMULSIONS
Une émulsion est un système qui n’est pas stable thermodynamiquement. La stabilité des émulsions revêt plusieurs aspects : physiques, chimiques et microbiologiques. Pour être stable physiquement, l’émulsion ne doit pas montrer de démixtion, qui peut être provoquée soit par une coalescence, soit par un crémage ou une sédimentation. La stabilité chimique repose sur le fait qu’aucun composant de l’émulsion ne doit participer à une réaction chimique pouvant modifier de manière sensible la stabilité [19].
La floculation
La floculation résulte de l’agrégation des gouttelettes due aux interactions attractives. L’énergie d’interaction entre les particules est due à la somme des forces de répulsions électrostatiques et au potentiel d’attraction de type Van der Waals [6].Ce phénomène peut être réversible lorsque l’attraction est peu énergétique ou irréversible lorsqu’elle est très énergétique [2].
Sédimentation et de crémage
Les mécanismes de la sédimentation et de crémage résultent de la différence de densité entre phase dispersée et phase continue [20].On parle de crémage quand il s’agit d’une ascension de la phase dispersée et de sédimentation quand la phase dispersée chute .C’est un phénomène réversible : l’interface existe toujours, il suffit d’agiter pour revenir à l’émulsion [21-23]. Pour limiter ce phénomène on a plusieurs possibilités :
❖ Limiter la taille des gouttes de phase dispersée
❖ Ajouter un agent qui augmente la viscosité,
❖ Diminuer la différence de densité entre les deux phases
❖ Eviter l’agrégation des gouttes [2].
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I. LES EMULSIONS
I.1. DEFINITION
I.2. COMPOSITION
I.2.1. Les phases hydrophile et lipophile
I.2.2. Les émulsifiants
I.3. LES DIFFERENTS TYPES D’EMULSIONS
I.4. CARACTERISTIQUES DES EMULSIONS
I.4.1. Concentration en phase dispersée
I.4.2. Diamètre des gouttes
I.4.3. Aire interfaciale
I.4.4. Rhéologie
I.5. CONCEPTS DE FORMULATION DES EMULSIONS
I.5.1. Variable de composition et variable de formulation physico-chimique
I.5.2. Emulsifiant
I.5.3. Hydrophile lipophile Balance «HLB » de Griffin
I.5.4. La règle de Bancroft
I.5.5. La température d’inversion de phase
II. STABILITE ET CONTROLE DES EMULSIONS
II.1. La floculation
II.2. Sédimentation et de crémage
II.3. Coalescence
II.4. Mûrissement d’Oswald ou diffusion moléculaire
II.5. Les paramètres physico-chimiques qui interviennent dans la stabilité des émulsions
II.5.1. Le pH
II.5.2. La conductivité
II.5.3. La température
III. APPLICATIONS PHARMACEUTIQUES DES EMULSIONS
III.1. Les émulsions parentérales
III.2. Les émulsions topiques
III.3. Les émulsions orales
III.4. Les émulsions ophtalmiques
DEUXIEME PARTIE : TRAVAIL EXPERIMENTAL
I OBJECTIF
II CADRE DE L’ETUDE
III MATERIEL
IV MATIERES PREMIERES ET REACTIFS
IV.1. PHASE HUILEUSE
IV.1.1. Huile d’arachide
IV.1.2. Huile de tournesol
IV.1.3. Huile d’amande douce
IV.1.4. Agent tensioactif :Montane® 481VG
IV.2. LA PHASE AQUEUSE
V.METHODES DE FORMULATION ET CARACTERISATION DES EMULSIONS
V 1 Formulation de la phase huileuse et de la phase aqueuse
V.2.Formulation de l’émulsion E/H
VI.CARACTERISATION DES EMULSIONS
VI.1.La mesure du pH
VI.2. La mesure de la conductivité
VII RESULTATS
VII.1.Résultats de mesure du pH de la phase huileuse
VII.2.Résultats de mesure de la conductivité
VII.3. Résultats de mesure du pH des émulsions réalisées
VII.4.Résultats de mesure de la conductivité des émulsions réalisées
VIII DISCUSSION
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
