PREPARATION DE LA PHASE HYDROPHILE

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MÉTHODE DU CAPILLAIRE HORIZONTAL

Contrairement aux autres méthodes qui utilisent des quantités relativement importantes de liquide (10 à 100 dm3), cette méthode n’en nécessite que quelques millimètres cubes ; elle est donc bien adaptée aux liquides biologiques. Une petite colonne de liquide est placée dans un capillaire. En appliquant une pression à une de ses extrémités, le liquide se déplace vers l’autre extrémité ouverte et la pression est ajustée de façon que le ménisque affleure cette extré-mité et change sa forme hémisphérique en une forme plane (figure 7). On peut vérifier que cette condition est réalisée à l’aide d’une source lumineuse focalisée. L’équilibre est atteint quand la pression appliquée compense les forces de tension superficielle du ménisque de liquide interne au capillaire. Comme aucune force n’agit sur le liquide à l’extrémité ouverte du capillaire, la tension superficielle est déterminée directement à partir de la pression appliquée pour maintenir l’équilibre et est donnée par : = /2 πr cos (16)
Avec (Pa) pression appliquée,
r (m) rayon du capillaire,
θ angle de contact si le liquide ne mouille pas complè-tement la surface du capillaire.
Un autre avantage de cette méthode est qu’elle ne nécessite pas de connaître la densité, en outre elle est facile à mettre en oeuvre. Elle est, par contre, peu précise. Les incertitudes sont liées aux mesures de très faibles pressions (102à 10 3 Pa) et à la présence d’hystérésis dans le déplacement du ménisque vers l’extrémité ouverte.

METHODE DE PRESSION MAXIMALE DANS UNE BULLE

Elle consiste à déterminer la pression maximale que l’on peut appliquer à une bulle de gaz inerte pour qu’elle se forme lentement (une bulle par seconde) à l’extrémité d’un capillaire de rayon r immergé à une profondeur h dans le liquide étudié. Si le diamètre du capillaire est assez petit, la bulle prend une forme hémisphérique dont le rayon va diminuer jusqu’à atteindre celui du tube capillaire (figure 8). La pression obtenue (pmax) est la somme de deux termes : l’un, ℎ , qui maintient la colonne de liquide (il correspond donc à la pression hydrostatique) et l’autre, , nécessaire à la création d’une nouvelle bulle : ρmax = ℎ+ Or ℎ= ℎ
Comme par ailleures = 2 /
il s’ensuit que ρmax = ℎ + 2
Donc = (ρmax − ℎ). (17)
r(m) rayon du capillaire,
g(m • s–2) accélération de la pesanteur,
(kg • m–3) masse volumique du liquide.
Si le liquide mouille le capillaire, la bulle se forme à partir de la paroi interne et r doit être pris comme le rayon interne du tube. S’il ne le mouille pas, le rayon externe doit être utilisé. Cela nécessite que les bulles sphériques de rayon r se détachent de l’extrémité du capillaire. Autrement dit, des corrections doivent être faites pour des bulles non sphériques. Ainsi, si les pressions de bulles maximales sont 1et 2 à des profondeurs d’immersion ℎ1 et ℎ2 respectivement, la masse volumique de l’échantillon liquide est donnée par : ρ = Pm1− 2g (h1−h 2 ) (18)
Maintenant, si l’on exprime en fonction de la hauteur de liquide correspondante, on obtient : ℎ = 2 (19).

METHODES DES GOUTTES

METHODE DE LA GOUTTE PENDANTE

La méthode de la goutte pendante est basée essentiellement sur l’étude des caractéristiques de la goutte notamment sa forme. La méthode est simple d’utilisation et nécessite peu de liquide, elle peut devenir très efficace si la photo prise est précise. Pour cela, il faut que la photo soit prise quand les effets de la tension superficielle et les effets de la gravitation sont en équilibre.
En prenant en photo le contour d’une goutte pendante, on pourra déterminer la tension superficielle. Il suffira après avoir fait les mesures sur un logiciel adapté d’appliquer la formule suivante pour trouver la tension superficielle du liquide. = . . .∆ . (21)
Dans cette relation, nous avons :
V : volume de la goutte sous le plan d’inflexion
Δρ : différence de masse volumique entre le liquide et la vapeur = 1000 kg/m³ (la masse volumique de l’eau liquide est égal à 1000 kg/m³ et l’air n’a pas de masse volumique alors la différence de masse volumique est égale à 1000 soit 1000 kg/m³ . Cette différence dépend aussi du milieu où l’on se situe.)
g : intensité de la pesanteur (9,8 m/s²)
r : rayon de la goutte au point d’inflexion
φ : angle entre l’horizontale et la tangente au point d’inflexion (figure 10).
A partir de cette formule, nous pouvons calculer la tension superficielle de la goutte en connaissant les autres paramètres
Cette méthode paraît simple mais peut donner des résultats erronés si la photo est mal réalisée ou si l’un des paramètres mesurés est faux. De plus, la mesure du plan d’inflexion n’est pas facile à réaliser (9).

METHODES DES GOUTTES TOMBANTES

C’est une méthode assez précise et sans doute une des plus commodes à utiliser pour mesurer les tensions superficielles aux interfaces liquide-air ou interfaciales aux interfaces liquide-liquide. La méthode des gouttes tombantes utilise l’idée de former des gouttes à l’extrémité d’un capillaire de rayon r et de les faire tomber dans un récipient, jusqu’à ce que suffisamment de gouttes aient été recueillies pour pouvoir être pesées avec précision (figure 11). Le poids d’une goutte est obtenu en pesant le liquide au fond du récipient et en divisant le poids total par le nombre de gouttes. Cependant, la situation n’est pas aussi simple et en général, les gouttes ne se brisent pas proprement. Ainsi, bien que la goutte puisse initialement avoir atteint l’équilibre peu de temps avant qu’elle ne se détache, cet état d’équilibre ne se manifeste plus pendant les dernières étapes de la détermination où des mouvements turbulents et dynamiques interviennent au cours de la rupture. La méthode des gouttes tombantes peut, bien sûr, être utilisée pour la détermination des tensions interfaciales liquide-liquide. Dans ce cas, des gouttes d’un des liquides sont formées au sein de l’autre, où W’ et m sont alors le poids et la masse de la goutte moins ceux du liquide déplacé. Elle n’est pas recommandée pour les solutions, car c’est une méthode dynamique peu appropriée pour les systèmes où les équilibres interfaciaux s’établissent lentement.

METHODE DE LA GOUTTE EN ROTATION

Sous l’influence de l’industrie d’extraction pétrolière, on s’est intéressé, au cours de ces dernières années, à la mesure de tensions superficielles très faibles dont les valeurs sont inférieures à 10-5 N.m–1 que l’on rencontre dans les procédés modernes de récupération du pétrole [14]. Une goutte d’environ 0,2 cm3 placée dans un liquide de masse volumique plus élevée est introduite dans un long tube capillaire que l’on met en rotation rapide. La goutte s’allonge jusqu’à atteindre une longueur correspondant à un équilibre entre les forces centrifuges et interfaciales. À très grande vitesse, la goutte de la région centrale est cylindrique et : = 2∆ 3/4 (22)
(40) avec rc rayon de la partie cylindrique de la goutte, ω vitesse de rotation (radian par seconde),
Δρ = − (23)

TECHNIQUE DE MESURE DE LA TENSION INTERFACIALE : LE TENSIOMETRE A GOUTTE AUTOMATISE OU TRACKER

Le tensiomètre à goutte automatisé ou tracker utilise le même principe que la méthode de la goutte pendante. La variante pour le tracker est que la goutte est formée dans un milieu liquide ou sur une surface. On peut ainsi mesurer la tension à l’interface liquide/liquide ou liquide/solide. Le schéma du dispositif est montré sur la figure 12.
Ainsi pour sa mise en marche, une goutte (de liquide ou de gaz) est formée automatiquement à l’extrémité de l’aiguille d’une seringue dans une cuvette contenant un autre liquide. La goutte est éclairée par une source lumineuse uniforme, de type sphère intégrante, l’image de son profil est projetée par un objectif télécentrique sur une caméra CCD (charge coupled device) (512×512 pixels) et est numérisée et ensuite traitée par logiciel pour déterminer plusieurs fois par seconde la tension interfaciale, la surface et le volume de la goutte. Une pression de 0 à 12 bars peut être appliquée, la température pouvant être réglée de la température ambiante à 200 °C.
A partir de la goutte ainsi formée la tension interfaciale entre deux milieux, liquide-liquide ou liquide-gaz, est calculée. Le calcul se fait à partir de l’étude du contour de la goutte présentant une symétrie de révolution. La forme de la goutte est déterminée par la combinaison de la tension interfaciale et des effets de la gravitation. Les effets de la tension interfaciale forcent la goutte à prendre une forme sphérique tandis que les effets de la gravitation ont tendance à l’allonger pour lui donner une forme en poire dans le cas d’une goutte pendante, et à l’aplatir dans le cas d’une goutte posée. Lorsque l’importance de ces effets sont du même ordre on peut déterminer la forme du contour apparent et aussi les angles de contact entre la goutte et son support.
Le traitement s’appuie sur deux équations fondamentales:
l’équation de Laplace -Young qui traduit que la différence de pression causée par la courbure de la surface est proportionnelle à la courbure moyenne, le coefficient de proportionnalité étant justement la tension interfaciale: ∆P=γ( 1 − 1 ) (16)R
Cette équation résulte d’un équilibre thermodynamique.
la deuxième équation résulte de l’écriture d’un équilibre des forces au travers de tout plan horizontal: 2. π. x. γ. sinθ = V(ρh − ρl). g + π. x2. P (17) Dans les relations 16 et 17 :
P est la pression due à la courbure, la tension interfaciale,
R et R’ les rayons de courbures principaux de la surface,
x l’abscisse du point de la méridienne d’ordonnée z,
l’angle entre la normale et l’axe de révolution, V le volume du fluide sous le plan,
h et l les masses volumiques respectives des deux fluides, g l’accélération de la pesanteur.

La phase huileuse

Huile de tournesol

L’huile de tournesol raffinée est une huile obtenue à partir des graines de la plante, encore appelée Helianthus annuus, par pression mécanique ou par extraction, suivie d’un raffinage. Un antioxydant approprié peut être ajouté. Le tournesol est une astéracée originaire d’Amérique du nord (11). Les graines contiennent 20 à 30% d’huile. Sa composition en acide gras est la suivante (12) :
Acide linoléique (C18 : 2 ω-6 polyinsaturé) : 48-74%
Acide oléique(C18 :1 ω-9 mono insaturé) : 14-40%
Acide stéarique (C18 :0 saturé) : 1-7%
Acide palmitique (C16 :0 saturé): 4-9%
Le trilinoléate (LLL) et l’oléodilinoléate (OLL) représente environ 1/3 des triacyl glycérols
L’huile de tournesol de marque Oléor que nous avons utilisée présente un indice d’iode de 125-144, un indice d’acide de 0,05 et de saponification 188-194. Son point de fusion est de -15°C et son point de fumée est de l’ordre de 232ºC (13).

Huile d’amande douce

L’huile d’amande raffinée est obtenue par pression à froid suivie d’un raffinage à partir des graines mûres de Prunus dulcis ou amandier. L’amandier est une rosacée à fleurs blanches ou rosées, originaire d’Asie. Il est très largement cultivé dans la région méditerranéenne.
L’huile d’amande douce que nous avons utilisée provient des laboratoires Valda. Elle est principalement utilisée en formulation cosmétique et dermatologique. L’industrie cosmétique utilise également une fraction contenant essentiellement des protéines de faible masse moléculaire associées à des glucides. Cet « actif » diminuerait l’irritation cutanée et la sensation de chaleur (formulation de lotion ou crème solaire, de solution après rasage, de démaquillant). Riche en vitamine A et E, cette huile possède des propriétés adoucissantes, nourrissantes, apaisantes et tonifiant; idéale pour les cheveux secs, elle les nourrit, les renforces et les adouci. La composition en acide gras de l’huile est la suivante (14).
Acide oléique (C18:1 w-9 mono insaturé): 62-86%
Acide linoléique (C18:2 w-6 polyinsaturé): 20-30%
Acide palmitique (C16:0 saturé): 4-9%
Acide linolénique (C18 :3 ω-3 polyinsaturé)< 0,4% Acide stéarique (C18:0 saturé): < 3%
Acide béhénique et arachidonique : < 0,2%
Acide margarique : < 0,2%
Acide érucique : < 0,1%
C’est une huile caractérisée par un indice d’iode de 132 et d’un indice d’acidité de 0,05.Elle a une densité de 0,92 à 20ºC, une viscosité comprise entre 55-61, un point de fusion à -16ºC et un point de fumée à 216ºC.

Les agents émulsionnants

Nous avons utilisé du crémophore EL qui est un mélange de triglycérides polyoxyéthylés, il est obtenu en faisant réagir l’huile de ricin avec de l’oxyde d’éthylène dans un rapport molaire de 1:35. Il agit comme un tensioactif non ionique et sert de véhicule de formulation (administration p.o. et i.v.) pour les agents pharmacologiques faiblement solubles dans l’eau. Sa balance hydrophile-lipophile (HLB) ~ 12-14.
Nous avons également utilisé comme agent émulsionnant le sorbitan monooléate ou Span® 80 pour lequel :
– L’indice d’acide (mg KOH / g) ≤8,
– L’indice de saponification (mg KOH / g) 145 ～ 160,
– L’indice d’hydroxyle (mgKOH / g) 193 ～ 210
Il est utilisé comme émulsifiant, solubilisant, stabilisant, assouplissant, agent antistatique, etc.

Méthodes

L’étude a été réalisée sur une des phases pouvant être utilisée comme phase dispersante pour obtenir des émulsions de type eau dans huile( E/H).

Préparation de la phase hydrophile

Nous avons utilisé trois phases hydrophiles préparées en quantité suffisante pour 20 ml avec :
– Pour le glucose 5% : 1g,
– Pour le glucose 10% : 2g,
– Pour le chlorure de sodium(NaCl 0,9 %) 0,18g.

Préparation des phases lipophiles

Pour les phases lipophiles, celles-ci sont constituées de deux huiles (Tournesol, amande douce). Ceci fait qu’ avec les agents tensioactifs nous avons préparé des solutions à des concentrations différentes. Les différentes proportions sont présentées dans les tableaux I et II .

CONCLUSION

Lors de la réalisation d’émulsions en Pharmacie, les tests préliminaires encore appelés essais de formulation, constituent une étape qui peut être longue et couteuse du fait de la quantité de réactifs pouvant être utilisées. De nombreuses études sont menées dans un but d’optimiser le rendements de formulation. De ce fait, les résultats des études ont montré que la maitrise de la tension interfaciale est d’un grand intérêt.
De plus en plus, les méthodes des gouttes sont utilisées pour les mesures de la tension à l’interface de deux milieux différents. Les techniques les plus courantes sont, la méthode de la goutte pendante et celle de la goutte oscillante. Cette dernière méthode, en plus de donner des informations sur la tension interfaciale, donne des renseignements sur les propriétés rhéologique de la goutte.
En ce qui concerne notre étude, nous nous sommes intéressés au comportement de la goutte de phase dispersée lors de sa formation dans la phase dispersante. L’étude de l’évolution de la taille des gouttes a été faite en fonction du type d’huile
Les huiles étudiées sont l’huile de tournesol et l’huile d’amande douce. Les agents tensioactifs utilisés sont le span 80 et le crémophore qui sont tous les deux des tensioactifs lipophiles. Avec ces derniers, nous avons préparé des solutions à des concentrations différentes.
Trois phases hydrophiles préparées en quantité suffisante pour 20 ml ont été utilisées, ces dernères sont constituées par du glucose 5% et à 10% et une solution de sérum salé contenant du NaCl à 0,9 %
L’observation de l’évolution de la taille des gouttes représenté sous forme de courbes et de tableaux nous a permis de voir que pour l’huile de tournesol, on a une tendance globale à la baisse de la taille de la goutte lorsque le span 80 est utilisé pour la solution glucosée à 5% et à 10%. Pour ce qui concerne les résultats obtenus avec le crémophore on note l’existance d’un minimum pour les solutions glucosées à 5 et 10% formées dans l’huile de tournesol. Par contre concernant le crémophore utilisé dans l’huile d’amande douce, on note l’existance d’un maximum dans la courbe de variation de la taille la goutte en fonction de la concentration en tensioactif.
Les résultats obtenus avec le sérum salé, aussi bien pour le cémophore que pour le span sont relativement homogènes avec une tendance globale à une augmentation surtout pour l’huile de tournesol.
Ainsi, au vu des résultats, on peut noter l’existance de plusieurs paramètres physiques qui interviennent dans l’évolution de la taille des gouttes formées dans différents milieux et un détail saillant que l’on peut noter ici est que la composition du milieux joue un grand rôle dans ce phénomène.

Table des matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE: GENERALITES
I. NOTIONS D’INTERFACE ET DE TENSION SUPERFICIELLE
I.1. DEFINITIONS
I.1.1. INTERFACE
I.1.2. TENSION SUPERFICIELLE
I.2. STRUCTURE D UNE INTERFACE
I.3. PROPRIETES DES INTERFACES
II. MÉTHODES PAR CAPILLARITÉ
II.1. MÉTHODE DE L’ASCENSION CAPILLAIRE
II.2. MÉTHODE DU CAPILLAIRE HORIZONTAL
III. METHODE DE PRESSION MAXIMALE DANS UNE BULLE
IV. METHODES DES GOUTTES
IV.1. METHODE DE LA GOUTTE PENDANTE
IV.2. METHODES DES GOUTTES TOMBANTES
IV.3. METHODE DE LA GOUTTE EN ROTATION
V. TECHNIQUE DE MESURE DE LA TENSION INTERFACIALE : LE TENSIOMETRE A GOUTTE AUTOMATISE OU TRACKER
DEUXIÈME PARTIE : TRAVAIL EXPERIMENTAL
I. OBJECTIF
II. CADRE D’ETUDE
III. MATERIEL ET METHODES
III.1. MATERIEL
III.1.1. APPAREILLAGE ET VERRERIE
III.1.2. MATIERES PREMIERES
III.1.2.1. LA PHASE AQUEUSE
III.1.2 2. LA PHASE HUILEUSE
III.1.2 2 1. HUILE DE TOURNESOL
III.1.2 2 2. HUILE D AMANDE DOUCE
III.1.3. LES AGENTS EMULSIONNANTS
III.2. METHODES
III.2.1. PREPARATION DE LA PHASE HYDROPHILE
III.2.2. PREPARATION DES PHASES LIPOPHILES
III.2.3. MESURE DE LA TAILLE DES GOUTTES:
IV. RESULTATS ET COMMENTAIRES
IV.1. EVOLUTION DE LA TAILLE DES GOUTTES :
IV.2. FORMATION DE GOUTTES DANS L’HUILE TOURNESOL
IV.2.1. AVEC LE SPAN 80
IV.2.1.1. EAU DISTILLEE
IV.2.1.2. PHASE AQUEUSE GLUCOSEE 5%
IV.2.1.3. PHASE AQUEUSE GLUCOSEE 10%
IV.2.1.4. SERUM SALE 0,9%
IV.2.2. AVEC LE CREMOPHORE
IV.2.2.1. PHASE AQUEUSE GLUCOSEE 5%
IV.2.2.2. PHASE AQUEUSE GLUCOSEE 10%
IV.2.2.3. SERUM SALE 0,9%
IV.3. FORMATION DE GOUTTES DANS L’HUILE D’AMANDE DOUCE
IV.3.1. AVEC LE SPAN 80
IV.3.1.1. PHASE AQUEUSE GLUCOSEE 5%
IV.3.1.2. PHASE AQUEUSE GLUCOSEE 10%
IV.3.1.3. SERUM SALE 0,9%
IV.3.2. AVEC LE CREMOPHORE
IV.3.2.1. PHASE AQUEUSE GLUCOSEE 5%
IV.3.2.2. PHASE AQUEUSE GLUCOSEE 10%
IV.3.2.3. SERUM SALE 0,9%
CONCLUSION
REFERENCES

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