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RÉSUMÉ
Une mousse est une dispersion de gaz dans une phase condensée, autrement dit, c’est un système familier, de comportement complexe et aux propriétés ambiguës. Par exemple, les mousses ont une très faible densité, mais peuvent être parfois parfaitement rigides, voire solides. Cet article s’attache à décrire les caractéristiques des mousses, les étapes majeurs de leur vie et les phénomènes qui les composent. Ensuite, des méthodes d’étude sont proposées afin de comprendre leur formation ou encore leur évolution. Pour terminer, leurs étonnantes propriétés sont passées en revue, de même que leur comportement rhéologique (caractérisation visqueuse ou élastique).
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jean-Louis SALAGER : Ingénieur de l'École nationale supérieure des industries chimiques (ENSIC) de Nancy - Professeur à l'université des Andes, Mérida, Venezuela
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Lionel CHOPLIN : Ingénieur de l'Institut national des sciences appliquées (INSA) de Toulouse - Professeur à l'École nationale supérieure des industries chimiques (ENSIC) de l'Institut national polytechnique de Lorraine (INPL), Nancy
INTRODUCTION
Les mousses sont des systèmes familiers, présents dans la vie quotidienne, mais de comportement remarquablement complexe, ce qui leur confère, suivant les cas, des propriétés ambiguës ou paradoxales : utile ou indésirable, éphémère ou persistante, structurée ou désordonnée, fluide ou rigide. Une mousse se définit de façon générale comme une dispersion de gaz dans une phase condensée qui est souvent une phase aqueuse, mais qui peut être une phase organique ou métallique, éventuellement solidifiée. Du fait de leur fort contenu en gaz, les mousses ont une très faible densité, ce qui ne les empêche pas d'être parfois remarquablement rigides (mousse chantilly, mousse à raser), voire complètement solides (mousses métalliques, polystyrène expansé), et, le cas échéant, compressibles et même élastiques. D'autre part, on trouve des mousses aqueuses très rigides, mais toutefois susceptibles de se déplacer facilement dans une conduite ou contre une paroi et de se comporter comme des fluides selon la contrainte appliquée.
Cet article décrit les caractéristiques des mousses aqueuses stabilisées par des surfactifs, les phénomènes physiques et physico-chimiques mis en jeu tout au long de leur vie, l'effet de la formulation et de la préparation sur leur persistance et leur comportement rhéologique, ainsi que les principales méthodes d'étude. Il complémente les textes classiques qui s'intéressent surtout aux propriétés physiques des mousses et de l'étude du point de vue mécanique et hydrodynamique des films minces qu'elles contiennent [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8].
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Rhéologie des mousses
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4. Effet de la formulation sur les propriétés des mousses
4.1 État de l'art. Efficacité et effectivité
On a vu dans les sections précédentes que les phénomènes stabilisateurs des mousses sont liés à la présence du surfactif. On pourrait donc penser que le travail du formulateur consisterait simplement à sélectionner le ou les bons ingrédients et qu'il n'y a pas de difficulté majeure, ni de raison d'être de recette confidentielle jalousement gardée. La réalité est tout autre, même cent ans après les travaux réalisés par Laplace, Plateau, Gibbs, Rayleigh, Van der Waals et de nombreux autres scientifiques moins connus, sur la capillarité et les films de savons.
En fait, l'état des connaissances actuelles indique qu'il est extrêmement difficile, voire impossible, de savoir exactement lequel des nombreux phénomènes possibles est responsable du fait qu'un système produise plus ou moins de mousse qu'un autre.
Il existe toutefois quelques règles générales qui peuvent guider le formulateur dans son choix concernant la nature et la concentration du ou des surfactifs et autres substances que l'on qualifiera d'additifs. On a vu que la présence de micelles tendait à réduire la moussabilité ; on peut donc dire que l'efficacité maximale d'un surfactif est directement liée à sa CMC, laquelle peut varier considérablement avec sa structure moléculaire et aussi avec les additifs présents dans la solution (électrolytes, alcools, etc.) [12].
En ce qui concerne la quantité maximale de mousse produite, qui n'est autre que la moussabilité à la CMC, elle est une mesure de l'effectivité du surfactif. Celle-ci est en général directement associée à la capacité du surfactif non seulement à réduire la tension, mais aussi à la réduire rapidement, étant donné que c'est la tension dynamique qui garantit l'élasticité nécessaire aux premiers instants de la vie d'une mousse. D'autre part, d'un point de vue pratique, il ne suffit pas de former une mousse abondante, il faut aussi qu'elle persiste un minimum de temps, et donc qu'elle possède une certaine stabilité. Cela est lié aux phénomènes mis en jeu lors du mûrissement de la mousse, qui dépendent essentiellement de la présence de surfactif adsorbé et en particulier d'une forte cohésion intermoléculaire...
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Effet de la formulation sur les propriétés des mousses
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BIKERMAN (J.J.) - Foams. - Springer Verlag, Berlin (1973).
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(2) - AKERS (R.J.) - Foams. - Academic Press London (1976).
-
(3) - IVANOV (I.B.) (éd.) - Thin Liquid Films. - Marcel Dekker, New York (1988).
-
(4) - WILSON (A.) (éd.) - Foams : Physics, Chemistry and Structure. - Springer Verlag, Berlin (1989).
-
(5) - PRUD'HOMME (R.K.), KHAN (S.A.) (éds.) - Foams. - Marcel Dekker, New York (1996).
-
(6) - PUGH (R.J.) - Foaming, foam films, antifoaming and defoaming. - Advances in Colloid & Interface Science, 64, 67-142 (1996).
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(7) - EXEROWA (D.), KRUGLYAKOV (P.M.) - Foams...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Standard Test Method for Foaming Properties of Surface – Active Agents - ASTM D 1173 - 1953
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