L'EMULSION
 par Cayla Cléor
 
 
 
 
 
La définition du dictionnaire : - l'émulsion est un mélange fondamentalement hétérogène, souvent blanchâtre mais pas nécessairement, de deux liquides non miscibles, typiquement l'eau et l'huile, dont l'un forme des gouttelettes microscopiques en suspension dans l'autre grâce à l'action d'un "émulsifiant".


L'émulsion consiste en quoi ?

L'émulsion est une dispersion de gouttelettes d'huile (micelles) dans de l'eau. Mais nous remarquons que lorsque l'on essaie de mélanger de l'huile et de l'eau, spontanément les deux phases se séparent, l'eau plus dense en dessous, et l'huile, plus légère au dessus.
 
 
 
 
 
 
 
 
Démarche expérimentale pour montrer le rôle de l'émulsifiant dans la réalisation d'une émulsion:
 
Le but de l'expérience que j'ai réalisée est de démontrer qu'il est nécessaire d'ajouter un émulsifiant pour obtenir une émulsion d'huile dans l'eau.
 
 
 
 
 
 
 
J'ai versé de l'eau et de l'huile dans un bécher puis mélangé avec un agitateur.
Dès l'arrêt de l'agitation, les deux phases se séparent très rapidement.
[ de gauche à droite sur les photos ]
 
 
 
 
 
 
 
 
 Pour réaliser une émulsion il est donc nécessaire d'employer l'ajout d'un additif: L'émulsifiant.
 
 
 
 
 
 
J'ai donc rajouté du jaune d'oeuf, qui à des propriétés d'émulsifiant grâge à la lécithine.
Après agitation à l'équilibre, on distingue dans la partie centrale une émulsion huile/eau
avec en dessous une phase aqueuse et au dessus une phase huileuse.
L'émulsion est visiblement partielle car la quantité d'émulsifiant n'a pas été suffisante.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dans la suite de mes expériences, afin de permettre l'identification plus facile des deux phases (huileuse et aqueuse)
j'ai recherché des colorants spécifiques de chacune de ces phases:
 
 
 
    
 
 
  
-Dans un premier temps, j'ai coloré l'huile
avec le colorant rouge carmin de cochenille.
J'ai ensuite agité [2nd photo]
On remarque distinctement 2 phases [3ème photo]: la phase
supérieure correspond à l'huile et la phase
inférieure incolore correspond à l'eau.
 
 
 
 
 
 
    
 
-Dans un deuxième temps, j'ai rajouté du jaune d'oeuf. [2ème photo]
J'ai alors mélangé grâce à l'agitateur magnétique [3ème photo].
Nous avons obtenu une solution stable : Une émulsion. [4ème photo]
 
 


 
 
 
 
 
 
 
Lors de l'expérience où j'ai utilisé du colorant rouge de cochenille, je me suis rendu compte que celui-ci se diffusait partiellement dans l'eau et n'était donc pas totalement spécifique de l'huile.

 
 
 
 
 
 
 
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J'ai alors recherché un colorant uniquement miscible à l'huile. J'ai testé 9 colorantsici. Au final, je n'ai trouvé qu'un seul colorant lysochrome, c'est à dire soluble dans l'huile, le "Oil red O".
 

 

Test permettant de valider la qualité émulsifiante d'un produit:

 
 J'ai finalement conçu un test permettant de valider la qualité émulsifiante d'un produit:
  • J'ai coloré l'eau avec du bleu de méthylène. Ce colorant est spécifique de la phase aqueuse. Il faut doser la quantité de colorant ajouté à la solution aqueuse, sinon la coloration est trop intense et ne permet plus de distinguer correctement les deux phases.
  • J'ai coloré l'huile avec du Oil red O.
  • Pour réaliser ce test, il nous faut un tube témoin contenant un volume d'huile plus un volume d'eau sans additif. 
  • Pour chaque additif évalué, un tube similaire est utilisé contenant un volume d'huile plus un volume d'eau avec l'additif à tester.
  • Les tubes sont agités simultanément pendant 15 secondes puis observés jusqu'à la séparation des deux phases du tube témoin.
 

 
Ces photos ont été prises à intervalle de 5 secondes. On peut supposer que l'émulsifiant puisse être le facteur limitant
puisqu'à l'équilibre il reste de la phase aqueuse non-émulsionnée  ou bien il y a un excès d'eau. Dans l'expérience représentée
ci-dessus, l'émulsifiant est du produit vaisselle de couleur jaune ce qui peut expliquer la couleur de l'eau résiduelle : Jaune + Bleu = Vert
 
 
A l'aide de ce test, j'ai identifié ou validé plusieurs émulsifiants comme : le jaune d'oeuf, la lecithine, la caséine (une protéine issue du lait) et le produit vaisselle. Au contraire, une autre protéine appelée l'Albumine de sérum de bovin n'a pas de propriété émulsifiante dans nos conditions expérimentales.
 
La conception de cette expérience a été faite avec l'aide d'un chercheur de l'INRA.
 

 
 
        De quoi sont composées les molécules d'eau et d'huile?
  • Les molécules d'eau sont composées d'un atome d'oxygène lié avec deux atomes d'hydrogène. Les molécules d'eau se lient entre elles grâce aux liaisons hydrogènes, entre un atome d'oxygène d'une molécule d'eau et un atome d'hydrogène d'une molécule d'eau voisine. La molécule d'eau est dite polaire ca elle possède un pôle chargé négativement et l'autre positivement.

 


 

  • Les molécules d'huile, sont formées principalement d'atomes de carbone et d'hydrogène. Ce sont des molécules triglycérides, c'est à dire en forme de peigne à trois dents.

 

        
 
 
Mais alors pourquoi ces molécules ne peuvent pas ce mélanger ?

 

L'eau est une molécule polaire, c'est à dire qu'elle a un pôle chargé positivement et l'autre négativement. La molécule d'huile est apolaire. Elle ne présente pas de zones positive et négative en surface. Elle ne peut donc pas se stabiliser avec les molécules d'eau car elle ne peut pas créer de liaisons hydrogène avec celle-ci.
 
 

Que faire pour que les deux phases se mélangent ?

 
Il faut rajouter un « émulsifiant » Un émulsifiant est composé de molécules tensio-actives. Ce sont des molécules amphiphiles, c'est-à-dire qu'elles présentent deux parties de caractéristiques différentes, l'une lipophile (qui retient les matières grasses) et apolaire, l'autre hydrophile (miscible dans l'eau) et polaire. Ces molécules vont enrober des gouttelettes d'huile appelées micelles, en mettant à leur contact leur partie lipophile, et disperser ces gouttelettes enrobées dans l'eau, en se liant aux molécules d'eau par leur partie hydrophile.
 
 
 
 

 
 
 
  
On peut représenter ce résultat avec le schéma suivant:
 
 
 
 
 
 
Un exemple en cuisine:
 
Nous pouvons prendre l'exemple de la mayonnaise. Pour faire de la mayonnaise, il faut mélanger de l'huile, du jaune d'oeuf et de la moutarde. Le jaune d'oeuf apporte l'eau. Les molécules tensioactives (ici lécithine) sont apportées grâce au jaune d'oeuf ajouté et par la moutarde. Il peut donc y avoir une émulsion entre les molécules d'huile et d'eau. Outre la présence de ces trois éléments la réussite de la mayonnaise dépend également de paramètres physico-chimiques: La température (les produits doivent être à température ambiente), le pH ( un pH légèrement acide est favorable. Un jus de citron peut être ajouté), la taille des micelles (plus les micelles sont petites plus la mayonnaise est stable, une mayonnaise fortement battue sera plus stable qu'une mayonnaise légèrement battue). De manière interressante, ces paramètres physico-chimiques influencent le goût de la mayonnaise. Aujourd'hui malgré la survivence de croyance populaire, la période menstruelle des cuisinières n'a pas d'incidence sur la réussite d'une mayonnaise.
 
 
 
Où trouver des molécules tensioactives ?
 
Il existe aussi d'autres produits à effets tensio-actif : la phosphatidylcholine plus connue sous le nom de lécithine, le sulfate laurique de sodium qui sont des produits comestibles mais aussi les sulfonamides utilent dans le traitement de l'eau calcaire, les sels d’ammonium …
 
 
Une recette réalisée au lycée qui reprend ce principe :