04/10/2014

Tout savoir sur les émulsions, les émulsifiants, la stabilité...

Bonjour !

Une nouvelle série Cosmessence Bio commence aujourd'hui, et elle devrait vous plaire...
Je vais vous présenter nos émulsifiants !
Avant de vous présenter les émulsions cosmétiques qui vont suivre, je souhaitais commencer par éclaircir cette notion d’émulsion, et d'émulsifiant, base théorique indispensable à la suite des événements...



Qu'est ce qu'une émulsion??
Une émulsion est un mélange homogène et stable 
de 2 phases normalement non miscibles.

En cosmétiques maison, les 2 phases qui nous intéressent le plus et qui répondent à cette définition sont : la phase aqueuse et la phase huileuse,  
phases que je vous ai déjà présentés sur mon blog (cf mon sommaire!)
Il en existe d’autres, mais ce sont celles-ci qui nous intéressent le plus.
Ces 2 phases ne sont pas miscibles: mélangez de l'eau avec de l'huile... L'huile va surnager... 
Mais il y a une astuce : 
Une émulsion s’obtient en effet spontanément, en mélangeant de façon très énergique les 2 phases non miscibles. Le problème c’est que l’émulsion ainsi obtenue n’est pas stable… Les phases vont rapidement se séparer…
C’est là qu’interviennent nos amis les émulsifiants !
Ces derniers, des molécules qui sont amphiphiles, ont une double affinité : une pour la phase huileuse (queue hydrophobe), et une pour la phase aqueuse (tète polaire).
ils permettent alors de stabiliser l’émulsion obtenue en les mariant l’une à l’autre, et vont donner une émulsion stable, c'est à dire une jolie crème bien blanche!

En émulsion maison, l’émulsifiant peut être :
- un tensio actif émulsifiant, également appelé surfactant, 
- Mais il peut aussi s'agir d'une gomme (on obtient ce qu’on appelle des oléogels), 
- ou encore d'une argile (ex : masque maison à l’argile !).



Chimie de l'émulsion 


D’un point de vue microscopique, une émulsion est une fragmentation stable de gouttelettes dans un second milieu.
Il peut s’agir de fragmentation de gouttelettes d’huiles dans de l’eau :
c'est ce qu'on appelle l'émulsion H/E (= Huile dans Eau). cf dessin bleu

On obtient alors des crèmes blanches, légères, hydratantes, évanescentes...

Il peut également s'agir d'une fragmentation de gouttelettes d’eau dans de l'huile : ce sont les émulsions E/H (= Eau dans Huile). cf dessin jaune
On obtient alors des crèmes plus riches, grasses, très protectrices...



Il existe également des émulsions dites "multiples" (H/E/H ou E/H/E), 
mais ces dernières ne nous concernent pas en cosmétique maison, 
nos moyens étant tout de même limités !…

On distingue ainsi, la phase continue et la phase dispersée.
Pour permettre une fine fragmentation et dispersion de gouttelettes de la phase dispersée dans la phase continue, le tensio actif seul ne peut rien faire... !
Il va falloir utiliser des forces, qui seront nécessaires pour :
1/ fragmenter la phase dispersée (force de cisaillement) 
et 2/ disperser les fines gouttelettes obtenues (force de mélange). 
Ainsi, la gouttelette se déforme, s’allonge, se rompt, se fragmente… 
Le tensioactif n'intervient que dans un second temps, pour "immobiliser" ces gouttelettes, et donner une émulsion homogène, stable, fine et pénétrante.

Selon la taille des gouttelettes obtenues
nous allons obtenir des émulsions diverses et variées, qui peuvent être classées comme ceci :
- Des macro émulsions : plutôt instables sous l’effet de la gravité, il s'agit par exemple de nos vinaigrettes maison, qui sont des émulsions "grossières": des MACRO émulsions.
- Des Mini émulsions : ici, les gouttelettes ont une taille proche du micro mètres : un peu plus stables, elles sont opaques et se séparent lentement. Ce sont nos émulsions maison!
- Des Nano émulsions : ici, les gouttelettes sont très petites, elles sont translucides et ne se séparent pas sous l’effet de la gravité : elles sont très stables, car plus les gouttelettes d'une émulsion sont petites, moins de risque elle a de se déstabiliser.
- et des Micro émulsion : cas particulier, avec un mode de fabrication et des tensio actifs particuliers.

Le tensioactif émulsifiant : comment ça marche?
Vous l'avez donc compris, le premier élément indispensable est notre ami le tensioactif émulsifiant. 
Sa structure bipolaire lui permet une double affinité: une pour la phase huileuse (queue hydrophobe), et une ayant une affinité pour l'eau (tête polaire).
On peut les schématiser de cette façon :





Il doit son nom "tensioactif" au fait qu'il intervient à la surface des molécules, pour modifier les interactions chimiques qui existent entre elles, et qu'on appelle les tensions inter faciales. Ainsi, 2 milieux non miscibles finissent par se marier de façon homogène, et donner ce qu'on appelle "une émulsion".

Vous suivez toujours?? ;-)
Ce sont également ces tensio actifs qui permettent la détergence, comme le savon.
Mais ceux qui nous intéressent le plus aujourd'hui sont les tensio actifs ayant des propriétés émulsifiantes.


Modalités pour choisir nos émulsifiants:

En cosmétique maison, la majorité des émulsifiants que nous avons à notre disposition via nos fournisseurs, sont des TA non ioniques. Ils sont d’origine végétale, sont facilement biodégradables, et ont la particularité de présenter peu d’interactions (et ainsi peu de contre indication d’utilisation).
Ils permettent donc la fabrication d’émulsions spontanées fines et stables, assez facilement : sans qu’il soit nécessaire d’avoir recours à des systèmes énergétiques trop importants.
Ils sont ainsi parfaitement adaptés à la cosmétique maison !



Bien souvent, on se contente de les choisir en fonction :
- de la particularité sensorielle qu’ils vont apporter à l’émulsion : 
émulsion fluide ou épaisse, évanescente ou riche, etc…
- et selon leurs propriétés secondaires sur la peau : 
émolliente, hydratante, protectrices…
Mais cela ne suffit pas....

Pour choisir intelligemment nos tensioactifs, nous devons aussi nous poser plusieurs questions que voilà :

1/ Quel est le sens d’émulsion que ce TA va donner : H/E ou E/H?
Il faut bien comprendre ici que c’est le TA qui impose le sens de l’émulsion : H/E ou E/H, et non pas la quantité d’eau ou huile de votre recette.
On peut très bien, par exemple, formuler des émulsions E/H avec des phases huileuses faibles, de l'ordre de 20%!... Même si ce ne sont pas les plus fréquemment fabriquées...


2/ Quelle est leur affinité prédominante?
Ils peuvent en effet être plus ou moins hydrophiles ou au contraire lipophiles, et ainsi plus ou moins adaptés à des émulsions plutôt riches ou légères en phase huileuse. 

Le MF par exemple est un tensio actif très hydrophile. Au contraire, le glycéryl stéarate est très lipophile...
Ceci peut être mesuré de façon expérimentale, il leur est ainsi attribué un HLB, qui peut nous guider dans nos formulations.


3/ Quelle est leur structure ionique (anionique ou amphotère) ou non ionique? 
Ceci permet d'anticiper les éventuelles interactions électrochimiques avec les éléments du milieu avec lequel ils seront en contact. 
Par exemple, on favorisera une eau déminéralisée, pour l'utilisation d'un émulsifiant anionique tel que le MF : en effet, les minéraux possèdent des charges ioniques positives, et les tensioactifs des charges négatives : ils réagiraient ensemble, ce qui empêcherait le TA de faire son travail et pourrait être à l'origine de déstabilisations...

4/ Quelle est leur origine? Leur impact écologique?
Les émulsifiants peuvent être d'origine naturelle ou pétrochimique, être issus de modes de fabrication plus ou moins polluants, et avoir une plus ou moins bonne biodégradabilité... Pourquoi faire ses cosmétiques maison si on ne donne pas la priorité aux plus clean d'entre eux?? C'est ainsi que je n'utilise pas de polysorbates (et pas la cire N1 de AZ non plus du coup), ces derniers étant des tensioactifs ethoxylés (procédé de fabrication lourd et peu écologique).


Modalités pour réussir nos émulsions :


Après avoir choisi intelligemment notre tensioactif, il va falloir procéder à 
la formulation de notre émulsion, mais surtout à une formulation intelligente! 
Et pour cela, il est bon d'avoir un certains nombres de réflexes... 

Il s'agit de :

1/ Prendre en compte le HLB de nos tensio actifs, et celui de nos huiles, qui s'appelle le HLB requis. Ils doivent être le plus proche possible l’un de l’autre. 
Sans rentrer dans les détails de calcul, cette démarche restant tout à fait optionnelle, le meilleur moyen de respecter un HLB correct pour une émulsion H/E, est d’associer :
     - un émulsifiant (ester de sucre, MF, emulsan...)
     - avec un co émulsifiant lipophile (ex : sodium stéarate, sorbitan stéarate), 

     - sans oublier les agents viscosifiants de la phase aqueuse (ex: gomme xanthane),
ni les agents épaississants de la phase huileuse (ex : alcool cétéarylique).


Mais nos fournisseurs sont intelligents, ils vous proposent de faire ce travail pour vous, 
et d'utiliser ce qu'ils appellent les "cires auto-émulsifiantes"
il s'agit de complexes prédéfinis, associant émulsifiants et co-émulsifiants, de telle manière que vous obteniez des recettes équilibrées, sans vous casser la tête !!
Ce sera le cas par exemple de la cire N3, de la cire N2, de la cire olive douceur, de l'olivem 1000... Ces derniers sont donc à favoriser, si vous débutez! ;-)

2/ Adapter les quantités d’émulsifiants à la quantité de phase huileuse 
Pour cela, des tests expérimentaux sont faits en amont par nos fournisseurs, et des fiches techniques  d’émulsifiants proposées.
En effet, certains émulsifiants peuvent supporter une forte phase dispersée, d’autres moins. C'est donc une donnée à sérieusement prendre en compte...




Recette de base pour formuler nos émulsions H/E :


phase aqueuse :
Eau pure +/- hydrolat
glycérine +/- autres humectants 
gomme xanthane ou autre
actifs hydrosolubles
phase huileuse :
huiles et beurres +/- agents de texture de la phase huileuse (ex: acide stéarique, cire...)
complexe émulsifiant :
= émulsifiant + co émulsifiants lipohile et hydrophile
ou cire auto-émulsifiante
actifs liposolubles
additifs (moins de 10% au total) :
conservateurs
correcteurs de pH
colorants, arômes
actifs qui craignent la chaleur

Maintenant que vous avez sérieusement formulé votre recette, avec tous les chiffres qu'il faut en face de chacun de vos ingrédients (utilisez des %!) :



vous êtes prêts, 

vous allez pouvoir passer à la pratique... 

Là aussi, pour fabriquer une émulsion de qualité, il faut respecter des règles de fabrication strictes :
1/ Toujours atteindre ce qu’on appelle le « point de trouble » de nos TA (entre 70 et 75°), température qui doit être atteinte avant d’arrêter la chauffe, et ce pour les 2 phases, qu’il s’agisse d’une fabrication en one pot ou non...
2/ Mélanger les 2 phases très vigoureusement en agitant au moins 3 minutes, avec le plus d’énergie possible, énergie de préférence associée à un cisaillement, d'ou l’intérêt d’utiliser un mixeur à pieds ayant de plus de 600 watts et une vitesse de rotation (tours / minute) importante.
A défaut, c’est pour cela que les émulsionneurs type Naturalis sont intéressants...
Continuer de mélanger régulièrement les phases jusqu’à refroidissement.
3/ Limiter au maximum les ajouts à froid, l’émulsion ayant déjà été prise à ce stade : plus les ajouts sont importants, plus l’émulsion prise risque de casser. 
Eviter de façon raisonnable d’ajouter plus de 10% de la recette en dernière phase de fabrication (c’est aussi pour cela que je chauffe toujours mes hydrolats), et bien mélanger/émulsionner au fur et à mesure des ajouts! ;-)


Sans respecter ses règles, 
on peut être confrontés à différents problèmes 
de déstabilisation d’émulsions, 
qu'elle soit visible à l’œil nu ou non!



Les déstabilisations d'émulsions :


C'est lorsque l'émulsion retombe, comme une vinaigrette...
Certaines sont réversibles, d’autres non... 
Les déstabilisations qui nous intéressent le plus sont celles qui sont facilement réversibles : il s'agit des déstabilisation par crémage et par sédimentation :  
pour celles ci, l'homogénéité peut être facilement rétablie par simple agitation : en associant à nouveau, beaucoup d’énergie !
Mais dans tous les cas, il faut se poser la question de l’élément qui n’a pas été respecté, soit lors de la formulation, soit lors de la fabrication, pour ne pas être à nouveau confronté à ce problème… 

On distingue différents types de déstabilisation, les voilà :

Cliquer sur l'image pour l'agrandir



En conclusion !!


Nos fournisseurs d’émulsifiants sont nombreux, les émulsifiants aussi…
C’est pourquoi je vous propose désormais de vous les présenter…
En commençant par la cire émulsifiante AZ : « cire olive douceur », recettes à l’appui ! ;-)

En espérant que mon article vous ait plu et vous ait semblé claire,
Je vous dis à très vite sur Cosmessence Bio !! ;-)





11 commentaires:

Anonyme a dit…

bravo pour vos articles, toujours très juste
une formulatrice cosmétique maintenant à la retraite

Lili Kaseb a dit…

Super article.tout devient plus clair!! Merci :)

Peau d'ange a dit…

Super intéressant. MERCI!

Anonyme a dit…

perso je n'ai pas compris comment on sait si c'est une émulsion E/H ou H/E
bou boussa

Steph a dit…

je ferai un article pour expliquer la différence Bou Boussa! ;-)

Anonyme a dit…

Bonjour,
Du coup, vous mettez vos actifs hydrosolubles en phase aqueuse donc vous les chauffer ?
Certains ne supportent pas la chauffe et y'en a pas mal même... Je mets les protéines pour ma part en phase aqueuse car je sais qu'elles supportent la chauffe mais les autres (algo zinc, panthénol, bacti pur, complexe hydratation intense etc), e les ajoute en dessous de 20° , température à laquelle je mesure et corrige mon pH si besoin. Jamais eu de soucis.. J'utilise souvent l'olive douceur qui est mon émul' préféré mais je le combine tout le temps avec de l'alcool cetylique ainsi qu'avec un troisième émul' comme dernièrement avec du tegomul (zinette). Le résultat est superbe en terme de texture.
En tout cas, chouette article qui aidera beaucoup de débutantes.

Steph a dit…

Bonuour, merci de votre message!
Non j'ajoute bien les actifs thermosensibles ou volatiles à froid, en fin de préparation, en dessous des 40° ! ;-)
A très bientot !

r0se a dit…

Bonjour,

Moi qui pensais avoir tout lu sur les émulsifiants et les émulsions, j'en ai encore appris grâce à votre article. Tout votre blog, d'une manière générale, est très instructif, et certains articles (comme celui-ci) sont vraiment très bien détaillés ! Je vous remercie donc beaucoup, car vous arrivez à rendre des choses qui paraissent complexes pour des non-scientifiques, très faciles à comprendre, sans pour autant lésiner sur les détails.

Pour en revenir au thème de l'article, je me demandais si vous aviez déjà créés vos propres émulsifiants "home made" et si oui, y aurait-il / y aura-t-il un article sur ça ? Car je sais que l'on peut créer facilement ses propres émulsifiants, tout comme l'on peut créer ses propres conservateurs par exemple. Vu votre talent pour l'enseignement et la qualité de vos articles, je me suis dis que vous pourriez rendre accessible la création des émulsifiants maison à travers un article. Je sais qu'aujourd'hui nous avons énormément (peut-être trop ?) de choix mais j'ai lu que cela revenait moins cher de les créer soi-même et que ceux du commerce (peut être pas tous) étaient vendus trop chers.

Aussi, vous parlez de l'émulsion "à chaud" mais qu'en est-il de l'émulsion "à froid" ? Est-elle toute aussi stable que peut l'être une émulsion à chaud, permet-elle une palette de textures (crème plus ou moins fluide, épaisse, texture mousse, etc...) aussi large que les émulsifiants à chaud ?

Autre question (décidément), vous utilisez vos hydrolats à chaud mais sont-ils vraiment utiles dans ce cas, puisqu'ils perdent de leur qualité en chauffant (enfin, c'est ce que je lis partout) ? Même question pour les autres ingrédients, lesquels peut-on chauffer, comment sait-on s'ils vont perdre de leur qualité en chauffant... ?

Steph Cosmessence Bio a dit…

Bonjour Rose, merci pour ce message !
Au sujet des émulsifiants maison, je me suis longuement penchée dessus à une époque mais je n'ai jamais testé... A l'occasion je me pencherai peut etre plus serieusement dessus, tests à l'appui... Pour l'instant ma disponibilité le compromet... ;-)

Concernant les émulsions à froid, à mon avis c'est un non sens: tout émulsifiant a besoin d'être chauffé pour fonctionner, et n'a du coup pas besoin d'être utilisé à 20% de la formule... Bref, l'ester de sucre à 20% en émulsion à froid est peu déontologique... Je préfère l'ester de sucre à chaud, à 5%, pour de belles émulsions fines, qu'on n'aura pas à froid (sans parler de stabilité!...).

J'utilise toujours les hydrolats à chaud. Ils ne se composent pas de vitamines ou autres éléments thermosensibles, et sont d'ailleurs obtenus, fabriqués, par la chauffe à plus de 100°C ... J'estime donc qu'une chauffe de quelques secondes à maxi 70° n'e'st absolument pas contre indiqué pour un hydrolat. Je préfère les utiliser en proportion conséquente d'autre part, ce que ne me permettrait pas un ajout à froid. Donc pourquoi pas à froid pour des hydrolats chers, à petits dosages. Pour les autres, je chauffe. Et j'estime ne pas perdre en qualité, tout au plus en arome, mais c'est tellement infime que cela ne se ressent pas.

D'autres sont réellement thermosensibles: la chaleur va détruire certains de leurs éléments. Ce sera le cas de certaines vitamines, et des huiles sensibles à l'oxydation. On ne chauffera donc pas l'aloe vera, le miel, la gelée royale, etc... Ni les huiles végétales d'inca inchi, framboise, figuier de barbarie, etc...


Voilà madame, en espèrant avoir clairement répondu à vos attentes.
A très bientot sur le blog Rose!

r0se a dit…

Je comprends pour les émulsifiants mais qu'est-ce que cela change de devoir utiliser un émulsifiant à un gros pourcentage ? Aussi, j'ai déjà vu une émulsion à froid avec 10% de lécithine de soja (c'était un lait hydratant).

Pour les hydrolats, justement je me suis demandée pk la majorité disait qu'il ne fallait pas les chauffer alors qu'ils sont obtenus à chaud...
Mais pour tous ce qui contient des vitamines, c'est un peu comme en cuisine : en cuisant les légumes, ils en perdent.

Anonyme a dit…

Merci pour votre article assez intéressant

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