La production d’une mousse

L’abaissement de la tension superficielle eau/corps gras (W/O pour water/oil) est insuffisante à elle seule pour l’obtention d’un shampooing de qualité ; il faut disposer d’un pouvoir moussant. Du fait même de sa structure, la mousse permet d’augmenter considérablement la surface de contact entre deux surfaces incompatibles. Les mousses à raser et les shampooings sont connus pour leur pouvoir hydratant de la peau et des cheveux, très supérieur au simple savon.

Comment obtient-on une mousse ? Elle s’obtient par dispersion d’un gaz dans un faible volume de liquide provoquant l’apparition de bulles plus ou moins stables, dont la taille varie entre 50 µm et plusieurs millimètres. On pourra l’obtenir par décompression d’un gaz ou encore, dans le cas du shampooing, par friction d’un gel aqueux concentré, la bulle étant alors l’air. Cependant la dispersion gazeuse n’est pas le seul critère de production d’une mousse, loin s’en faut.

Pour obtenir une dispersion durable de gaz dans un liquide, il faut un tensioactif qui s’adsorbe aux interfaces gaz/liquide. En fait, la structure d’une bulle ainsi formée est le résultat d’une double adsorption interne et externe du tensioactif sur le film d’eau constituant la paroi lamellaire de la bulle.

Chaque bulle d’une mousse possède une énergie potentielle qui se trouve équilibrée par la force de cohésion du film moléculaire des tensioactifs adsorbés. Les propriétés de ce film interfacial dépendent de plusieurs paramètres tels que la force d’absorption du tensioactif à la surface liquide-gaz, l’élasticité du film, la perméabilité gazeuse du film et les conditions externes de température et de pression.

Lorsqu’un grand nombre de petites bulles se forme dans un volume restreint d’eau, il y a apparition de mousse. La bulle produite emmagasine une énergie potentielle qui tend à la faire éclater mais qui se trouve équilibrée par la pression externe (l’équation PV = nRT devient alors PV + (p A) = nRT, où p est la tension de sur face et A la surface).

Les conditions de stabilité

La stabilité d’une mousse dépend de la solidité du film interfacial enfermant la bulle. Le film doit être à la fois élastique et solide. Les solutions de saponines (détergents produits à partir de matières naturelles de types terpéniques tétracycliques) possèdent des structures glycosidiques très hydrophiles comme têtes polaires. Ce sont des composés d’interface avec l’eau par liaison hydrogène. D’un point de vue rhéologique, ce type de composés présente de bonnes surfaces plastiques de faible mobilité sous l’action d’un cisaillement. Ce sont de bons moussants. Une faible quantité d’alcool à longue chaîne (alcool en C18) additionnée à un tensioactif anionique augmente sa capacité moussante. Elle accroît notablement l’adsorption à l’interface du liquide (liaison hydrogène avec l’eau du film interfacial) et forme un gel plus visqueux. Cet état est corrélable à la formation de nouvelles phases anisotropes de type cristal liquide dans la phase aqueuse. On visualise ainsi une bulle comme un volume gazeux emprisonné dans une couche d’eau maintenue stable, par une double couche interne et externe d’agent tensioactif moussant.

Hormis le fait qu’il s’agit d’assemblages de tensioactifs, il n’y a aucun point commun entre un assemblage micellaire et un assemblage de type cristal liquide. La micelle est isotrope et de taille submicronique, alors que le cristal liquide est anisotrope dans la majorité des formes et peut atteindre plusieurs dizaines de microns en taille. Le cristal liquide est un film structuré à la surface, qui possède une grande viscosité, ralentit la fluidité de l’eau dans la couche d’eau du film en surface de la bulle et accroît sa stabilité. Selon Ottewill (1961), cette stabilité peut être accrue en présence de particules solides.

Le corollaire des lois de stabilité des mousses est la capacité de certains produits à altérer ou inhiber leur formation. Le développement d’une mousse peut être bloqué par certaines impuretés de bas poids moléculaire à la surface, qui en modifient la cohérence. Le tensioactif devient moins actif à la surface et perd alors sa capacité à stabiliser la mousse. Le sébum est un anti mousse efficace et sera une mesure de la capacité nettoyante d’un tensioactif auquel on devra associer un tensioactif moussant, un tensioactif glucosidique ou un lipoamide.

Les agents inhibiteurs de mousses vont avoir le même effet. Ils sont utiles pour certaines applications comme dans le cas des onguents qui doivent rendre hydrophobes les surfaces recouvertes, Ce sont en général des tensioactifs hydrophobes (certains alcools gras à faible HLB par exemple) qui sont capables de recouvrir la surface d’un mince film lamellaire empêchant la formation d’une interface avec l’eau. D’autres produits comme les cires et les polysiloxanes, fortement hydrophobes, sont employés dans le même but en cosmétique. Cette propriété hydrophobe est nécessaire mais pas suffisante.

Pierre Le Perchec
Les molécules de la beauté, de l’hygiène et de la protection
CNRS Editions/Nathan