Gelification mechanism and rheological behaviour of partially crystallized alkane emulsions.

Mécanismes de gélification et comportement rhéologique d'émulsions d'alcanes partiellement cristallisés.

Fabrice Springinsfeld (1)

1 PECSA - Physicochimie des Electrolytes, Colloïdes et Sciences Analytiques

The formulation of concentrate emulsions of alkane binary mixtures enables to obtain a system with a phenomenology close to that of dairy emulsions of triglycerides. With such emulsions, a gel may thus be formed and the churning phenomenon can be reproduced. It is indeed possible to make a so-called "alkane butter" under shear. The dispersed phase consists of two alkanes, one of which is crystallised at the considered temperature. The crystal network within the drops creates protuberances at their surface, which induces the gelation of the system thanks to two different mechanisms. The jamming consists in a hindering of the system, without rupture of the interfaces. The partial coalescence corresponds to the partial fusion of adjacent droplets, without any shape relaxation, thanks to the mechanical stiffness due to the crystalline network. The elasticity of these gels can be tuned by varying the solid rate, the droplet size or the cooling rate. Indeed, these three parameters influence the size and the morphology of the crystals, which can thus go from a platelet-like shape to a needle-like one. The application of high strains, under shear or under compression, entails the gel fragmentation in some cases, but also induces the formation of new connections between drops in other cases. The formation of new links can then lead to macroscopic grains (called "churning grains") or cause the segregation between the oil phase and the continuous aqueous phase, if there are not enough crystals in the oil droplets.

La formulation d'émulsions de mélanges binaires d'alcanes permet d'obtenir un système ayant une phénoménologie proche des émulsions laitières de triglycérides. Il est ainsi possible, à partir de ces émulsions, de former un gel et de reproduire le phénomène de barattage, c'est-à-dire de fabriquer, sous contrainte mécanique, ce que l'on pourrait appeler un « beurre d'alcanes ». La phase dispersée comporte deux alcanes, dont l'un des deux est cristallisé à la température d'étude. Le réseau cristallin à l'intérieur des gouttes crée des protubérances à leur surface, qui induisent la gélification du système par deux mécanismes distincts : le jamming, qui est un blocage du système, dû à la rugosité de surface, et sans rupture des films interfaciaux, et la coalescence partielle, qui correspond à la fusion partielle des gouttes sans relaxation de forme, grâce à la rigidité mécanique qu'apporte le réseau cristallin. Il est possible de modifier l'élasticité de ces gels en faisant varier le taux de solide, la taille des gouttes, ou encore la vitesse de refroidissement. En effet, ces trois paramètres influencent la taille et la morphologie des cristaux, qui peuvent ainsi passer d'une forme plaquettaire à une forme en aiguille. L'application de fortes déformations, en cisaillement ou en compression, entraîne la fragmentation des gels dans certains cas, mais aussi la formation de nouvelles connexions entre gouttes dans d'autres cas. La formation de nouveaux liens peut alors entraîner l'apparition de grains macroscopiques, appelés « grains de barattage », ou bien provoquer la séparation entre l'huile et la phase continue aqueuse, s'il n'y a pas assez de cristaux dans les gouttes d'huile.

Mots clés: gel; émulsion; rhéologie; coalescence partielle; barattage; alcanes

Domaines: Analyse de données, Statistiques et Probabilités [physics.data-an]

Fabrice Springinsfeld. Mécanismes de gélification et comportement rhéologique d'émulsions d'alcanes partiellement cristallisés.. Analyse de données, Statistiques et Probabilités [physics.data-an]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00441897⟩