Comment les tensioactifs influencent l'interface
Figure 1 : Les tensioactifs s'attachent aux interfaces liquides et réduisent leur tension interfaciale.
Les substances tensioactives, également appelées tensioactifs ou surfactants, sont composées d'une partie hydrophile et d'une partie hydrophobe. Elles préfèrent s'attacher aux interfaces liquides et réduisent la tension interfaciale de cette interface. En pratique, les tensioactifs sont utilisés, par exemple, pour obtenir un bon effet de lavage ou pour produire des émulsifiants pour l'industrie alimentaire.
Que sont les tensioactifs ?
Les tensioactifs sont des substances qui influencent l'interaction de deux substances, souvent liquides, à leur interface. Une molécule de tensioactif se compose d'un groupe polaire et d'une chaîne hydrocarbonée non polaire (voir Figure 2). La partie polaire de la molécule peut interagir fortement avec des substances polaires, comme l'eau. C'est pourquoi cette partie de la molécule est également appelée hydrophile, c'est-à-dire qui aime l'eau. La partie non polaire de la molécule peut interagir fortement avec des substances non polaires, comme l'huile, c'est pourquoi elle est appelée lipophile, c'est-à-dire qui aime les graisses, ou hydrophobe.
Figure 2 : Un tensioactif se compose d'une chaîne hydrocarbonée non polaire (rouge) et d'une tête polaire (bleue).
Classification des tensioactifs
Une façon de classer les tensioactifs est par la charge de leur groupe polaire :
- les tensioactifs anioniques ont un groupe polaire chargé négativement
- les tensioactifs cationiques ont un groupe polaire chargé positivement
- les tensioactifs amphotères ont un groupe zwitterionique, qui a à la fois des charges positives et négatives
- les tensioactifs non ioniques ne contiennent pas de groupe fonctionnel dissociable dans l’eau et ne comportent donc pas de charge
Fixation des tensioactifs aux interfaces
En raison de leur structure bipartite, les tensioactifs préfèrent se fixer aux interfaces, où ils trouvent des conditions énergétiquement favorables. Par exemple, sur une surface d'eau, les tensioactifs s'orientent de manière à ce que la tête polaire pointe vers l'eau et la chaîne hydrocarbonée non polaire pointe vers la phase gazeuse, par exemple dans l'air ambiant (voir Figure 3). Grâce à leur structure bipartite, les tensioactifs peuvent bien interagir avec les deux phases. Ils servent ainsi de médiateurs
entre les atomes ou les molécules des deux phases.
Figure 3 : Les tensioactifs s'accumulent à l'interface, car ils y trouvent des conditions énergétiquement favorables.
Comment les tensioactifs influencent la tension interfaciale
L'accumulation de tensioactifs à l'interface de deux phases influence les propriétés de l'interface. Plus précisément, l'ajout de tensioactifs réduit la tension interfaciale. Cela signifie que moins d'énergie est nécessaire pour augmenter l'interface. L'ajout de tensioactifs facilite donc le mélange des phases non polaires et polaires.
Un exemple bien connu est celui d'un trombone dans un verre d'eau. Dans de l'eau pure, le trombone, s'il est placé avec précaution, peut flotter à la surface de l'eau en raison de la forte tension superficielle de l'eau. Si vous ajoutez un tensioactif - comme du liquide vaisselle ou du savon - la tension superficielle diminue et le trombone coule.
Comment les tensioactifs sont utilisés en pratique
Dans l’industrie, la réduction de la tension interfaciale grâce à l'ajout de tensioactifs donne lieu à des applications variées.
- détergents et agents de nettoyage : Les tensioactifs aident à dissoudre la saleté et la graisse des surfaces.
- émulsifiants pour les aliments et boissons : Les tensioactifs stabilisent les émulsions dans les aliments. Un exemple est l'E 471, les mono- et diglycérides d'acides gras, utilisés pour fabriquer de la margarine ou de la crème glacée.
- production de cosmétiques et produits de soins : Les tensioactifs se trouvent dans les shampoings et les gels douche et sont également utilisés dans la fabrication d’émulsions eau-huile comme les crèmes.
- vernis, peintures et encres : Les tensioactifs améliorent le mouillage et la répartition des peintures et encres.
- formulations pharmaceutiques : Les tensioactifs sont utilisés comme excipients dans les médicaments pour augmenter la solubilité des principes actifs et contrôler leur libération.
- produits phytosanitaires : Les tensioactifs améliorent le mouillage et la répartition des pesticides sur les feuilles des plantes.
- béton : Les tensioactifs sont utilisés comme adjuvants pour améliorer la fluidité du béton.
- émulsifiants pour huiles lourdes dans les lubrifiants et carburants : Les tensioactifs sont utilisés dans les lubrifiants et carburants pour émulsionner l'eau et d'autres impuretés.
- textiles : Les tensioactifs améliorent les propriétés des fibres notamment leur mouillabilité lors de la préparation pour la teinture ou d'autres traitements de surface.
- démoussage ou génération de mousse dans les processus industriels : Les tensioactifs sont utilisés comme antimousses ou générateurs de mousse pour réduire ou augmenter la formation de mousse dans divers processus industriels.
- traitement des métaux et traitement de surface : Les tensioactifs sont utilisés dans le traitement des métaux pour obtenir un mouillage uniforme et un dégraissage des surfaces métalliques avant d'autres processus.
- récupération améliorée du pétrole (EOR) : Les tensioactifs sont utilisés pour extraire le pétrole brut des strates rocheuses.
