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Comment retarder les transferts au sein d’une émulsion ?

Une émulsion est par exemple constituée de gouttes d’huile dans de l’eau. Un des mécanismes de déstabilisation d‘une émulsion résulte du transfert de la phase émulsifiée (par exemple l’huile) vers la phase continue (par l’exemple l’eau). Il est connu qu’une façon de retarder ce transfert est d’ajouter à la phase émulsifiée un composant, miscible et dont la solubilité dans la phase continue est moindre. Le transfert du composé le plus soluble est alors retardé, car du point de vue de l’entropie, il devient défavorable d’appauvrir le mélange en cette espèce. Toutefois, la caractérisation expérimentale de ce retard est difficile en raison de l’existence d’autres phénomènes qui peuvent le masquer ou le modifier, comme la coalescence des gouttes. Nous avons utilisé un système modèle pour étudier ces transferts : une émulsion d’alcanes dans une suspension aqueuse d’argile (la Laponite) qui forme un fluide à seuil. Nous avons étudié l’évaporation d’un mélange d’alcane lorsque l’émulsion est en contact avec l’atmosphère. Dans ce cas, il se forme une zone dépourvue de goutte d’huile, et la taille de cette zone croît de façon diffusive avec le temps (photos). Nous avons montré que le transfert de l’alcane le plus soluble est retardé de façon d’autant plus importante que la proportion d’alcane le moins soluble augmente. L’utilisation d’un modèle de transfert simplifié, qui est en bon accord avec les résultats expérimentaux, nous a permis d’étudier l’évolution des concentrations respectives en alcanes à l’intérieur des gouttes mais aussi dans la phase aqueuse. Un des résultats remarquables est que l’alcane le moins soluble s’accumule près de la région délimitant l’émulsion et la zone sans goutte, entraînant l’existence de forts gradients de concentration.

Photographies montrant l’émulsion à différents instants. Une zone dépourvue de goutte d’huile croît avec le temps. Les variations de la taille de cette zone (ci-dessous) peuvent être très ralenties lorsque la phase huileuse est un mélange.

Ji Wang, François Lequeux, Jean-Baptiste d’Espinose, Laurence Talini.

A paraître dans Phys. Rev. E (2011).