N° d'ordre

N° d’ordre : 2484


THESE


Présentée pour obtenir le titre de

DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE


École doctorale : Transferts, Dynamique des Fluides, Energétique et Procédés
Spécialité : Génie de Procédés et de l’Environnement



Par


Maria Patricia RODRIGUEZ ROJAS
Ingeniero Químico
Universidad de Los Andes
Mérida - Venezuela



Emulsification en Cuve Agitée :
Rôle du Protocole Opératoire sur
l’Inversion de Phase Catastrophique







Soutenue le 7 juin 2007 devant le jury composé de :



Directeur de Recherche CNRS - LGC M. Joël BERTRAND Directeur de thèse
INPT / UPS - Toulouse FRANCE
Professeur - Laboratoire GPI MM. Danièle CLAUSSE Rapporteur
UTC - Compiègne FRANCE LFC M. Jean LACHAISE
UPPA - Pau FRANCE
Responsable Performance Industrielle M. Bertrand LETELLIER Membre du Jury
ELIOKEM - Cortaboeuf FRANCE
Professeur - Laboratoire FIRP M. Jean-Louis SALAGER Président du Jury
ULA - Mérida VENEZUELA
Directrice de Recherche CNRS - LGC MM. Catherine XUEREB Directrice de thèse
INPT / UPS - Toulouse FRANCE






Con todo mi amor y agradecimiento a
Maria Ofelia, Rolando,
Fidel, Eva, Ofelia,
Jenny, Verónica
y Mirian

de su hija,
nietecita,
hermana
y sobrina

Patri








Un fermento de conciencia
en un mar de deseos
es crear erotismo
En un impulso paranoico
es provocar el genio
En una psicosis
es curarla
y transmutar la luz en láser

Salvador Dali






i Ce manuscrit de thèse est le résultat de presque quatre ans d’effort et de
travail, qui n’aurait jamais était conclut sans l’aide et le support de
beaucoup de personnes, à qui j’adresse mes plus sincères remerciements :
Au Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse à Basso Cambo où cette
thèse a été réalisée, et surtout à son directeur et mon directeur de thèse
Joël Bertrand pour son chaleureux accueil dans cette unité de recherche et
plus spécialement dans l’équipe Procédés d’Agitation et Mélange du
Département Réaction, Mélange et Séparation.
A ma directrice de thèse Cathy Xuereb, pour son accueil, encadrement,
soutien tout au long des ces années. Merci de ta confiance.
Au Professeur Jean Louis Salager pour toute la motivation au cours de mon
chemin dans la recherche au Laboratoire FIRP à Mérida, pour m’avoir appris
à poser les bonnes questions : sans votre soutien, l’achèvement de ce
travail n’aurait jamais été possible. Merci de présider mon jury de thèse.
A la Fundacion Gran Mariscal de Ayacucho (Fundayacucho), organisme
appartenant au gouvernement vénézuélien qui a assuré le financement de
mon séjour et mes études en France. Mi sincero agradecimiento por su
ayuda y seguimiento a las consejeras académicas Nancy Gómez y Dolores
de Hernández.
Au Programme de Coopération Postgradué France - Venezuela (PCP) pour le
financement de mon premier voyage en France.
Aux professeurs Danièle Clausse et Jean Lachaise pour avoir pris le temps
de rapporter ce travail de thèse. J’ai vraiment apprécié vos pertinentes
remarques.
Au Dr. Bertrand Letellier pour avoir fait partie de mon jury et pour m’avoir
inspiré à partir de son excellent travail de thèse.
A Martine Poux, pour toute son aide quand tous les autres étaient absents,
surtout à la fin, la qualité de ma présentation lui est due.
Aux permanents et professeurs invités de l’équipe PAM, spécialement Joëlle,
Alain, Nathalie, Paul et Suzanne, merci de votre aide et tous les l’échanges
professionnels et personnels. Cela a été un honneur pour moi de travailler à
vos cotés.
A Christine Frances et Béatrice Biscans pour m’avoir facilité l’utilisation des
équipements de mesure et pour tous les conseils et conversations fort
utiles.
Au personnel technique du LGC, particulièrement Christine Rey-Rouch,
Lahcen Farhi, Marc Samazan, Jackie Labadie et Franck Dunglas, merci pour
votre patience et pour avoir supporté mes exigences.
Au personnel administratif du LGC, surtout Claudine Beyrie, Claudine
Lorenzon et Dany Bouscary, pour tout son support et ses sourires. Merci les
filles.
ii A mes stagiaires Arnaud Vidal et Charlène Lucas, grâce au travail
expérimental effectué par vous, cette thèse a été accomplie.
A l’équipe de doctorants du PAM : Carlos, Maysoun, Fabien, Greg, Jean Phi,
Norbert et ma fidèle correctrice Félicie. Je garderai toujours des souvenirs
impérissables du bocal des « agités », devenu dernièrement le siège du
CRD ;-) Vous aurez une éternelle amie en moi, et je vous attends au
Venezuela ou n’importe où je me trouve dans l’avenir.
A Isabelle, le hasard et la langue nous a réunis pendant trois ans, j’espère
que notre amitié perdurera au-delà des circonstances atténuantes. Nunca
olvides: « Primero fue sábado que domingo », « Cuando hay santos nuevos
los viejos no hacen milagros » y « No hay mal que por bien no venga ». Je
te souhaite tout le bonheur du monde.
A mis amigos y colegas Aldo, Marianna, Gaby y Carlos Quintero, los
venezolanitos que se aventuraron a hacer un doctorado en Francia, gracias
por el apoyo durante las malas, las buenas y las mejores. No fue fácil, pero
lo logramos y lo seguiremos logrando. Somos capaces de esto y de mucho
más. ¡Éxito!
Al pibe Adrián, que a pesar de los altercados y nuestras diferencias me hizo
llegar a horizontes inexplorados “Yo te explico…”
A los precursores del estudio, el primer equipo de inversión del FIRP:
Noelia, Eric e Isabel, los pasos que ustedes dieron serán difícilmente
igualados.
A mis queridas amigas del colegio Lizbeth, Rosalyn y Lourdes, que a pesar
de la gran distancia siempre me apoyaron y creyeron en mí.
A l’ensemble des doctorants et permanents du LGC, que je n’ai pas encore
cité. La mixité fait de nous un vrai laboratoire sociologique qui m’a permis
de m’enrichir scientifiquement, culturellement et personnellement. Je ne
vous oublierai jamais.
A Claudia: pasamos tantas cosas juntas (y separadas), que lo único que me
resta es agradecerte por las experiencias vividas. Ya les contaremos a los
nietos, espero ;-)
A Marie Claude et Raphaël, qui ont fait de leur maison mon foyer, vous avez
rendu mon séjour en France inoubliable et m’avez vraiment fait comprendre
et adorer la culture française. Vous resterez toujours mes parents français.
Y por supuesto a aquellos a quien dedico esta tesis, mi familia, las palabras
sobran y a la vez no alcanzarían para expresarles todo mi agradecimiento y
mi amor.
Con todo mi cariño… mil gracias,
Pat

iii SOMMAIRE
1 INTRODUCTION GENERALE…………………………………………
7 1. EMULSIONS : BASES THEORIQUES…….
1.1 DEFINITION ET GENERALITES……………………………………………………… 8
1.2 CARACTERISATION………………………………………………………………………. 9
1.2.1 Type d’émulsion……………………………………………………………….. 10
1.2.2 Concentration en phase dispersée…………………… 11 1.2.3 Diamètre des gouttes………………………………………………………. 12
1.2.4 Aire interfaciale…………………………………………………………………13 1.2.5 Rhéologie………………………………………………………………………….. 13
1.3 FORMULATION……………………………………………………………………………….14
1.3.1 Emulsifiants………………………………………………………………………. 1.3.2 Hydrophile Lipophile Balance « HLB » de Griffin…………… 15
1.3.3 Rapport R de Winsor………………………………………………………… 16
1.3.4 Hydrophilic Lipophilic Deviation « HLD » ……………………….. 18
1.3.5 Diagrammes Formulation - Composition…………………………. 20
1.4 PHENOMENOLOGIE DE LA FORMATION, STABILISATION ET
DESTABILISATION DES EMULSIONS…………………………………………… 24
1.4.1 Emulsification …………………………………………………………………… 24 1.4.1.1 Rupture en écoulement laminaire………….. 26 1.4.1.2 écoulement turbulent………………….. 27
1.4.2 Phénomènes de stabilisation des émulsions…………………… 29
1.4.2.1 Stabilisation Rhéologique………………………………… 29 1.4.2.2 StionStérique………………………………………. 1.4.2.3 Stabilisation Electrostatique……………………. 30
1.4.2.4 Electrostérique……………………………. 31 1.4.3 Désemulsification……………………………………………………………… 31
1.4.3.1 Crémage et sédimentation……………………………… 32
1.4.3.2 Floculation…………………………………….………………… 33 1.4.3.3 M