E33 Émulsification

Topique

Une émulsion est une dispersion de gouttelettes d'un liquide, comme cette huile, dans un autre liquide, comme cette eau, ou inversement. Cette émulsion est thermodynamiquement instable car la création de l'interface séparant les gouttelettes du liquide dispersé du liquide environnant requiert toujours une dépense énergétique. Par conséquent, cette émulsion nécessite un émulsifiant, tel que la lécithine de jaune d'œuf, une protéine de ce même jaune, ou encore de la moutarde, qui s'adsorbe à l'interface entre les deux liquides et réduit la tension interfaciale, stabilisant ainsi les gouttelettes du liquide dispersé. La réduction supplémentaire de la tension interfaciale par cet émulsifiant contribue à la stabilité de l'émulsion.

Cette réduction supplémentaire de la tension interfaciale confère à l'émulsion une plus grande stabilité. La pression de Laplace indique qu'une petite gouttelette de ce liquide dispersé subit une pression interne plus élevée qu'une grosse gouttelette du même liquide. Cette différence de pression interne induit la coalescence des deux gouttelettes, un processus de maturation d'Ostwald au cours duquel ces petites gouttelettes finissent par fusionner avec les plus grosses, détruisant ainsi l'émulsion. L'émulsifiant qui stabilise ces gouttelettes s'oppose à cette coalescence, retardant ainsi la rupture de l'émulsion. Du fait de sa plus petite taille, la pression interne de la gouttelette est par conséquent plus élevée (selon la loi de Laplace), et la coalescence vers une gouttelette plus grosse est donc plus rapide.

La taille de ces gouttelettes de liquide dispersé est déterminée par l'interaction entre les forces de rupture turbulentes, qui, selon un autre modèle, peuvent fragmenter une grosse gouttelette de ce liquide dispersé, et la tension interfaciale entre les deux liquides, qui s'oppose à la déformation de cette grosse gouttelette. Le nombre de Weber compare ces forces de rupture turbulentes à cette tension interfaciale. Tant que le nombre de Weber de cette gouttelette de liquide dispersé dépasse une valeur critique, la gouttelette continue de se fragmenter en gouttelettes encore plus petites. En dessous de cette valeur critique, la gouttelette reste stable face à ces forces de rupture turbulentes. Si ces forces de perturbation turbulentes sont plus intenses, avec une plus grande dissipation d'énergie turbulente dans les plus petits tourbillons du liquide qui la contient, le nombre de Weber de cette gouttelette de liquide dispersé est par conséquent plus élevé, et la gouttelette se fragmente donc en gouttelettes encore plus petites.

Ainsi, ce modèle, avec cette coalescence et cette taille de gouttelette déterminée par le nombre de Weber initial, décrit, lors de la préparation de la mayonnaise, comment le jaune d'œuf fournit la lécithine qui réduit drastiquement la tension interfaciale entre l'huile et l'eau, tandis qu'un fouettage vigoureux du mélange fournit l'énergie turbulente nécessaire à la fragmentation de l'huile en très fines gouttelettes dans l'eau. L'ajout de l'huile doit cependant se faire lentement, car un ajout rapide dépasse la capacité de la lécithine à recouvrir, à temps, la nouvelle interface créée par chaque nouvelle gouttelette d'huile, provoquant ainsi la séparation de la mayonnaise au lieu de son émulsification. Le fait que ces gouttes d'huile dispersée, au sein de cette mayonnaise déjà formée, approchent la fraction maximale de phase dispersée qui correspond à l'empilement le plus dense possible de sphères signifie que ces mêmes gouttes, afin de continuer à s'empiler encore plus densément au sein de cette mayonnaise, doivent se déformer et cesser d'être sphériques pour devenir polyédriques, donnant ainsi à cette mayonnaise la texture semi-solide qui la caractérise.

ID:2427