Bioéconomie 5 min
Des émulsions dans des films biosourcés, souples et transparents
Les carapaces de crevettes aux interfaces pour l’encapsulation d'huile
Publié le 08 septembre 2020
Les carapaces de crevettes aux interfaces pour l’encapsulation d'huile
Le développement de films intelligents pour des applications pharmaceutiques, alimentaires et cosmétiques vise à améliorer les propriétés fonctionnelles telles que la libération contrôlée de molécules actives, les propriétés mécaniques ou barrières, ou encore l'introduction de capteurs, tout en respectant l'environnement et des normes sanitaires. A titre d'exemple, les problématiques liées à l'administration transdermique de médicaments ou la protection des aliments restent des préoccupations importantes. Par conséquent, il existe un intérêt croissant pour les chercheurs et l'industrie à développer des films actifs fabriqués à partir de polymères biodégradables et renouvelables, en limitant les additifs tels que les plastifiants, les agents texturants et les tensioactifs.
A Nantes, l'expertise de l'unité BIA sur les biopolymères les porte à fabriquer des matériaux totalement biosourcés sans procédé chimique et avec des apports énergétiques limités. Ainsi il a été montré qu'il était possible de stabiliser des gouttelettes d'huile sans tensioactifs, juste avec des particules de chitine, issues des carapaces de crevette en émulsions concentrées. Ces émulsions peuvent être introduites jusqu'à 45% en fraction volumique dans des films d'amidon souples et transparents, sans aucune modification chimique. L’huile qui peut être sous forme liquide ou solide est ainsi encapsulée dans un système stable sur de nombreux mois. Elle peut être libérée ultérieurement, dans des milieux hydratés conduisant à la désagrégation de la matrice d’amidon.
Les applications envisagées sont l’encapsulation de molécules actives lipophiles telles que des médicaments, des vitamines, des composants aromatiques ou des antioxydants dans des produits pharmaceutiques ou des emballages alimentaires 100% biosourcés et biodégradables.
Finacement : ce travail a été réalisé dans le cadre du projet INNOVASIA financé par le conseil de la Région Pays de la Loire et l'Agence Nationale de la Recherche (CE08 2015) pour la bourse post-doctorale de C. Jiménez-Saelices
Publications associées
- T. Trongsatitkul, C. Jimenez-Saelices, B. Pontoire, I Capron and D Lourdin “Internal stress effect induced by drying in starch-based composite films” EUROPEAN POLYMER JOURNAL 2019, 121 Article Number: UNSP 109261 DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2019.109261
- C. Jimenez-Saelices, T. Trongsatitkul; D. Lourdin and I. Capron "Chitin Pickering Emulsion for Oil Inclusion in Composite Films" CARBOHYDRATE POLYMERS Volume: 242 Article Number: 116366, 2020 DOI: 10.1016/j.carbpol.2020.116366.
La cellulose pour des superisolants
Des émulsions pour structurer des matériaux biosourcés de très faible conductivité thermique
Le bâtiment, le plus gros consommateur d’énergie en France, est l'un des secteurs clé pour lutter contre le réchauffement climatique. Un des leviers d’action consiste à travailler sur l’isolation de bâtiments neufs en imposant des normes de consommation plus sobres en énergie. L’utilisation de matériaux ayant des propriétés superisolantes permet de réduire l’épaisseur d’isolant nécessaire, ce qui implique également un gain économique.
Dans cette étude, des aérogels avec des propriétés thermiques de superisolants ont été préparés en deux étapes à partir de cellulose : (i) une émulsion huile-dans-eau, dite de Pickering parce qu’elle est stabilisée uniquement par des particules, est produite avec des nanofibres de cellulose (NFC) pour seul stabilisant. Puis (ii) cette émulsion sans tensioactifs est séchée pour former des aérogels. Ce procédé original permet de former un réseau alvéolaire régulier de taille micrométrique qui donne à la fois d’excellentes propriétés mécaniques et une conductivité thermique extrêmement faible (0,018 W/m.K), inférieure à celle de l’air (0,025 W/m.K). De plus, ces matériaux cellulosiques de haute porosité et densité faible sont résistants (modules de compression de l’ordre de 1,5 MPa) et peuvent être déformés jusqu'à 60% avant que la structure ne s'effondre.
Ces aérogels superisolants fabriqués avec des nanofibres de cellulose sont aussi complètement biosourcés. Ils présentent l’avantage d’être biodégradables, biocompatibles et renouvelables, ce qui en fait des matériaux particulièrement attractifs.
Partenaires : ce travail a été réalisé par l’unité BIA, en partenariat avec le laboratoire IRDL (UMR Cnrs 6027) pour les mesures de conductivité thermique.
Publication associée : Jimenez-Saelices, C., Seantier, B., Grohens, Y., & Capron, I. (2018). Thermal Superinsulating Materials Made from Nanofibrillated Cellulose-Stabilized Pickering Emulsions. ACS applied materials & interfaces.
Des émulsions d'une stabilité incroyable
De la cellulose qui s'organise à l'interface eau-huile.
En raison des nouvelles exigences environnementales liées d’une part à la raréfaction des ressources pétrolières et d’autre part à la volonté de limiter les impacts environnementaux de l’activité humaine, les ressources renouvelables ont vu leur attractivité augmenter. Parmi les polymères biosourcés potentiellement intéressants, la cellulose, ressource abondante, renouvelable et biodégradable a retenu ces dernières années une attention particulière.
L’unité BIA a démontré la capacité de nanocristaux de cellulose non modifiés à stabiliser des interfaces eau/huile formant des émulsions extrêmement stables stables sans aucun tensio-actif (Brevet WO2012/017160). Cette stabilisation d’émulsion par adsorption de particules solides à l’interface huile/eau, dite "émulsions de Pickering" présente des propriétés étonnantes en termes de stabilité pour l'encapsulation de l'huile. Ces propriétés sont dues à la fois à leur forme anisotrope et à la nature irréversible de leur adsorption.
Des expériences réalisées au laboratoire Léon Brillouin du CEA à Saclay en diffusion de neutrons ont permis de sonder la structure formée à cette interface huile-eau selon la présence ou l’absence de charges de surface. L'équipe de BIA a ainsi pu mettre en évidence que la présence d’une seule couche de cristaux pour une épaisseur de 7 nanomètres est à l’origine de l’incroyable stabilité de ces émulsions qui restent stables pendant des mois. En absence de charges les cristaux sont moins bien organisés et une épaisseur de 18 nanomètres est alors obtenue à l’interface eau/huile.
Ces émulsions à base de cellulose pourraient ainsi constituer une bonne alternative aux dérivés pétroliers pour de nombreuses applications dans les cosmétiques, les produits pharmaceutiques ou des revêtements.
Partenaires : ce travail a été réalisé en collaboration entre l'unité BIA (Inra Angers-Nantes) et le laboratoire Léon Brillouin (CEA-Saclay, Gif-sur-Yvette).
Publication associée : Cherhal, F., Cousin, F., & Capron, I. Structural Description of the Interface of Pickering Emulsions Stabilized by Cellulose Nanocrystals. Biomacromolecules, 2016, 17 (2), 496–502. http://dx.doi.org/10.1021/acs.biomac.5b01413