REVUE BIBLIOGRAPHIQUE – ETAT DE L’ART

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Les mousses sont un exemple de système diphasique où la phase gaz est dispersée dans une phase continue liquide ou solide. Ces systèmes se différencient des dispersions de gaz simples par leur fraction volumique de gaz, qui dans le cas de la mousse est en général supérieure à 63%. Cette valeur correspond en fait à la fraction volumique d’empilement maximum aléatoire d’objets sphériques. Une fois cette valeur dépassée, les bulles de gaz dispersées se touchent et se déforment, ce qui confère aux mousses leurs propriétés uniques. En outre, de par leur aire interfaciale spécifique très élevée, les mousses ne sont pas de systèmes en équilibre, et leur évolution dans le temps détermine leur utilisation dans différents domaines (Vignes-Adler et Weaire [2008], Weaire et Hutzler [2005], Lemlich [1972]). Dans la plupart de nos activités quotidiennes, on trouve à la fois des mousses à phase continue liquide (shampooing, mousse de rasage, liquide vaisselle, produits alimentaires…) et des mousses à phase continue solide (mousses polyuréthane ou polystyrène ou les mousses métalliques). Bien qu’elles soient à la base bien différentes, les mousses dites solides constituent en quelque sorte un sous-ensemble des mousses liquides étant donné qu’avant solidification la phase continue est liquide. Par conséquent, on trouve des concepts généraux relatifs à la formation et à la stabilité des mousses à base liquide pertinents pour tous les types de mousse. En particulier, la tension de surface détermine l’énergie nécessaire à la création d’une bulle de gaz dans le liquide et la rhéologie contrôle le drainage et le rapprochement des bulles adjacentes. En plus de ces concepts généraux, des aspects plus spécifiques doivent être pris en compte pour la compréhension de chaque système particulier. Parmi tous les systèmes de mousse, les mousses aqueuses sont de loin les plus étudiées et il est possible de trouver une littérature particulièrement riche et abondante sur la formation, la stabilité ainsi que le cassage des mousses aqueuses (Cantat et al. [2010], Exerowa et Krugkyakov [1998], Georgieva et al. [2009], Langevin [2000], Mittal et Kumar [2000], Prud’homme et Khan [1996], Pugh [1996], Sheludko [1967]). En général on distingue deux types de mousses : les mousses éphémères (short-lived foam) dont la stabilité est déterminée par la vitesse de drainage du film (par exemple la mousse du champagne) et les mousses persistantes (long-lived foam) dans lesquelles les barrières énergétiques empêchent la coalescence (par exemple la mousse de la bière) (Bergeron [2003]). Dans les deux cas, le facteur déterminant est l’adsorption des agents tensioactifs à l’interface gaz/solution (Beneventi et al. [2001]). Pendant le drainage du film, ces tensioactifs modifient la condition limite de contrainte nulle à l’interface qui contrôle l’instabilité hydrodynamique qui provoque la coalescence des bulles dans les liquides purs. De plus, les produits adsorbés à l’interface sont également responsables des éventuels barrières énergétiques qui peuvent empêcher la coalescence et bloquer le système dans un état métastable. Dans le cas de l’eau, les liaisons hydrogène sont responsables de la tension de surface élevée à l’interface eau/air (environ 72 mN/m pour l’eau pure) et font que cette interface est hautement susceptible d’adsorber des tensioactifs et par conséquent les systèmes aqueux produisent facilement de la mousse. D’autres liquides comme les hydrocarbures ont une tension de surface plus faible (entre 15 et 30 mN/m) d’où une tendance plus faible à l’adsorption des composants tensioactifs à l’interface liquide/air et donc une moindre propension à la formation de mousses (voir la Figure I-1). Les mousses non aqueuses ne sont pas aussi courantes que les mousses aqueuses mais elles ont un rôle très important dans l’industrie, par exemple cosmétique ou pétrolière. Ces mousses peuvent être utilisées comme démaquillants, fluides de forage ou solvants. Dans de nombreuses situations industrielles, ces mousses non aqueuses peuvent être indésirables voire nuisibles, c’est particulièrement le cas en exploitation pétrolière où la présence de mousses de pétrole brut peut remettre en cause tout le système de séparation de surface, engendrant des complications et des coûts très importants. Par conséquent, la maîtrise et la compréhension des caractéristiques particulières des mousses hydrocarbonées représente un enjeu important pour l’industrie pétrolière, et peut contribuer à améliorer ou promouvoir des solutions innovantes ainsi qu’à mieux contrôler les procédés existants.