Enseigner la formulation chimique. Vangelis Antzoulatos, Lycée de l Escaut

Transcription

1 Enseigner la formulation chimique Vangelis Antzoulatos, Lycée de l Escaut

2 La formulation Définition, importance économique

3 La formulation RSC : Tout ce qui a trait à la conception des produits de tous les jours : détergents, cosmétiques, peintures, cosmétiques, peintures, produits pharmaceutiques, nourriture, etc. [ ] La formulation chimique (formulation science) couvre les champs de la chimie physique, la chimie des colloïdes, ainsi que la chimie analytique, le génie chimique, les sciences biologiques et pharmaceutiques. Wikipedia : Activité industrielle consistant à fabriquer des produits homogènes, stables, non toxiques et possédant des propriétés finales spécifiques, répondant aux exigences d'un cahier des charges fonctionnel (CDCF) en mélangeant différentes matières premières. G. Schorsch : Art de gérer les incompatibilités. K. Anikumar : Connaissance de la science des matériaux et de la chimie physique, jointe à l art d arriver à la meilleure combinaison de constituants. Alors que la chimie traite de réactions chimiques entre substances, la formulation traite de la coexistence de substances sans réactions chimiques. J.M. Aubry : Ensemble des connaissances et des opérations mises en œuvre lors du mélange, de l association ou de la mise en forme d ingrédients d origine naturelle ou synthétique, souvent incompatibles entre eux, de façon à obtenir un produit commercial caractérisé par sa fonction d usage et son aptitude à satisfaire un cahier des charges préétabli. Quels enseignements de formulation? 3

4 La formulation RSC : Tout ce qui a trait à la conception des produits de tous les jours : détergents, cosmétiques, peintures, cosmétiques, peintures, produits pharmaceutiques, nourriture, etc. [ ] La formulation chimique (formulation science) couvre les champs de la chimie physique, la chimie des colloïdes, ainsi que la chimie analytique, le génie chimique, les sciences biologiques et pharmaceutiques. Importance de la notion de synergie : Wikipedia : Activité industrielle consistant à fabriquer des produits homogènes, stables, non toxiques et possédant des propriétés finales spécifiques, répondant 1 aux + exigences 1 d'un cahier = des 3charges fonctionnel (CDCF) en mélangeant différentes matières premières. G. Schorsch : Art de gérer les incompatibilités. K. Anikumar : Connaissance de la science des matériaux et de la chimie physique, jointe à l art d arriver à la meilleure combinaison de constituants. Alors que la chimie traite de réactions chimiques entre substances, la formulation traite de la coexistence de substances sans réactions chimiques. J.M. Aubry : Ensemble des connaissances et des opérations mises en œuvre lors du mélange, de l association ou de la mise en forme d ingrédients d origine naturelle ou synthétique, souvent incompatibles entre eux, de façon à obtenir un produit commercial caractérisé par sa fonction d usage et son aptitude à satisfaire un cahier des charges préétabli. Quels enseignements de formulation? 4

5 La formulation Dérivés du pétrole, produits naturels Chimie fine (synthèse) Matières premières Formulation Produits commerciaux Quels enseignements de formulation? 5

6 Chiffres clés Quels enseignements de formulation? 6

7 Chiffres clés Quels enseignements de formulation? 7

8 Repères chronologiques Emergence de la formulation comme discipline scientifique

9 Repères chronologiques Grotte de Chauvet Pont d Arc : av JC 9

10 Repères chronologiques 10

11 Repères chronologiques Recueil de

12 Repères chronologiques Années 1970 : La formulation chimique devient un champ autonome. Cependant : la cohérence scientifique du domaine est encore en cours d élaboration (milieux colloïdaux, matériaux hétérogènes). Années 1980 : Développement de nombreuses formations universitaires, autour de la formulation (écoles d ingénieur, DESS ) : Création du groupe de formulation à la SCF 1991 : Création du master CIF (Chimie et Ingénierie de la Formulation) 1995 : Création du BTS PEA Création d un groupe Formulation à la Royal Society Années 2000 : Apparition d environ 20 licences professionnelles de formulation 12

13 Formation Quels enseignements de formulation?

14 Retour clients Modification des exigences Contrôle qualité Client Responsables laboratoire Définition d un cahier des charges Formulation : Choix et dosage des ingrédients Mise en œuvre Non Industrialisation Contrôle Conformité au CDC Oui Homologation 14

15 Plusieurs approches Par grand secteurs : peintures, cosmétiques, alimentaire, détergents, etc. Par matières premières : filmogènes, additifs sensoriels, solvants, etc. Physico-chimique : transition vitreuse, tension interfaciale, rhéologie, etc. Par propriétés : Comment provoquer l adhérence? Comment améliorer la résistance mécanique? Comment formuler une teinte? Etc. 15

16 Plusieurs approches Par grand secteurs : peintures, cosmétiques, alimentaire, détergents, etc. Par matières premières : filmogènes, additifs sensoriels, solvants, etc. Physico-chimique : transition vitreuse, tension interfaciale, rhéologie, etc. Par propriétés : Comment provoquer l adhérence? Comment améliorer la résistance mécanique? Comment formuler une teinte? Etc. Mise en situation : Cahier des charges Résolution de problèmes «approche client» 16

17 Peintures Exemple 1

18 Mise en situation 18

19 Mise en situation Adhérence au support Durabilité dans le temps Protection contre les intempéries «Respirabilité» Aspect flatteur Bonne opacité Facilité d application Pas de coulures Pas de sédimentation en pot Pas de mousse Absence de salissures (poussières) Résistance aux organismes vivants Respect de l utilisateur et de l environnement Prix adapté au public visé 19

20 Mise en situation Adhérence au support : liant Durabilité dans le temps : antioxydants Protection contre les intempéries : agents hydrophobes «Respirabilité» : dosologie des pulvérulents Aspect flatteur : pigments Bonne opacité : pigments Facilité d application : diluant, solvant Pas de coulures : additif rhéologique (épaississant) Pas de sédimentation en pot : épaississant Pas de mousse : antimousse Absence de salissures (poussières) : Tg du liant Résistance aux organismes vivants : biocides Respect de l utilisateur et de l environnement : phase aqueuse Prix adapté au public visé : charges 20

21 Epaississants acryliques (ASE) Action à bas gradient de vitesse (au repos) Epaississants polyuréthannes Action à haut gradient de vitesse (sous contrainte) Hydrophobe Hydrophile Hydrophobe Mécanisme non associatif : gélification de la phase continue Mécanisme associatif : Création de liaisons hydrophobes 21

22 Polydiméthylsiloxane Polysiloxanes organiquement modifiés 22

23 Mouillage Tension 23

24 24

25 Air Air 25

26 CPV < 70 % CPV > 70 % CPV > 70 % avec un agent hydrophobant 26

27 27

28 Enseignements professionnels Formulation Elaboration du cahier des charges Exigences techniques Exigences économiques et environnementales, Méthodologie de formulation Choix des matières premières Détermination des quantités pour respecter différents paramètres (HLB, CPV, extrait sec ) Quels enseignements de formulation en BTS? 28

29 Enseignements professionnels Fabrication / Application Quels enseignements de formulation en BTS? 29

30 Enseignements professionnels Contrôle Quels enseignements de formulation en BTS? 30

31 Expertise Compétences évaluées : Méthodologie : questionnement du client, analyses sur place Connaissance du produit Connaissance des défauts et de leurs causes : vieillissement, problèmes de formulation, utilisation inadaptée Remédiations Quels enseignements de formulation en BTS? 31

32 Produits de soins et cosmétiques Exemple 2

33 Analyse de formule Formule d un shampooing Questions : Rôle des matières premières dans la formule Améliorations, modifications possibles : shampooing cheveux secs / gras, antipelliculaire, usage fréquent, 2 en 1, etc. Détermination de l extrait sec massique, etc. Quels enseignements de formulation en BTS? 33

34 Analyse de formule Formule d une crème hydratante Matières premières Pourcentages massiques Sorbitol 5,0 Eau 39,0 CMC (haute viscosité) 0,4 Cire d abeille 10,0 Huile de sésame 23,6 Huile de poisson hydrogénée 15,0 Monostéarate de sorbitane 2,5 Polysorbate 60 4,5 Parfum, conservateur q.s. Questions : Détermination de la HLB des tensioactifs (Monostéarate de sorbitane, et polysorbate 60) Calcul de la HLB du mélange Quels enseignements de formulation en BTS? 34

35 Formulation d une crème Choix de la phase grasse Détermination des HLB requis des ingrédients Calcul du HLB requis de la phase grasse HLBr (mélange) = x 1.HLBr 1 + x 2.HLBr 2 Choix de 2 tensioactifs 1 tensioactif hydrophobe, 1 hydrophile Les deux tensioactifs doivent être compatibles, etc. Détermination de la quantité des tensioactifs HLBr (mélange) = x.hlb 1 + (1-x).HLB 2 Calcul de x 35

36 Formulation d une microémulsion Formulation d un soin anti-cernes : - Microémulsion qui permet une meilleure pénétration de l épiderme - Produit actif : Vitamine C, acide férulique et acide phytique. Permettent la complexation du fer, afin d éviter la coloration des cernes Dépôt mélanique Suppression de la coloration Quels enseignements de formulation en BTS? 36

37 Formulation d une microémulsion Quels enseignements de formulation en BTS? 37

38 Formulation d une microémulsion? Emulsion Microémulsion Quels enseignements de formulation en BTS? 38

39 Formulation d une microémulsion D S i Quels enseignements de formulation en BTS? 39

40 Formulation d une microémulsion Quels enseignements de formulation en BTS? 40

41 Expertise Il y a quelques mois, les produits ont pu être testés par les esthéticiennes. Un rendez-vous a été convenu aujourd hui avec elles pour faire un premier retour d expérience. «La texture de la crème teintée est plutôt épaisse, ce qui la rend un peu difficile à appliquer. Sa couvrance est moyenne, ce qui ne permet pas toujours de cacher les imperfections.» «Il y a quelques problèmes avec le mascara: quand je l applique, il a tendance à faire des paquets inesthétiques. Je trouve également le prix élevé : jusqu ici, on ne peut pas dire qu on en ait vendu beaucoup à la boutique.» Travail à réaliser 1. Quelles questions allez-vous poser aux esthéticiennes pour mieux cerner les problèmes posés? 2. Quel est votre analyse pour le problème d application de la crème? Quel type d épaississant serait-il judicieux d employer? Quels autres paramètres pourraient être modifiés? 3. Quel type de contrôle pourrait-on mettre en place sur le mascara pour étudier le problème posé? 4. Comment formuler un mascara meilleur marché? 5. Une fois ces problèmes résolus, pourra-t-on mettre ces produits sur le marché? Quels enseignements de formulation en BTS? 41

42 Conclusion

43 Conclusion Attractivité de la formulation Importance de l innovation «Approche client» Relation structure propriété Site internet? 43