Solution de lavage : l'importance de la tension superficielle

L’opération de détergence est le processus selon lequel les souillures et salissures adhérentes sont enlevées du support et « mises en solution » avant d’être évacuées. Il existe de nombreuses techniques de lavage, avec et sans chimie traditionnelle, avec ou sans mécanisation. Bien que l’enlèvement des salissures fasse appel à une proportion plus ou moins variable des 4 facteurs du cercle de Sinner (température, temps, action chimique et action mécanique), la question de l’efficacité chimique de la solution de lavage utilisée se pose ; celle-ci pouvant être constituée d’eau et de détergent en chimie traditionnelle, ou sans chimie traditionnelle avec de l’eau dite électrolysée ou de l’eau ozonée.

Le règlement CE numéro 648/2004 du Parlement européen et du Conseil du 31 mars 2004, relatif aux détergents, définit la notion de détergent comme : « toute substance ou préparation contenant des savons et/ou d'autres agents de surface destinés à des processus de lavage et de nettoyage. Les détergents peuvent être présentés sous n'importe quelle forme (liquide, poudre, pâte, barre, pain, pièce moulée, brique, etc.) et être commercialisés ou utilisés à des fins domestiques, institutionnelles ou industrielles. ».

Les détergents sont composés d’agents de surface définis également dans le règlement comme « toute substance organique et/ou préparation utilisée dans des détergents, qui a des propriétés tensioactives et qui consiste en un ou plusieurs groupes hydrophiles et un ou plusieurs groupes hydrophobes d'une nature et d'une taille telles qu'il est capable de réduire la tension de surface de l'eau et de former des couches mono moléculaires d'étalement ou d'adsorption à l'interface eau/ air, ainsi que de former des émulsions, et/ou des microémulsions, et/ou des micelles, et de permettre l'adsorption à l'interface eau/solide. »  Lorsqu’il est nécessaire de désinfecter le support (exemple en agroalimentaire), la détergence précède toujours cette opération. En absence de contamination avérée, elle est suffisante dans la plupart du temps : il faut donc bien la maîtriser.

 Christophe Leclercq, Chef de projet, CTIP Conseil

1.Structure d’un composé tensioactif

Les composés tensioactifs sont constitués d’ions ou de molécules dont les atomes forment des chaînes allongées. Ces chaînes présentent une tête hydrophile qui peut se lier à l’eau et une queue hydrophobe qui ne peut pas se lier à l’eau.

Structure d’un composé tensioactif
Les composés tensioactifs sont constitués d’ions ou de molécules dont les atomes forment des chaînes allongées. Ces chaînes présentent une tête hydrophile qui peut se lier à l’eau et une queue hydrophobe qui ne peut pas se lier à l’eau.	Queue hydrophobe formée d'une longue chaîne carbonée ↓	Tête hydrophile ↓

 

 

Les composés tensioactifs se répartissent à la surface de l’eau pour former un film interfacial. Les têtes hydrophiles se substituent aux molécules d’eau de surface en abaissant la tension superficielle, c’est-à-dire en détruisant la « membrane » de surface.

Selon la nature de la tête hydrophile, on distingue quatre types de détergents.

 

LES 4 TYPES DE DÉTERGENTS
Les détergents anioniques (la tête hydrophile porte une charge électrique négative et se lie à l'eau par attraction d'un atome d'hydrogène)
Les détergents cationiques (la tête hydrophile porte une charge électrique positive et se lie à l'eau par attraction de l'atome d'oxygène)
Les détergents amphotères (la tête hydrophile porte une charge positive et se lie à l'eau par attraction de l'atome d'oxygène, la queue hydrophobe porte une charge négative)	-
Les détergents non ioniques n( ni la tête hydrophile, ni la queue hydrophobe ne portent de charge électrique, une liaison hydrogène se forme entre la tête et l'eau)

 

2.Étapes de la détergence

La détergence a pour objet le nettoyage des surfaces. Le processus de détergence se décompose en 3 étapes :

- mouiller,

- décrocher ou transformer chimiquement des salissures (pouvoir émulsionnant),

- emmener et ne pas les redéposer (pouvoir d’antiredéposition).

a. La mouillance

La mouillance est le pouvoir que possède un liquide à s’étaler sur une surface. La présence d’agents de surface dans les détergents améliore la mouillance, la tension superficielle est alors réduite. La valeur de la tension superficielle est influencée par :

- la dureté de l’eau, elle est estimée par le TH (Titre Hydrotimétrique) dont le taux s’exprime en degrés français « °f » (elle révèle la présence de carbonates de calcium et de magnésium),

- la température de l’eau,

- la présence d’agent de surface dans la solution.

Tableau 2

LES PARAMÈTRES INFLUENÇANT LA VALEUR DE LA TENSION SUPERFICIELLE DE L'EAU
Réduite / Plus favorable à la mouillance	Non réduite / Moins favorable à la mouillance
Eau douce (entre 8 et 15°f)	Eau dure (au-delà de 25°f)
Eau tiède ou chaude	Eau froide
Présence d'agent de surface	Absence d'agent de surface

Afin d’apprécier ou pas le pouvoir mouillant d’une solution détergente de lavage, il peut être réalisé un essai comparatif en prenant comme témoin l’eau distribuée par le réseau et la ou les solutions détergentes envisagées. Le test consiste a mesuré la surface couverte en mm² par un volume d’eau restreint.

Tableau 3

LES MATÉRIELS NÉCESSAIRES
Matériels nécessaires	Étapes
Pipette graduée (2 ml)	Glisser le papier millimétré sous le couvercle en verre Préparer la solution à tester À l’aide de la pipette graduée, prélever un volume de 0,2 ml de la solution Déposer ce volume dans le couvercle en verre Dénombrer le nombre de rectangles couverts par la solution Faire la même chose en prenant le même volume d’eau du réseau Comparer les résultats
Couvercle en verre type boîte de pétri
Papier millimétré
Conclusion: La solution la plus étalée sur le couvercle en verre a un pouvoir mouillant plus élevé, la tension superficielle est réduite. L'efficacité de l'action chimique sera donc plus élevée.

 

Une goutte d’eau dure ne s’étale pas, contrairement à une goutte d’eau provenant d’une solution détergente.

b. Le décrochage ou la transformation de salissures

La mouillance avait pour but de mettre en contact salissures et matières actives. Il faut maintenant les enlever du support. Cela peut se réaliser soit par transformation chimique, soit par mise en émulsion ou en suspension.

La transformation chimique

Le détartrage chimique : c’est la transformation de tartre insoluble en sels solubles par action d’un acide.

CaCO3  +  2 HCl     →       3 CaCl2       + CO2 + H2O

Carbonate   Acide chlorhydrique     Chlorure de calcium soluble   Gaz  Eau

La mise en émulsion ou dispersion

Cette phase correspond à la mise en suspension dans la solution de particules fines solides (dispersion) ou de particules fines liquides (émulsion), en provenance des salissures fixées sur le support. Ni dépôt, ni agglomérat ne doivent apparaître. Les souillures sont suffisamment morcelées (1 à 50 micromètres) pour rendre homogène (monophasique) la solution.

c. Le rinçage

Les salissures transformées, mises en suspension ou en dispersion doivent être évacuées pour éviter toute redéposition sur la surface. Cette phase est essentielle pour éviter un encrassement de cette même surface. L’aspiration, le raclage ou l’usage de bandeaux microfibres permettent de récupérer les résidus.

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