Study of the modifications of physico-chemical properties of water for cosmetic applications. Optimisation of an industrial light-based process
Cette thèse explore un procédé innovant basé sur la lumière, mis en œuvre par l'entreprise Terre de Couleur, visant à modifier certaines propriétés physico-chimiques de l'eau utilisée dans les formulations cosmétiques. Ces modifications pourraient potentiellement améliorer l'efficacit...
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| Autres auteurs: | , , , , , |
| Format: | Thèse numérique |
| Langue: | Anglais Français |
| Publié: |
2024.
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| Sujets: | |
| Accès en ligne: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2024ORLE1101_va.pdf https://theses.hal.science/tel-05293692 http://www.theses.fr/2024ORLE1101/abes https://theses.hal.science/tel-05293692 |
| Note: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures (Orléans, Loiret ; 2015-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Emilie Destandau (Président du jury) ; Nicolas Huang, Salvatore Magazù, Véronique Nardello-Rataj (Membre(s) du jury) ; Nicolas Huang, Salvatore Magazù (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Étude des modifications de propriétés physico-chimiques de l'eau pour des applications cosmétiques. Optimisation d'un procédé industriel basé sur la lumière |
| Résumé: | Cette thèse explore un procédé innovant basé sur la lumière, mis en œuvre par l'entreprise Terre de Couleur, visant à modifier certaines propriétés physico-chimiques de l'eau utilisée dans les formulations cosmétiques. Ces modifications pourraient potentiellement améliorer l'efficacité des produits ou réduire la quantité de matières premières requises. Ce travail s'inscrit dans un projet visant à mieux comprendre, optimiser et généraliser ce procédé dans l'industrie cosmétique. L'eau est un solvant communément utilisé dans les formules cosmétiques et pouvant représenter entre 60% et 80% du produit fini. Habituellement, de l'eau déionisée est utilisée dans les formulations, afin de limiter de possibles contaminations bactériennes. Cependant, cette eau dépourvue de minéraux ne semble pas répondre au procédé étudié dans ces travaux ; ainsi, des solutions aqueuses, c'est-à-dire des eaux minéralisées, ont été examinées. Un des résultats clés de cette étude est l'identification d'un indicateur indirect du procédé, à travers une molécule colorée, le Bleu Patenté V, dont le spectre UV-Visible change après irradiation. Ces observations ont permis l'optimisation de divers aspects du procédé, notamment la composition de la solution aqueuse, les caractéristiques de la lampe utilisée et le type de contenant. Ces optimisations validées à l'échelle du laboratoire peuvent maintenant être exportées à l'échelle d'un pilote industriel. Les résultats expérimentaux obtenus ont permis de découvrir que le procédé lumineux inhibe une évolution naturelle de la concentration en bicarbonates dans les solutions aqueuses. En effet, lorsqu'une solution aqueuse est exposée à l'air ambiant, le CO atmosphérique se dissout naturellement, provoquant une augmentation du pH et une augmentation de la conductivité. Or, lorsque la solution est soumise au procédé d'irradiation, cette augmentation est inhibée. Il a été démontré que la concentration en bicarbonates (HCO ) est plus élevée après irradiation, tandis que la concentration en carbonates (CO ) diminue. Ceci entraine des modifications d'autres propriétés, telle que la tension de surface et l'angle de contact, avec une baisse d'environ 15% entre la référence et la solution irradiée. Il a également été montré par spectroscopie Raman in situ que les liaisons hydrogènes entre les molécules d'eau sont impactées par le procédé. En revanche, ces modifications ne semblent être conservées après irradiation que lorsque les solutions sont minéralisées. Des analyses physico-chimiques ont également été menées sur les interactions entre les solutions irradiées et différents ingrédients cosmétiques, afin de comprendre l'amélioration des propriétés des produits cosmétiques formulés. Il a été observé que l'irradiation induit une réduction de la viscosité du mélange solutions aqueuses/tensioactifs d'environ 24%. Cependant, dès que les argiles sont ajoutées au mélange, tout impact du procédé d'irradiation disparait. De plus, les effets ne sont pas retrouvés lorsque les solutions aqueuses sont mélangées avec d'autres ingrédients cosmétiques, tels que les argiles, huiles et cellulose. Enfin, l'extension du procédé à d'autres liquides, comme des huiles ou des solvants, a confirmé l'importance des liaisons hydrogène et des minéraux, notamment les bicarbonates, pour observer les effets de l'irradiation. Cette recherche a posé les bases d'un nouveau procédé de traitement des solutions aqueuses, avec des modifications de propriétés physico-chimiques potentiellement intéressantes pour l'industrie cosmétique. Outre les techniques classiquement utilisées pour les liquides (pH, conductivité, redox ), un large éventail de techniques expérimentales a été utilisé pour étudier les propriétés macroscopiques (rhéologie, tension de surface ) et microscopiques (spectroscopies UV, IR-TF, Raman, DRX...) des solutions aqueuses. This thesis explores an innovative light-based process, implemented by the company Terre de Couleur, aimed at modifying certain physico-chemical properties of the water used in cosmetic formulations. These modifications could potentially enhance product efficiency or reduce the amount of raw materials required. This work is part of a project aimed at better understanding, optimising, and generalising this process within the cosmetic industry. Water is a commonly used solvent in cosmetic formulations, representing between 60% and 80% of the final product. Typically, deionised water is used in formulations to limit possible bacterial contamination. However, this mineral-free water does not seem to respond to the process studied in this research; therefore, aqueous solutions, i.e., mineralised waters, were examined. One of the key results of this study is the identification of an indirect process indicator through a coloured molecule, Patent Blue V, whose UV-Visible spectrum changes after irradiation. These observations allowed for the optimisation of various aspects of the process, including the composition of the aqueous solution, the characteristics of the lamp used, and the type of container. These optimisations, validated at the laboratory scale, can now be transferred to an industrial pilot scale. Experimental results have shown that the light-based process inhibits a natural increase in bicarbonate concentration in aqueous solutions. Indeed, when an aqueous solution is exposed to ambient air, atmospheric CO naturally dissolves, causing an increase in pH and conductivity. However, when the solution is subjected to the irradiation process, this increase is inhibited. It has been demonstrated that bicarbonate (HCO ) concentration is higher after irradiation, while carbonate (CO ) concentration decreases. This results in modifications to other properties, such as surface tension and contact angle, with a reduction of approximately 15% between the reference and the irradiated solution. It was also shown by in-situ Raman spectroscopy that hydrogen bonds between water molecules are affected by the process. However, these changes only appear to be retained after irradiation when the solutions are mineralised. Physico-chemical analyses were also conducted on the interactions between the irradiated solutions and various cosmetic ingredients to understand the improvement in properties of the formulated cosmetic products. It was observed that irradiation induces a reduction in the viscosity of aqueous solution/surfactant mixtures by approximately 24%. However, as soon as clays are added to the mixture, any impact of the irradiation process disappears. Additionally, the effects are not observed when aqueous solutions are mixed with other cosmetic ingredients, such as clays, oils, and cellulose. Finally, extending the process to other liquids, such as oils or solvents, confirmed the importance of hydrogen bonds and minerals, particularly bicarbonates, in observing the effects of irradiation. This research has laid the foundations for a new process for treating aqueous solutions, with potentially interesting physico-chemical property modifications for the cosmetics industry. Besides the techniques commonly used for liquids (pH, conductivity, redox, etc.), a wide range of experimental techniques was used to study the macroscopic (rheology, surface tension, etc.) and microscopic (UV, IR-FT, Raman, XRD spectroscopies, etc.) properties of the aqueous solutions. |
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| Description: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures (Orléans, Loiret ; 2015-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Emilie Destandau (Président du jury) ; Nicolas Huang, Salvatore Magazù, Véronique Nardello-Rataj (Membre(s) du jury) ; Nicolas Huang, Salvatore Magazù (Rapporteur(s)) |
| Format: | Configuration requise : un logiciel capable de lire un fichier au format : PDF |
| Accès: | Thèse soumise à l'embargo de l'auteur jusqu'au 01 octobre 2025 |