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Recherche

L’X et Nestlé inventent les bulles du futur à base de microfluidique

Une équipe de chercheurs du laboratoire d’hydrodynamique de l’École polytechnique et du groupe Nestlé collaborent depuis plusieurs mois dans le cadre d’un contrat de recherche. Leurs résultats, qui portent sur la stabilité des bulles, ont été publiés dans la revue "Physical Review X".

Leur article vient d’être publié dans Physical Review X, l’une des plus prestigieuses publications scientifiques dans le domaine de la physique. Après deux ans de travail, Charles Baroud, Professeur associé à l’École polytechnique, Nicolas Taccoen, doctorant au Laboratoire d’hydrodynamique (École polytechnique/CNRS) et Deniz Gunes, chercheur au Centre de Recherche Nestlé à Lausanne (Suisse), ont réussi à identifier les conditions qui prolongent la « vie » des bulles dans les mousses, en utilisant une modélisation microfluidique.

« Les mousses sont partout : dans l’alimentaire comme pour la mousse au chocolat, dans la cosmétique avec la mousse à raser ou encore dans le bâtiment avec la mousse isolante utilisée pour les murs d’une habitation », indique Charles Baroud, spécialiste de la microfluidique dont l’objet est la manipulation des fluides à des échelles micrométriques. Une mousse se compose en effet de bulles qui sont des structures dynamiques pouvant fusionner entre elles, mais aussi croître ou diminuer et disparaître en l’espace de quelques secondes. L’enjeu des recherches menées par l’équipe de chercheurs est de stabiliser les bulles dans le temps afin que la mousse conserve son aspect et ses propriétés initiales le plus longtemps possible.

Recouvrir la surface des bulles de petites particules solides

« La façon la plus courante de stabiliser une mousse est d’ajouter un émulsifiant moléculaire, composante essentielle dans les desserts aérés, qui stabilise les bulles d'air afin qu'elles ne fusionnent pas entre elles », précise le professeur associé au département de mécanique de l’X. Toutefois, une solution alternative, qui avait déjà été démontrée, consiste à recouvrir la surface des bulles avec de petites particules solides, telles que par exemple des billes de protéines, pour une mousse alimentaire. Mais, jusqu’ici, aucun scientifique ne savait expliquer les équilibres physiques sous-jacents à ce phénomène. L’équipe de chercheurs de l’École polytechnique et de Nestlé a été la première à y répondre.  

Durant ces recherches, une technique expérimentale unique, basée sur la microfluidique, a été mise en place pour examiner la stabilité des bulles sous différentes valeurs de stress, et pour identifier les conditions qui prolongent potentiellement la « vie » des bulles dans les mousses. « Cette approche permet d’identifier et de comprendre les conditions qui conduisent à l’effondrement des bulles dans les produits alimentaires aérés, à travers des mesures de la résistance d’une bulle qui est recouverte avec des particules », détaille Charles Baroud. Autre apport, ces mesures sont associées à un modèle théorique - développé en collaboration avec François Lequeux, directeur scientifique de l’ESPCI Paris Tech - qui sert à prédire l’évolution globale d’une mousse, celle-ci étant composée d’un grand nombre de bulles interagissant entre elles.

Des applications potentielles dans de nombreux domaines

Ces résultats de recherche pourraient être appliqués pour les produits alimentaires dans le cadre du contrat de recherche entre le groupe Nestlé et l’École polytechnique. « Nous allons travailler ensemble sur l’utilisation de particules naturellement présentes dans les aliments pour stabiliser les mousses », poursuit le professeur. Ces résultats de recherche pourraient également permettre d’augmenter la durée de vie des mousses et, potentiellement, de réduire la quantité de matières grasses utilisée dans les produits.

Plus largement, les mousses étant présentes dans de nombreux domaines, des applications de ces résultats de recherche dans l’industrie cosmétique, pharmaceutique ou encore dans le bâtiment pourraient voir le jour. Dans le secteur du BTP, le béton cellulaire, composé de bulles, pourrait notamment bénéficier de ces avancées. Pour Florent Dalas, ingénieur au centre de recherche de LafargeHolcim, le groupe franco-suisse de matériaux de construction, ces recherches pourraient être révolutionnaires : « Grâce à des bulles plus stables, le béton cellulaire ou « béton de mousse » pourrait être allégé tout en conservant ses qualités de résistance, et l’on pourrait imaginer des matériaux qui n’existent pas encore aujourd’hui avec une empreinte carbone réduite ».

> Lire la publication dans Physical Review X