Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Émulsions cosmétiques“

Depuis plus de 20 ans, de nombreuses méthodes et techniques non invasives ont été développées en vue de mesurer le plus objectivement possible, les propriétés (physico-chimiques, sensorielles, etc.) des produits cosmétiques. Ces méthodes visent à évaluer leur innocuité et leur efficacité, et deviennent d’autant plus perfectionnées que les processus d’élaborations de ces produits deviennent complexes et innovants.Au cours de ces travaux de thèse, une étude multi-échelle, de l'évolution structurale d'émulsions cosmétiques représentatives des crèmes mises sur le marché a été menée, afin de prédire leur stabilité tant texturale que microbiologique.L’étude du lien entre l’organisation structurale de ces émulsions avec leur composition et leur stabilité a été un des premiers défis à relever. Grâce à une technique non destructive ultrasonore permettant d’accéder aux propriétés micro-rhéologiques (propriétés viscoélastiques observée lors d'une sollicitation harmonique de cisaillement à quelques MHz), en association à différentes techniques classiques de caractérisation (microscopie optique, rhéologie basse fréquence, etc.) ; il a été possible de corréler les paramètres micro-rhéologiques obtenus à des modèles physiques reliant structuration interne et stabilité dans les émulsions considérées. Les résultats ont montrés que les données micro-rhéologiques sont sensibles aux variations de compositions (concentration) et d’organisations microscopiques des micelles au sein des émulsions (floculation, coalescence, etc.).Ensuite, le suivi de l’évolution d’une bactérie type (Pseudomonas fluorescens) dans des émulsions possédant des structures internes différentes, a montré d’une part la sensibilité de la micro-rhéologie vis-à-vis de la présence de bactéries dans le milieu, et d’autre part, l’impact de la structure et l’organisation des micelles sur le développement de ces bactéries.Finalement, la micro-rhéologie apparait être une méthode de mesure innovante et adaptée à l’échelle industrielle apportant une valeur ajoutée lors du développement de formulations cosmétiques. D’un point de vue sécuritaire, le dépistage précoce de contaminations biologiques par la détection d’instabilités (de changements) structurales au sein des émulsions, pourrait représenter une avancée majeure lors des phases de production et de commercialisation des produits cosmétiques
In the last 20 years, many non-invasive methods and techniques have been developed in order to measure the properties (physicochemical, sensory, etc.) of cosmetic products. These methods are designed to evaluate their safety and effectiveness, and become even more sophisticated as the processes of developing these products become complex and innovative.During this thesis works, a multi-scale study of the structural evolution of cosmetic emulsions was conducted in order to predict their textural and microbiological stability.The study of the link between the structural organization of these emulsions with their composition and their stability was one of the first challenges. Thanks to an ultrasonic non-destructive technique allowing access to micro-rheological properties (viscoelastic properties observed during a harmonic loading of shear at a few MHz), in association with different classical characterization techniques (optical microscopy, low frequency rheology, etc. .); it was possible to correlate the micro-rheological parameters obtained with physical models linking internal structuring and stability in the emulsions considered. The results showed that micro-rheological data are sensitive to variations in compositions (concentration) and microscopic organization of micelles within emulsions (flocculation, coalescence, etc.).Then, the follow-up of the evolution of Pseudomonas fluorescens bacteria in emulsions with different internal structures showed on the one hand the sensitivity of micro-rheology towards the presence of bacteria in the cream, and on the other hand, the impact of the structure and organization of micelles on the development of these bacteria.Finally, micro-rheology appears to be an innovative measurement method adapted on an industrial scale providing added value when developing cosmetic formulations. From a safety point of view, the early detection of biological contaminations by the detection of structural instabilities (of changes) within emulsions could represent a major advance during the production and marketing phases of cosmetic products

Dans l'industrie cosmétique, la fabrication de lotions (émulsions macroscopiques) s'effectue souvent en mode semi-batch. Les protocoles de fabrication de ces lotions sont définis et extrapoles aux différentes échelles de production de façon très empirique. Afin de réduire cet empirisme, il est possible d'appliquer les méthodes du génie des procédés. Nous avons choisi une formulation modèle de lotion cosmétique, caractéristique de cette gamme de produits, dont le comportement rhéologique s'est avéré sensible aux fluctuations de protocole de fabrication. La qualité de l'émulsion finale a été définie par rapport a sa rhéologie (comportement en écoulement et spectroscopie mécanique) et a ses caractéristiques sensorielles. Les réacteurs de fabrication utilisés sont équipés de deux outils distincts : un outil de macro mélange pour l'homogénéisation, les transferts thermiques et l'alimentation du deuxième outil, une turbine cisaillante pour la rupture des gouttes. Nous avons utilise plusieurs tailles de réacteurs, depuis le microréacteur jusqu'aux réacteurs pilotes et de production industrielle, en passant par des mini-reacteurs de laboratoire. Les trois réacteurs de plus petite taille ont été équipés de capteurs de couple sur l'outil de macro mélange afin d'assurer le suivi in situ d'une viscosité de procédé pendant les différentes phases de la fabrication, notamment la phase d'émulsification proprement dite et la phase de gélification de la phase continue. Ils constituent alors ce que nous avons appelé des rhéo-réacteurs. Nous avons propose et valide deux critères d'extrapolation, le premier, lié à l'outil de macro mélange, basé sur une puissance volumique constante, et le second, appliqué simultanément et lié à la turbine cisaillante, basé sur une énergie volumique constante. Pour ce dernier critère, le volume de référence choisi est le volume cisaille dans la turbine.

La stabilite des emulsions multiples h/l/h a ete caracterisee par des analyses rheologiques, granulometriques et par microscopie optique. Des mesures rheologiques en ecoulement et en dynamique ont ete effectuees en simultane. La composition et la concentration du melange de tensioactifs lipophiles ont ete etudiee. Nous avons constate que le el 1598 (triglycerol triricinoleate) seul ou avec de faibles concentrations de span 80 (sorbitan monooleate) produisait la plus grande stabilite. Nous avons montre que la fraction volumique optimale de l'emulsion simple devait etre egale a 0,6. La presence d'une phase aqueuse interne hypertonique destabilisait les emulsions d'autant plus que le gradient de concentration etait eleve. Du chlorure de sodium en phase interne et externe a une concentration de 1 mol/l s'est avere stabiliser le plus l'emulsion. La comparaison de trois tensioactifs hydrophiles non-ioniques (copolymeres a blocs de peo-ppo) a montre que les concentrations en synperonic pe/f127 ne devait pas exceder 1,2% et 1,5% pour les synperonics pe/f108 et f68 au risque de former une emulsion simple l/h. Le synperonic pe/f108 produisait des systemes plus stables que le f127 mais d'elasticite inferieure et de granulometrie superieure. Le f68 donnait les emulsions les plus instables. Les observations microscopiques ont confirme les resultats obtenus par la rheologie et les analyses de taille des particules. La structure multiple de l'emulsion etait conservee plus de six mois a 20c. D'autre part, l'utilisation de 0,2% de carbopol 940 (acide polyacrylique) en phase aqueuse externe stabilisait l'emulsion plus d'un an a 40c contre le phenomene de cremage et prevenait l'expulsion des globules aqueux internes. Le resultat de cette etude a prouve qu'il etait possible d'obtenir une emulsion multiple stable. Les analyses rheologiques ont montre qu'elles etaient un outil puissant afin de caracteriser les emulsions multiples et leur stabilite sans necessite de diluer les emulsions au prealable

Le dioxyde de titane, composé minéral très utilisé dans les produits cosmétiques de protection solaire, est depuis peu incorporé sous forme de nanoparticules, ce qui suscite des interrogations sur les risques sanitaires induits. Nous avons élaboré un protocole d’émulsions huile-dans-eau permettant l’incorporation de nanoparticules de TiO2 à différents pourcentages (2,5-10%) et présentant deux traitements de surface hydrophobes distincts : un coating hybride isopropyl titanium triisostearate / triethoxycaprylylsilane et un coating triethoxycaprylylsilane. L’incorporation des nanoparticules permet de conserver la structure microscopique de l’émulsion et dans le même de temps de renforcer les propriétés rhéologiques. Les analyses physico-chimiques ont montré que l'état de floculation initial des émulsions est coating-dépendant. A 50°C, les émulsions se déstabilisent au cours du temps jusqu’à une agrégation très marquée des nanoparticules, et ce moins rapidement pour le coating hybride. Les formulations avec et sans nanoparticules sont légèrement cytotoxiques, avec un effet plus marqué pour les fortes concentrations en TiO2 et après vieillissement de 40 jours à hautes températures. Nous avons démontré que l’état de surface des nanoparticules extraites des formulations est modifié au cours du vieillissement par une adsorption de certains constituants de l’émulsion à la surface des nanoparticules. Ces nanoparticules modifiées sont plus cytotoxiques que les nanoparticules brutes. Les mécanismes de vieillissement induisent donc la libération de résidus de nanomatériaux plus toxiques que leur état initial, et pourraient conduire à un risque sanitaire pour l'homme l'environnement
Titanium dioxide, the most commonly used mineral compound in cosmetic sunscreen products, has recently been incorporated in the form of nanoparticles, which raises health issues. We have developed a protocol of oil-in-water emulsions that enables the incorporation of different amount (2.5-10%) of TiO2 nanoparticles coated with two distinct hydrophobic surface treatments: an isopropyl titanium triisostearate / triethoxycaprylylsilane hybrid coating and a triethoxycaprylylsilane coating. The incorporation of nanoparticles preserves the microscopic structure of the emulsion while enhancing the rheological properties. Physico-chemical analyses showed that the initial state of flocculation of the emulsions is coating-dependant. At 50°C, emulsions destabilize over time until a strong aggregation of nanoparticles, in a delayed way for the hybrid coating. Formulations with and without nanoparticles appear slightly cytotoxic, with an enhanced effect for high amount of TiO2 and for a 40 days aging at high temperatures. We have shown that the surface of nanoparticles extracted from the formulations has been modified during aging, due to an adsorption of chemicals of the emulsion to the nanoparticle surface. Such modified nanoparticles become more cytotoxic if compared to raw nanoparticles. Aging mechanisms can therefore release nanomaterials residues with an increased toxic activity compared to their initial state, and thus could lead to health hazard for humans and for the environment

La texture des produits cosmétiques est une notion complexe et multidimensionnelle, qui se doit d'être étudiée d'un point de vue sensoriel, mais aussi d'un point de vue instrumental, notamment par rhéologie et analyse de texture. Bien que les deux types de caractérisation semblent être liés, très peu d'études dans le domaine cosmétique ont pu relier la perception sensorielle de la texture aux propriétés instrumentales, rhéologiques et mécaniques des produits. L'objectif de ce travail de thèse a été double : d'une part étudier l'influence d'un ingrédient particulier, le polymère en tant qu'agent texturant, sur les propriétés finales de texture conférées à des crèmes cosmétiques, et d'autre part, mettre en place un outil de prédiction des propriétés sensorielles de texture, par des mesures instrumentales simples à mettre en œuvre. Huit polymères hydrophiles, d'origine naturelle, semi-synthétique ou synthétique ont été incorporés, chacun à hauteur de 1 % massique, dans une émulsion huile dans eau de composition relativement complexe, proche d'un produit réel. Une crème contrôle, sans agent texturant, a également été formulée. Basée sur la méthode Spectrum Descriptive Analysis, une méthodologie d'analyse sensorielle de la texture des crèmes a été développée, permettant de qualifier et quantifier la contribution de chaque polymère aux propriétés de texture finales des crèmes, à l'aide de 8 descripteurs, nommément Brillance, Intégrité de la Forme, Force de Pénétration, Force de Compression, Filant, Difficulté d'Etalement, Absorption et Collant. Ensuite, une analyse rhéologique des produits, réalisée à l'aide de différents tests d'écoulement, d'oscillation en déformation et en temps, et de fluage-relaxation, a permis de caractériser de manière fine le comportement des crèmes à l'échelle microscopique ; tandis qu'une large caractérisation des propriétés mécaniques des produits a été effectuée à l'aide d'un texturomètre, en mettant notamment en place divers tests imitatifs des protocoles d'évaluation sensorielle, et en faisant varier les nombreuses conditions expérimentales. Finalement, de très bons modèles de prédiction ont été obtenus pour six des huit propriétés sensorielles étudiées en utilisant des outils de régressions uni et multivariés. La robustesse et l'efficacité de prédiction des modèles mis en place pour l'Intégrité de la Forme, la Force de Pénétration et le Filant ont été vérifiées par une étape de validation croisée en utilisant 5 nouveaux produits commerciaux. Ainsi, un test imitatif de compression/tension réalisé au texturomètre permet de prédire le Filant, tandis qu'une combinaison de paramètres issus à la fois de tests rhéologiques et mécaniques permet de prédire les deux autres propriétés, et ce pour des produits de textures variées.

La conception de mélanges optimaux est un défi important dans de nombreux secteurs industriels, notamment pour les produits formulés comme les cosmétiques. En raison du grand nombre de combinaisons différentes d'ingrédients et de leurs niveaux d'utilisation, une question cruciale est de savoir comment définir un espace de recherche réduit en utilisant les connaissances disponibles. Pour cela, outre la prise en compte de certaines propriétés physico-chimiques essentielles du produit final, il est d'une importance capitale de tenir compte de la performance du produit telle que perçue par le consommateur final. Ici on a proposé une méthodologie pour trouver un ensemble de formulations plausibles de produits cosmétiques émulsifiés, basée sur une analyse intégrale floue des préférences du consommateur, intégrée à un outil d'optimisation d'entiers mixtes qui intègre des règles heuristiques disponibles et des modèles de propriétés. Deux études de cas d'émulsions cosmétiques ont été présentées pour illustrer la méthodologie. Dans un premier exemple utilisant des après-shampooings, les propriétés rhéologiques, texturales et microstructurales de neuf formulations alternatives, fabriquées en laboratoire, ont été mesurées pour valider la modélisation des produits émulsifiés. Ensuite, deux produits commerciaux de crèmes hydratantes ont été testés pour identifier les attributs les plus pertinents pour les consommateurs, en utilisant des mesures floues. Sur la base de cette évaluation, dix solutions, générées par ordinateur avec des coûts minimaux d'ingrédients ont également été fabriquées et évaluées, ce qui montre que la méthodologie proposée pourrait être bien adaptée pour accélérer les processus de reformulation ou d'étalonnage. En utilisant cette approche, les concepteurs de produits pourraient également estimer la pertinence et les interactions des attributs du consommateur et guider la conception d'autres produits formulés
The design of optimal mixtures is a major challenge in many industrial sectors, especially for formulated products such as cosmetics. Due to the large number of different combinations of ingredients and their quantities, a critical issue is how to define a narrow search space using available knowledge. For this purpose, besides considering some key physicochemical properties of the final product, it is of paramount importance to take into account the performance of the product as perceived by the final consumer. Here, we have proposed a methodology to find a set of plausible formulations for emulsified cosmetic products, based on a fuzzy integral analysis of the consumer preferences and integrated into a mixed-integer optimization tool that incorporates available heuristic rules and property models. Two case studies of cosmetic emulsions were given to illustrate the methodology. In a first example using hair conditioners, the rheological, textural, and microstructural properties of nine alternative formulations manufactured at a lab scale were measured to validate the modelling of emulsified products. Then, two commercial samples of skin moisturizers were tested to identify the most relevant consumer attributes using fuzzy measures. Based on this assessment, ten computer-generated solutions with minimum ingredient costs were also manufactured and evaluated, showing that the proposed methodology could be well adapted to accelerate reformulation or benchmarking processes. Using this approach, product designers could also estimate the relevance and interactions of subjective consumer attributes and guide the design of other formulated products

Les émulsions sont particulièrement présentes dans le domaine cosmétique. En fonction des nouvelles normes européennes, les industriels devront fournir davantage d'informations sur la composition, la toxicité et la durée d'utilisation des produits. Ils devront être capable d'estimer leur dégradation par des protocoles de vieillissement accéléré et des outils analytiques appropriés. Dans cette optique, les émulsions étudiées, ont été stockées à long terme à différentes températures pour accélérer leur vieillissement et évaluer leur stabilité. Leur évolution a été suivie par différentes techniques d'analyses : spectroscopie IRTF, rhéologie, microscopie, conductimétrie, texture. . . . La spectroscopie IRTF, par le biais d'indices structuraux, a révélé de nouvelles espèces issues de l'oxydation (identifiées par déconvolution) et des mécanismes d'oxydation ont été proposés. Les mesures rhéologiques, réalisées en parallèle, ont un aspect prédictif puisque des modifications des paramètres rhéologiques sont détectées pour des émulsions stables à l'œil nu et pour lesquelles aucune modification chimique n'est mesurée. De plus ces deux techniques ont permis de mettre en évidence l'influence de la nature de l'huile et de l'émulsifiant sur la stabilité des émulsions. Elles faciliteront ainsi le choix d'additifs
Emulsions play a major role in cosmetology. Given the new European standards, manufacturers will be compelled to provide more information on the products, in particular on their compositions, their toxicity and their expected lifetime. They will have to be able to assess the degradation through protocols of accelerated ageing and suitable analytical tools. Accordingly, the emulsions studied, were stored over a long-term duration at various temperatures to accelerate the ageing process and to evaluate the stability of cosmetic emulsions. Their evolution was followed by various classical analytical techniques: spectroscopy FTIR, rheology, microscopy, conductimetry, texture analysis. . . . Spectroscopy IRTF, using structural indices, revealed new species resulting from the oxidation (identified by deconvolution) and oxidation mechanisms are proposed. The rheological measurements, carried out at the same time, have a predictive aspect since modifications of the rheological parameters are detected for stable emulsions with the naked eye and for which no chemical modification is measured. Moreover these two techniques made it possible to highlight the influence of the nature of oil and of the emulsifier on the stability of the emulsions. Thus, they will ease the choice of additives