Et si nous parlions

mesure physique !

SOMMAIRE

PRESENTATION DE LA SOCIETE CAP LABO A PROPOS LA SOCIÉTÉ CAP LABO

LES GRANDES THÉMATIQUES

THÉMATIQUE 1 : LA VISCOSITÉ Quelle est la viscosité de mon produit ? La mesure de Viscosité que j’ai définie est-elle pertinente ? Pourquoi je ne trouve pas la même viscosité que mon fournisseur ?

THÉMATIQUE 2 : LA RHÉOLOGIE Quelle est la différence entre la rhéologie et la viscosité ? Quel instrument chosir pour analyser la rhéologie de mon produit ? La rhéologie, c’est compliqué !!

THÉMATIQUE 3 : LA TEXTURE Quel lien entre Analyse Sensorielle et Mesure de Texture ? Texture / Viscosité, quel choix de technologie adopter ? Quel paramètre reflète le mieux la Texture de mon produit ?

EN BREF

PRESENTATION CAP LABO

A PROPOS

Philippe PORTAILCRÉATEUR ET DIRIGEANT DE CAP LABO

Besoin d’un nouveau CAP ?

Étant donné l’évolution des technologies et des normes qualité produit qui deviennent de plus en plus exigeantes, les laboratoires doivent mettre en place de nombreuses mesures sans être spécialiste d’aucune d’entre elles, bien entendu. Parfois, le matériel utilisé n’est pas du tout adapté au produit formulé, d’autres fois les valeurs mesurées sont difficiles à interpréter.

Face à ces difficultés, beaucoup de questions se posent sur les résultats de mesures ou bien sur les techniques ou méthodes à utiliser. La mesure physique comprenant énormément de pa-ramètres à prendre en compte pour réaliser le produit souhaité, est un exemple caractéristique de ces problématiques présentes dans tous les domaines d’activité.

Passionné de rhéologie depuis de nombreuses années, j’ai voulu mettre au service des entre-prises des solutions innovantes en réponse à leurs problèmes que j’ai bien souvent pu remar-quer. Dès lors, la société Cap Labo est apparue comme une évidence. A travers cette identité, je veux aider à redéfinir les axes prioritaires et indispensables pour les laboratoires.

À la recherche de l’excellence et du produit parfait, Cap Labo vous accompagne et vous oriente.

Dans ce livre blanc, j’ai voulu vous faire partager à quels types de problèmes nous pouvons être confronté et mieux comprendre les lois de la mesure physique.

1E T S I N O U S P A R L I O N S M E S U R E P H Y S I Q U E !

LA SOCIÉTÉ CAP LABOCap Labo est née en 2017 d’un constat fait au fil des années. Se positionnant en tant que support et accompagnateur des laboratoires au sein des entreprises et des organismes d’enseignement, nous sommes à votre écoute.

Lorsque l’on parle de rhéologie, texture, mesure physique... nous avons parfois l’impression d’être submergés par un grand nombre d’informations et nous ne savons plus commentprocéder. La démarche de Cap Labo est de vous aider à rassembler toutes les informations utiles et recentrer l’analyse sur votre produit.

Les activités proposées par la société sont diverses et souhaitent répondre aux différentes difficultés que l’on peut rencontrer dans son espace de travail.

Les partenariats avec des universités scientifiques et laboratoires industriels a permis à la société Cap Labo de vous offrir des solutions personnalisées et pertinentes

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1. LA VISCOSITÉ

Q U E L L E E S T L A V I S C O S I T É D E M O N P R O D U I T ?

Cette question souvent posée, mérite que l’on précise qu’il existe plusieurs valeurs de Viscosité pour qualifier un produit :

- La Viscosité cinématique u (nu), issue d’une mesure de temps d’écoulement, tient compte de la gravité et concerne plutôt les fluides peu visqueux et au comportement rhéologique simple : fluides Newtoniens (nous y reviendrons…). Elle s’exprime en Stokes, cStokes ou cm2/s.

- La Viscosité dynamique h (Eta), qualifie la plupart des produits formulés ; elle s’affranchit de l’effet de la densité et se mesure le plus couramment avec des instruments rotatifs. Elle peut tenir compte du comportement rhéologique du produit, ce qui lui donne un caractère absolu. Ses unités dans le système SI sont le Pa.s et le mPa.s (1 mPa.s = viscosité de l’eau à 20°C) ou la Poise et cPoise, chères à nos amis anglo-saxons…

- Dans le domaine des polymères, il existe d’autres valeurs de viscosité telle que La Viscosité spécifique, la Viscosité intrinsèque et la viscosité relative, qui permettent de calculer la masse molaire moyenne viscosimétrique de ces polymères en solution.

Il est donc important de clairement définir quelle information on souhaite recueillir avant de se lancer dans une mesure de « Viscosité » qui pourrait s’avérer difficile voire inutile pour mieux qualifier son produit.

LES GRANDESTHÉMATIQUES

3E T S I N O U S P A R L I O N S M E S U R E P H Y S I Q U E !

L A M E S U R E D E V I S C O S I T É Q U E J ’ A I D É F I N I E E S T - E L L E P E R T I N E N T E ?

La réponse à cette question amène en fait à se poser d’autres questions :

- Pourquoi ai-je besoin de la valeur de viscosité ? répondre à une norme, vérifier la stabilité de la qualité du produit, valider un procédé industriel, innover, fournir une spécification à un client…. Définir le but de cette mesure est la première étape

- Est-ce que la température à laquelle je réalise la mesure reflète le moment que je souhaite caractériser ? il est très important de se placer au plus près de ce que subit le produit dans son cycle de vie.

- Les résultats quantifiés de cette mesure me permettent-ils d’identifier des écarts que je juge significatifs entre deux produits ? La précision d’une mesure ne suffit pas à la rendre pertinente.

- Quelles informations dois-je communiquer autour de cette valeur de viscosité ? Préciser la norme utilisée où les conditions de mesure aideront à dialoguer entre services, avec vos clients et vos fournisseurs.

P O U R Q U O I J E N E T R O U V E P A S L A M Ê M E V I S C O S I T É Q U E M O N F O U R N I S S E U R ?

Cette interrogation très fréquente et tout à fait légitime voit sa source dans la notion de comportement rhéologique, que nous traiterons dans le second chapitre

Néanmoins, il est assez facile de résoudre cet aspect sans trop investir où sans retourner sur les bancs de nos chères universités. Cela passe par un dialogue précis et clair sur les conditions de mesure établies par les uns et les autres.

Plus les informations qui accompagnent la valeur de viscosité fournie sont nombreuses et plus il est facile de s’y référer pour réaliser une mesure dans des conditions les plus proches avec ses propres moyens.

Bien entendu, certaines normes en place ou des contraintes produits : volume disponible, température d’analyse, type de produit exigeront de recourir des matériels identiques ou à utiliser des instruments polyvalents qui s’adapteront à la plupart des conditions énoncées.

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Q U E L L E E S T L A D I F F É R E N C E E N T R E L A R H É O L O G I E E T L A V I S C O S I T É ?

2. LA RHÉOLOGIE

Ces deux termes ne sont pas à opposer mais ils sont bien en relation l’un avec l’autre :

La Viscosité est en fait l’élément unitaire qui va être utilisé lors des études rhéologiques menées sur un produit. Elle est donc prépondérante et intrinsèquement liée au comportement rhéologique du produit.

La Rhéologie, ou « science de l’écoulement », permet de connaitre et comprendre, comment un fluide va se comporter sous l’influence de paramètres au cours de sa fabrication, de son conditionnement, son stockage, son transport, et bien entendu son utilisation par tout un chacun.

Les paramètres principaux qui influent sur la viscosité et se traduisent en études rhéo-logiques sont : la Température, la Déformation ou le Cisaillement ainsi que le Temps.

Des grandes familles de produits sont ainsi déterminées, qui correspondent à des propriétés physiques souhaitées (la plupart du temps…) par les formulateurs. Compte tenu du fait que plusieurs facteurs peuvent interférer sur la valeur de viscosité, il est important d’en connaitre l’influence afin d’ajuster au mieux la formulation, le procédé de fabrication, le packaging ou l’application du produit.

On parlera de produits Newtoniens pour tous les produits fluides ou visqueux dont la viscosité ne varie qu’avec la température. L’eau, les huiles, les solvants, le miel, les vernis et autres peintures glycérophtaliques entrent dans cette catégorie. Une simple mesure de viscosité à une température définie suffit à les caractériser.

Les produits formulés, ont pour la plupart une tendance à devenir plus fluide qu’à l’état repos lorsqu’ils sont déformés ou cisaillés, on les nomme produits Visco-fluidifiant ou Rhéo-fluidifiant.

On distinguera les fluides Pseudoplastiques, Visco-fluidifiant qui s’écoulent par gravité : Shampoings, emulsions…. Des produits plastiques pour lesquels il faut franchir une contrainte seuil pour commencer à s’écouler, typiquement : - Ketchup- Dentifrice- Peintures- Chocolat

5E T S I N O U S P A R L I O N S M E S U R E P H Y S I Q U E !

Q U E L I N S T R U M E N T C H O I S I R P O U R A N A L Y S E R L A R H É O L O G I E D E M O N P R O D U I T ?

Comme vous l’avez compris, les tests qui servent à mesurer les différents comportements rhéologiques nécessitent des instruments et logiciels adaptés.

Beaucoup d’idées reçues vont orienter le choix des utilisateurs vers des instruments souvent sophistiqués, coûteux et complexes à mettre en œuvre, avec des résultats difficiles à interpréter pour la plupart.

Nos conseils dans ce domaine sont de résonner de manière pragmatique en fonction du produit à analyser : quel volume ?, quel ordre de grandeur de viscosité ?, quel est sa nature?produit chargé ou non ?…

Et de l’objectif que vous vous fixez : - Quel est le niveau d’expertise souhaité (Contrôle Qualité, R&D, Recherche fondamentale) ?- Quel est mon budget ?- Ais-je les compétences en interne pour bien utiliser un tel équipement et en interpréter toutes les données ?

Autant de questions qui vont vous guider vers le choix le plus cohérent en terme de matériel, d’accessoires et de méthodes selon vos besoins.

D’autres informations telle que le visco-élasticité peuvent être intéressantes à analyser, lorsque l’on note des problèmes de stabilité ou de tenue voire d’adhésivité dans certains cas. Des mesures spécifiques sont alors nécessaires.

Comme nous l’avons indiqué précédemment, le temps peut infléchir également la viscosité du produit, on parle alors de Thixotropie, chute de viscosité en fonction du temps de cisaillement. Ce phénomène réversible, s’ajoute au comportement Visco-fluidifiant. Il est souvent difficile à maîtriser et peu engendrer des erreurs de qualité produit et même des problèmes de processus indutriels.

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L A R H É O L O G I E , C ’ E S T C O M P L I Q U É ! !Cette phrase, entendue à de multiples reprises, et qui se justifie par les phénomènes physiques qu’elle met en évidence et par les méthodes d’analyse mathématiques utilisées pour modéliser ces comportements pourtant si familiers, n’a rien de définitif.

En effet, tout dépend de l’approche qui en est faite. Bien souvent, aborder de manière théorique, elle se révèle complexe à comprendre et à mettre en œuvre et laisse donc assez vite place à des mesures empiriques et ancestrales, pas toujours utiles cependant.

Une approche produit sera, au contraire, beaucoup plus riche d’informations, très rapidement et permettra la définition de méthodes de contrôle judicieuses et discriminantes.

Ainsi, la norme OICCC, établie pour le chocolat dès les années 1970, époque où l’informatique n’existait pas , a permis de définir la mesure de Viscosité du chocolat à 40°C, avec détermination de la Limite d’écoulement selon CASSON, afin d’obtenir les deux paramètres qui qualifient, encore aujourd’hui la structure d’un chocolat, provenant de sa teneur en beurre de Cacao, et sa viscosité sous cisaillement une fois sa LE franchie.

Cette méthode de « contrôle rhéologique » simple et complète prouve que la rhéologie est présente dans tous vos produits, qu’elle peut apporter des solutions à vos problèmes de qualité, pompage, stabilité, application, de manière plus aboutie qu’une simple valeur de viscosité et sans être trop complexe à utiliser et analyser.

7E T S I N O U S P A R L I O N S M E S U R E P H Y S I Q U E !

3. LA TEXTURE

Q U E L L I E N E N T R E A N A L Y S E S E N S O R I E L L E E T M E S U R E D E T E X T U R E ?

- L’Analyse Sensorielle, très développée dans le milieu agro-alimentaire et le milieu cosmétique, rassemble un panel de « testeurs » pour définir et juger des qualités sensorielles des produits : visuelles, olfactives, tactiles, auditives et gustatives. Ce panel détermine des critères d’acceptabilité des produits selon un cahier des charges consommateur. Bien que très pertinents, ces tests mobilisent de 20 à 60 personnes selon les tests ; ils ne sont pas complétement objectifs et ne permettent aucune quantification des qualités produits.

- La Mesure de Texture, apparue plus récemment, utilise le principe de mesure de Force, par rapport à un mouvement axial de compression ou de traction qu’exerce une sonde, choisie par l’utilisateur. Elle se révèle être particulièrement discriminante sur les critères de consistance, cohésion, élasticité et adhésion qui qualifient bon nombre de produits pâteux et semi-pâteux dans tout type d’industrie.

Sa facilité de mise en œuvre, car elle s’adapte à l’échantillon, et sa simplicité de compréhension avec un aspect non-destructif, lui permettent de devenir un outil très complémentaire à la mesure de viscosité. La mise en concordance des données issues de l’Analyse Sensorielle et celles des mesures de Texture peut être menées pour les aspects tactiles (consistance, élasticité, cohésion…), auditifs (craquant), gustatifs (collant, moelleux, craquant, élastique…) et visuels (Cohésion, adhésivité…) mais pas pour l’aspect Olfactif de l’Analyse Sensorielle.

Le gain de temps, et l’obtention de données chiffrées objectives, donnent à la mesure de Texture de plus en plus de possibilités pour entrer dans les laboratoires de très nombreux domaines d’activités.

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T E X T U R E / V I S C O S I T É , Q U E L C H O I X D E T E C H N O L O G I E A D O P T E R ?Les mesures physiques ont ceci de contraignant, elles s’appuient sur des lois de dynamiques des fluides ou des solides qui ne transigent pas avec la terminologie. Ainsi, on entend de plus en plus parler de «la TEXTURE » d’un lait, « l’ELASTICITE » d’une crème, « l’ONCTUOSITE » d’un yaourt, « la TENUE » d’un gel….. Autant de tendances verbales qui traduisent souvent mal le comportement réel des produits et qui peuvent induire en erreur lors de l’orientation vers le choix d’une technologie d’analyse.

Soyons clair, la mesure de viscosité dynamique est le meilleur moyen de qualifier un produit fluide type lait, yaourt, et même une crème.

La mesure Rhéologique sera préférée si on doit rechercher des seuils d’écoulement de gels, de crèmes épaisses et de tout produit qui doit tenir sur un support après application.

La mesure de Texture, quant à elle sera à privilégier pour les produits semi-solides et solides ainsi que pour les analyses directes sans prélèvement d’échantillon, non destructives, et pour la mesure des propriétés élastiques et adhésives des produits.

Q U E L P A R A M È T R E R E F L È T E L E M I E U X L A T E X T U R E D E M O N P R O D U I T ?Si le principe et la réalisation d’une mesure de Texture est simple à appréhender, il n’en va pas toujours de même pour l’interprétation des résultats et des paramètres mesurés.

Ainsi, si la consistance ou la fermeté d’un gel est en relation direct avec la Force Maximum mesurée pendant une phase de compression, il est moins évident de quantifier les aspects filant ou cassant, qui sont la conjonction de deux critères mesurés que sont l’élasticité et l’adhésivité.

Comme pour toute mesure physique, le choix des conditions opératoires est déterminant pour obtenir des résultats qui peuvent être reliés au comportement du produit : choix de la sonde, vitesse utilisée, distance de compression, type de test…l’aspect quantifié de la mesure ne doit intervenir qu’en dernier lieu, une fois que vous êtes sur de bien différencier deux produits qui vous apparaissent dissemblables et que vous avez déterminés le, ou plus généralement, les paramètres mesurés qui qualifient ces écarts.

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EN BREFNous aimerions en guise de conclusion vous posez, à notre tour, quelques questions :

•Vous étiez-vous déjà posé l’une des questions évoquées précédemment ?

• Avez-vous apprécié les éléments de réponse que nous avons suggéré ?

• Est-ce que la Mesure Physique vous apparait plus claire et utile au quotidien ?

• Une approche plus approfondie de vos propres problématiques serait-elle utile ?

• Vous avez des questions complémentaires ?

Si vous répondez Oui à au moins l’une de ces questions, nous sommes heureux d’avoir contribué à vous familiariser avec ces notions et nous pensons que CAP LABO peut vous accompagner bien plus dans votre quotidien sur tous ces aspects et bien d’autres encore.

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