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S21 – Interpréter une mesure de conductivité (CQ)⚓︎

1️⃣ Qu'est-ce que la conductivité ?⚓︎

Définition⚓︎

La conductivité (notée σ, lettre grecque « sigma ») mesure la capacité d'une solution à conduire le courant électrique.

Principe : Le courant circule grâce aux ions (porteurs de charge) qui se déplacent sous l'effet d'une tension électrique.

Unité SI : siemens par mètre (S/m)

Unité usuelle en cosmétique : microsiemens par centimètre (µS/cm)

Conversion : 1 S/m = 10 000 µS/cm

Pièges d’unités et de mesure : - 1 mS/cm = 1000 µS/cm - σ dépend de la température : comparer uniquement des mesures réalisées à température identique.

Conductance, conductivité et constante de cellule : - La conductance (notée G, en S) dépend de la cellule de mesure : G = 1/R. - La conductivité (σ) est une propriété de la solution : σ = K × G. - K est la constante de cellule (géométrie des électrodes) : K = ℓ/A (en m⁻¹ ou cm⁻¹). - La résistivité (ρ) est l’inverse de la conductivité : ρ = 1/σ (en Ω·m). - Selon les documents, la conductivité peut aussi être notée κ.

Principe de mesure⚓︎

On plonge deux électrodes dans la solution et on applique une tension électrique : - Les cations (+) migrent vers l'électrode négative - Les anions (–) migrent vers l'électrode positive - Ce déplacement d'ions crée un courant électrique - Plus le courant circule facilement, plus σ est élevée

📋 Texte
    Conductimètre
    ┌─────────┐
    │  σ = ?  │
    │ µS/cm   │
    └──┬──┬───┘
       │  │     ← électrodes
    ┌──┼──┼───┐
    │  │  │   │
    │ ⊕→ ←⊖  │  ← ions en mouvement
    │ ⊖→ ←⊕  │
    │  │  │   │
    └─────────┘
      Solution

Solutions conductrices et non conductrices⚓︎

Type de solution Exemples σ Explication
Eau pure Eau ultrapure ≈ 0,05 µS/cm Pas d'ions
Solutions ioniques NaCl, HCl, NaOH dans l'eau Élevée Ions dissous : Na⁺, Cl⁻, H₃O⁺, HO⁻…
Solutions moléculaires Glycérol, éthanol dans l'eau Très faible Molécules non chargées
Huiles Jojoba, silicones ≈ 0 Pas d'ions, solvant apolaire
📋 Texte
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                                                             │
│   📌 À RETENIR – CONDUCTIVITÉ :                            │
│                                                             │
│   • σ mesure la capacité à conduire le courant              │
│   • Seules les solutions contenant des IONS conduisent      │
│   • L'eau pure et les huiles sont ISOLANTES                 │
│   • Unité : S/m (ou µS/cm en cosmétique)                    │
│                                                             │
│   Rappel S11 : NaCl → Na⁺ + Cl⁻ (dissociation ionique)      │
│                                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

2️⃣ Facteurs influençant la conductivité⚓︎

Quatre facteurs principaux modifient la valeur de σ :

Facteur Effet Explication Exemple cosmétique
Concentration en ions σ ↑ quand C ↑ Plus d'ions = plus de porteurs de charge Sérum physiologique (9 g/L NaCl) → σ très élevée
Nature des ions Petits ions mobiles → σ ↑ H₃O⁺ et HO⁻ sont les ions les plus conducteurs Lotion acide (riche en H₃O⁺) → σ élevée
Température σ ↑ quand T ↑ Ions plus agités → migrent plus vite Toujours noter T lors d'une mesure CQ
Solvant Solvant polaire → σ ↑ Seul un solvant polaire dissocie les ions Phase aqueuse : σ élevée ; phase huileuse : σ ≈ 0
📋 Texte
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│                                                             │
│   📌 À RETENIR – RÈGLE D'OR DU CQ :                        │
│                                                             │
│   Toute mesure de conductivité doit être réalisée           │
│   à TEMPÉRATURE CONTRÔLÉE (généralement 25°C)               │
│   pour être comparable au cahier des charges.               │
│                                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

3️⃣ Application n°1 : type d'émulsion (H/E vs E/H)⚓︎

Principe⚓︎

Type d'émulsion Phase continue Phase dispersée σ
H/E (huile dans eau) Eau (contient des ions) Gouttelettes d'huile Élevée (> 50 µS/cm)
E/H (eau dans huile) Huile (pas d'ions) Gouttelettes d'eau Faible (< 10 µS/cm)

Emulsion H/E et Emulsion E/H
Emulsion H/E et Emulsion E/H
Phase continue = EAU Vs Phase continue = HUILE

Pourquoi ça fonctionne ?⚓︎

Le courant circule dans la phase continue (celle qui relie les deux électrodes) : - Phase continue = eau → ions migrent → σ élevée - Phase continue = huile → pas d'ions → σ très faible

Exemples cosmétiques⚓︎

Produit Type σ typique Justification
Crème de jour légère H/E 800–1 200 µS/cm Phase aqueuse continue, toucher frais
Lait démaquillant H/E 900–1 500 µS/cm Facile à rincer, texture fluide
Baume à lèvres E/H 2–8 µS/cm Film occlusif, protection barrière
Cold cream E/H 1–5 µS/cm Texture riche, effet protecteur
📋 Texte
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│                                                             │
│   📌 À RETENIR – TYPE D'ÉMULSION :                         │
│                                                             │
│   • σ > 50 µS/cm → émulsion H/E                             │
│   • σ < 10 µS/cm → émulsion E/H                             │
│   • Entre 10 et 50 µS/cm → zone ambiguë                     │
│     (test complémentaire nécessaire)                        │
│   • Test RAPIDE et NON DESTRUCTIF                           │
│                                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

4️⃣ Application n°2 : suivi de stabilité⚓︎

Principe⚓︎

En mesurant σ au cours du temps, on suit la stabilité d'une émulsion :

Observation Interprétation
σ constante dans le temps Émulsion stable
σ diminue lentement Légère modification (sédimentation, crémage)
σ chute brutalement Inversion de phase probable (H/E → E/H)
σ augmente brutalement Inversion inverse (E/H → H/E) ou dissolution d'ions

Inversion de phase⚓︎

L'inversion de phase est un phénomène de déstabilisation où l'émulsion change de type : - Une émulsion H/E (σ élevée) devient E/H (σ faible) - Causes possibles : température extrême, mauvais tensioactif, cisaillement mécanique

📋 Texte
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│                                                             │
│   📌 À RETENIR – STABILITÉ :                               │
│                                                             │
│   Un CHANGEMENT BRUTAL de σ au cours du temps               │
│   signale une DÉSTABILISATION de l'émulsion.                │
│   → Signal d'alerte CQ : quarantainer le lot !              │
│                                                             │
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5️⃣ Application n°3 : CMC d'un tensioactif⚓︎

Qu'est-ce que la CMC ?⚓︎

La Concentration Micellaire Critique (CMC) est la concentration en tensioactif à partir de laquelle les molécules s'organisent en micelles.

Avant la CMC Après la CMC
Tensioactifs libres (monomères) Tensioactifs organisés en micelles
Pas de solubilisation des corps gras Solubilisation des corps gras dans le cœur des micelles
σ augmente proportionnellement à C σ augmente plus lentement

Détermination par conductimétrie⚓︎

Pour un tensioactif ionique :

Courbe de conductivité en fonction de la concentration
Courbe de conductivité en fonction de la concentration

Méthode : 1. Tracer σ = f(C) 2. Identifier la rupture de pente 3. Tracer les deux droites moyennes 4. L'intersection donne la CMC

Explication de la rupture de pente⚓︎

Phase Ce qui se passe Effet sur σ
Avant CMC Chaque tensioactif ionique ajouté libère des ions σ ↑ fortement (∝ C)
À la CMC Les monomères s'agrègent en micelles Rupture de pente
Après CMC Le tensioactif ajouté forme des micelles (pas de nouveaux ions) σ ↑ faiblement
📋 Texte
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│                                                             │
│   📌 À RETENIR – CMC :                                     │
│                                                             │
│   • CMC = rupture de pente sur σ = f(C)                     │
│   • Avant CMC : monomères libres (pas de micelles)          │
│   • Après CMC : micelles formées (solubilisation possible)  │
│   • En cosmétique : OPTIMISER la concentration              │
│     (pas trop = irritation, pas trop peu = inefficace)      │
│                                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

6️⃣ Conductivité et contrôle qualité : synthèse⚓︎

Application CQ Ce qu'on mesure Ce qu'on en déduit Exemple de décision
Type d'émulsion σ d'un produit H/E (σ > 50) ou E/H (σ < 10) Vérifier le type attendu
Stabilité σ au cours du temps Stable (σ ≈ cste) ou instable Quarantainer si σ chute
CMC σ = f(C) Rupture de pente → CMC Optimiser la formulation
Conformité σ vs cahier des charges Conforme ou non conforme Libérer ou rejeter le lot

7️⃣ Tableau récapitulatif complet⚓︎

Notion Définition / Formule Unité Application cosmétique
Conductivité σ Capacité à conduire le courant S/m ou µS/cm CQ, type d'émulsion
Porteur de charge Ion en solution (cation / anion) — σ ↑ quand plus d'ions
Émulsion H/E Phase continue = eau σ élevée (ordre de grandeur > 50 µS/cm) Crèmes légères, laits
Émulsion E/H Phase continue = huile σ faible (ordre de grandeur < 10 µS/cm) Baumes, cold cream
Inversion de phase Changement H/E ↔ E/H Chute ou hausse brutale de σ Instabilité, déstabilisation
CMC Concentration micellaire critique mmol/L Rupture de pente sur σ = f(C)
Micelle Agrégat de tensioactifs — Solubilisation des corps gras

📌 À retenir pour l'E2⚓︎

Définitions essentielles⚓︎

Terme Définition
Conductivité (σ) Capacité d'une solution à conduire le courant électrique grâce aux ions
Porteur de charge Espèce chargée mobile (ions en solution)
Phase continue Phase qui entoure les gouttelettes dans une émulsion
CMC Concentration à partir de laquelle un tensioactif forme des micelles
Rupture de pente Changement brusque de pente sur σ = f(C), signalant la CMC
Conformité Respect des spécifications du cahier des charges (valeur ± tolérance)

Règles pratiques⚓︎

Règle Application
Plus d'ions → σ plus élevée Interpréter une mesure de σ
σ élevée (ordre de grandeur > 50 µS/cm) → émulsion H/E Identifier le type d'émulsion (à T constante, selon formulation)
σ faible (ordre de grandeur < 10 µS/cm) → émulsion E/H Identifier le type d'émulsion (à T constante, selon formulation)
Toujours relier σ à la phase continue σ élevée ↔ phase aqueuse continue ; σ faible ↔ phase huileuse continue
Chute brutale de σ → inversion de phase Suivre la stabilité
Rupture de pente → CMC Déterminer la CMC par conductimétrie
Toujours noter la température Comparer des mesures CQ

Vocabulaire à maîtriser⚓︎

  • Conductivité, conductimètre, porteur de charge, ion
  • Émulsion H/E, émulsion E/H, phase continue, phase dispersée
  • Inversion de phase, stabilité, vieillissement accéléré
  • CMC, micelle, tensioactif ionique, rupture de pente
  • Cahier des charges, conformité, tolérance, écart relatif

🔗 Lien avec la suite de la progression⚓︎

Séance Réinvestissement
S01 Mélanges, phases, émulsions → type d'émulsion H/E vs E/H
S11 Ions, dissociation ionique → porteurs de charge = conductivité
S13 Polarité, solvant polaire → dissociation des ions dans l'eau
S14 Acide-base, H₃O⁺/HO⁻ → ions les plus conducteurs
S16 Température → facteur influençant σ
TP4 CMC par conductimétrie → exploité en S22
S22 Évaluation E2 → exploitation des données σ et CMC
S25 Électricité → lien tension, intensité, conductimètre

🔧 Fiche méthode associée⚓︎

➡️ Fiche méthode 01 – Justifier une réponse scientifique (O.A.C.J.)

➡️ Fiche méthode 05 – Lire une représentation microscopique (E2)