Le Savon et la Saponification
Introduction
Le terme savon désigne un produit généralement solide composé de glycérine et de sels ioniques d'acides gras aux propriétés lavantes. Ce sont les tensio-actifs du savon qui lui donnent ses propriétés nettoyantes, de par leur capacité à déphaser. Explications.
Chaque molécule de savon est constituée de deux parties :
- une tête hydrophile, attirée par l’eau
- une queue lipophile, atirée par les matières grasses
On parle d’une molécule amphiphile tensio-active qui permet de mélanger deux corps qui habituellement ne se mélangent pas : l’eau et la graisse. Lors du lavage, la partie lipophile s'accroche à la graisse et la partie hydrophile s’accroche à l’eau. La graisse se retrouve alors en suspension et emportée ensuite au rincage.
Notre savon est fabriqué selon la méthode traditionnelle appelée saponification à froid identifiée en 1823 par le chimiste français Michel-Eugène Chevreul.
Il s'agit d'une simple hydrolyse alcaline, de corps gras (les huiles et beurres) par une base forte (de la soude). L’hydrolyse est la décomposition chimique d'un corps par fixation d'eau au cours de laquelle une liaison covalente est rompue par l’action d'une molécule d'eau. Une liaison covalente est un liaison chimique dans laquelle deux atomes se partagent deux électrons. Les esters que sont les corps gras issus des huiles sont hydrolysés par la soude NaOH. L'hydrolyse des esters produit du glycérol (glycérine) et un mélange de carboxylates de sodium, les sels ioniques d'acides gras, principes actifs du savon.
Composition
Concrètement, la saponification implique trois éléments :
- une phase graisseuse (les huiles ou beurres)
- une lessive caustique
- les ajouts
La lessive de soude est utilisée pour hydrolyser une base d'huiles, puis viennent les ajouts
A froid ou à chaud
La saponification peut être réalisée de plusieurs manières. Une des clés de la compréhension de l'existence de différentes méthodes est l'enjeu de la préservation des qualités des ingrédients tout en réduisant les coûts et délais de fabrication.
Saponification à Froid
La saponification à froid est une méthode traditionnelle de fabrication du savon. Elle est dite "à froid" car aucune source de chaleur n'est nécessaire. L'hydrolyse est une réaction exothermique, qui produire naturellement de la chaleur, mais prendra plusieurs jours pour être complète. C'est pourquoi une période de cure de plusieurs semaines est requise lors de l'utilisation de ce processus. Lors de la préparation de la lessive caustique celle-ci attendra presque 100°C, le mélange eau soude étant très exothermique. Il faut prévoir un récipient adapté et un temps de refroidissement. Les graisses seront chauffées uniquement pour obtenir un mélange homogène, et surtout faire fondre les beurres, solides à températures ambiante.
Saponification à Chaud
Comme beaucoup de réactions chimique, la saponification peut être accelérée par apport de chaleur. Historiquement on parle de "Savon au Chaudron", puisque les huiles et la potasse étaient cuits pendant de longues heures dans de grands chaudrons. C'est notamment le cas pour les savons d'Alep ou de Marseille. Une variante plus moderne consiste à préparer son savon, et ensuite le faire "cuire à basse temparature" au four ( < 60°C ) pendant plusieurs heures, là aussi dans le but d'accélerer le processus. L'avantage est que le savon est utilisable en seulement quelques heures, et ne necéssite donc pas de cure et les moyens de stockage associés.
Elaboration de la recette
Il faut tout d'abord élaborer une recette. Pour cela le plus simple est d'utiliser un calculateur en ligne qui va faire les calculs à notre place. Quels calculs ? Chaque huile se saponifie différement et produit des acides gras spécifiques, une selection rigoureuse permet d'obtenir d'un savon de qualité. Au contraire, de mauvaises proportions peuvent donner un résultat catastrophique et un savon dangereux à utiliser.
L’indice de saponification est un des paramètres qui permettent d'apprécier la qualité d'une huile végétale. C'est la quantité de KOH, exprimée en milligrammes, nécessaire à la saponification d'un gramme d'huile.
Iodine Number Saponification (INS)
L’INS a été défini par E.T Webb dans son traité « Soap and Glycerine manufacture » datant de 1927. C’était une méthode permettant d’évaluer d’un coup d’œil les mélanges de corps gras se saponifiant rapidement et produisant une bonne quantité de glycérine. La glycérine étant ensuite récupérée puis revendue.
L’INS se situerait idéalement à 160 et se calcule de la manière suivante :
INS = indice de saponification KOH – indice d’iode
Un indice de saponification correspond à la quantité en mg de Potasse nécessaire pour saponifier (transformer en savon) 1g d’une huile donnée. Donc, concernant l’huile d’Olive dont l’indice de saponification est de 189, cela veut dire que j’ai besoin de 189 mg de Potasse pour saponifier 1g de mon huile d’Olive.
Il faut transformer les mg de potasse en g. Donc on divise 189 par 1000. 189/1000 = 0,189 g. A ce stade on sait qu’il faut 0,189g de potasse pour saponifier 1g d’huile d’Olive.
Quant on ne travaille pas avec de la potasse mais avec de la Soude, la pluis part du temps hors fabrication de savon liquide, il faut passer de la Potasse à la Soude. Pour faire cette transformation, on va multiplier par 0,713. Pourquoi 0,713 ? Parce que c’est la différence entre la masse molaire de la Potasse et la masse molaire de la Soude. La masse molaire de la Soude est de 39,99 g/mol et celle de la Potasse est de 56,11 g/mol. Donc 39,99/56,11=0,713.
(189/1000)*0,713 = 0,135 g.
Il faut 0,135g de soude pour transformer 1g d’huile d’Olive en savon. Ah oui mais moi j’en ai mis 590g dans ma recette ! Oups, dernière étape : 0,135 g * 590 g = 79,65g. Je dois donc mettre 79,65 g de Soude pour transformer 590 g d’huile d’Olive en savon.
On peut ramener cet indice de saponification KOH, à un indice de saponification NaOH.
Pour connaître la quantité de NaOH nécessaire pour saponifier une huile, il faut multiplier son indice de saponification par le coefficient « lye factor » de 1,40275.
Ce chiffre correspond simplement à la différence de masse entre 1g de NaOH et 1g de KOH :
1,40275 g de KOH = 1 g de NaOH.
Huiles
Les huiles ou beurres utilisés peuvent être d'origine animale ou végétale. Les différentes variétés produisent des molécules de longeurs différentes, aux propriétés variées qui sont utilisées en complémentarité pour produire un savon équilibré. Par ailleurs chaque huile comporte des insaponifiables, des éléments qui ne seront pas modifiés par l'hydrolyse et donneront alors des caractéristiques propres à chaque savon.
Lessive caustique
La lessive caustique est composée d'eau et d'une base, soude, potasse ou un mélange des deux. La soude, hydroxyde de sodium, produit des savons à la consistance plus dure. La potasse, hydroxide de potassium, produit des savons plus mous. La potasse est présente naturellement dans la cendre de feu de bois, et ce qui explique la présence ancestrale de cendre dans le savon, noir notamment.
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| La soude en cristaux |
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| Le mélange eau et soude utilisé dans la lessive caustique réagit fortement la température du mélange monte rapidement |
Mélange
Ajouts et Sugraissage
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| les différents ajouts sont les colorants, les parfums et les agents de texture |
Enfin, on désigne par ajouts, les éléments sont ajoutés au savon pour lui conférer des nouvelles propriétés. On trouve notamment les colorants et parfums pour l'esthétique, les huiles essentielles pour leur différentes propriétés ou encore les conservateurs et agents de texture. Ces éléments sont ajoutés en toute de fin de saponification, pour éviter leur contact avec une solution trop chaude ou caustique qui dégraderait leur propriétés.
Moulage
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| le savon est coulé dans des moules mis à sécher |
Cure
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| les savons sont soigneusement mis en cure pour affinage |
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