CosmeticOBS - L'Observatoire des Cosmétiques
17 juin 2015Ingrédients

Silicium et beauté 2 : Silices et Silicates en formulation Ajouter à mon portfolio
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Le silicium n'est jamais utilisé en tant que métal dans les produits cosmétiques, mais toujours sous la forme de dérivés associant différents types d'éléments, dont l'oxygène est le plus fréquent. Dans cette série de contributions, nous allons regarder les utilisations de ces dérivés lors des démarches de formulation. Il y aura principalement deux chapitres : un premier traitant des silices et des silicates, un autre traitant ensuite des argiles et des suspensions colloïdales. Dans une série de contributions complémentaires, nous examinerons les dérivés inorganiques du silicium comme les silicones, puis les dérivés de silicium organique ou encore les solgels.

Temps de lecture : ~ 20 minutes

Les silices en cosmétique

La silice est la forme naturelle du dioxyde de silicium de formule chimique SiO₂qui entre dans la composition de nombreux minéraux. Elle existe à l'état libre sous différentes formes cristallines ou amorphes, et à l'état combiné dans les silicates, les groupes SiO₂ étant alors liés à d'autres atomes (Al : Aluminium, Fe : Fer, Mg : Magnésium, Ca : Calcium, Na : Sodium, K : Potassium…). La silice libre est très abondante dans la nature, sous différentes formes. Toutefois, les qualités de silice utilisées en formulation cosmétique sont presque toutes d’origine synthétique. Les silices synthétiques sont constituées de dioxyde de silicium de grande pureté. Elles se présentent sous forme d'une poudre blanche et leurs propriétés dépendent de leur mode de fabrication. On distingue généralement les procédés par voie humide permettant d’obtenir la silice précipitée, le gel et le sol de silice, des procédés par voie thermique permettant d’obtenir la silice pyrogénée, la silice à l'arc et la microsilice.

Dans la pratique, on distingue plusieurs types de silice à usage cosmétique : les silices pyrogénées et les silices précipitées.

Les silices pyrogénées

Elles sont produites par un procédé de combustion, qui conduit à des particules sphériques de taille nanométrique. Elles sont formées par pyrolyse de SiCl₄ à 1000° C.

Ces particules de très grande surface spécifique ont la propriété d'épaissir des systèmes à la fois aqueux mais principalement huileux. La surface de cette silice se caractérise par la présence de groupes silanol qui forment un réseau d'agrégats par liaison hydrogène avec le milieu, ce qui se traduit visuellement par un épaississement du solvant. Les qualités les plus courantes sont connues sous le nom d’Aérosil™. Les appellations INCI les plus courantes sont : Silica, Fumed silica, Silica dimethyl silylate, Silica silylate.

Utilisation en formulation

Les silices pyrogénées sont utilisées avec plusieurs finalités dans l'industrie cosmétique :
• agent d'écoulement pour les poudres
• augmentation de la stabilité à la température des rouges à lèvres,
• gélification d’huiles et de systèmes anhydres.
Dans quelques cas, les silices pyrogénées peuvent générer de la thixotropie. Certaines qualités sont des constituants de base des émulsions de Pickering.

Émulsion de Pickering
Dans le cas des émulsions de Pickering, la stabilité est assurée par la présence de particules solides fortement ancrées à l’interface entre l’eau et l’huile. Les émulsions obtenues sont plus stables que leurs homologues stabilisées par des molécules tensioactives, et possèdent une plus grande élasticité interfaciale.


Les silices précipitées

Elles représentent 80 % de la production mondiale des silices amorphes synthétiques. Caractérisées par une grande porosité, elles sont obtenues par action d'un acide (principalement H2SO4, mais aussi HCl, CO2…) sur une solution de silicate de sodium.

SiCl₄ + 2 H₂O –––› SiO₂ + 4 HCl

Utilisation en formulation

Les silices précipitées sont principalement utilisées du fait de leur qualité d’absorption pour fixer des substances particulières comme les parfums. Elles peuvent également permettre le réglage du toucher dans certains systèmes de formulation à base de corps gras. Enfin, elles modifient le toucher des poudres et de systèmes pulvérulents.

Les silicates en cosmétique

Un silicate est un sel dérivant de la silice (SiO₂). Les silicates sont des minéraux dont le squelette est essentiellement formé par des tétraèdres de silicium et d'oxygène (SiO₄), additionnés d’aluminium, magnésium, fer, calcium, potassium, sodium et autres éléments.

Il en existe de nombreuses familles :
• silicates ferromagnésiens : chlorites, serpentines, amphiboles, pyroxènes, péridots ou olivines, grenats ;
• aluminosilicates, pour lesquels l’aluminium peut remplacer le silicium : feldspaths, riches en silice, zéolites, micas ;
• silicates d’alumine : tourmaline, grenats.

Les silicates sont largement utilisés dans les industries cosmétiques pour différents types d'applications, et plus particulièrement en formulation. On en distingue en fait deux types dans ce cas : les silicates amorphes et les silicates fonctionnels. Chacune de ces qualités spécifiques est utilisée en fonction des besoins du formulateur.

Utilisation en cosmétique

Ils sont utilisés pour différentes raisons en formulation cosmétique.

• Les silicates amorphes
Le talc, le mica ou les Fluorphlogopites sont utilisés en tant que charge pulvérulente pour la formulation de différents produits comme les poudres de maquillage ou les fonds de teint. Dans cette catégorie, on trouve principalement des silicates de granulométries différentes. Leur fonction est alors de contribuer à définir la couvrance ou le niveau d’opacité du film formé. Ils permettent également de déterminer le caractère de toucher de ces préparations. Les critères à prendre en considération sont principalement la taille et la distribution granulométrie des particules. Par ailleurs, la grande surface spécifique en fait des charges absorbantes dans certaines applications comme les shampoings secs, des produits absorbants les excès de sébum ou des applications similaires.

• Les silicates dotés de propriétés fonctionnelles
Ces substances sont utilisables pour des raisons assez spécifiques. Il s’agit principalement des argiles. La propriété la plus recherchée dans ce cas est très souvent un pouvoir de gélification. On trouve donc dans cette famille les différents types d'argiles, hydrophiles ou organophiles. Dans ces utilisations, on cherche plus particulièrement à former des gels, qu'il s'agisse d'ajuster la viscosité ou de former des suspensions colloïdales pour s'opposer, par exemple, à la sédimentation de dispersions pigmentaires. Dans ce cas, ce sont les propriétés gonflantes qui nous intéressent. En fonction de la nature et de l'origine des argiles, les caractéristiques des gels obtenus peuvent être significativement différentes. Enfin, dans les milieux anhydres organiques pour lesquels nous n'utilisons pas d'eau, certaines variétés d'argiles dites organophiles sont utilisées pour obtenir ces effets. Une autre utilisation concerne principalement la capacité de complexation et/ou d'échange cationique de ces argiles, qui peuvent permettre de neutraliser certains effets indésirables. C’est une des utilisations du kaolin. Les utilisations de ces dérivés seront traitées dans une contribution séparée.

Origine

Les silicates constituent 97 % de la croûte terrestre (origine tellurique). Les sources sont donc extrêmement abondantes. Ce sont majoritairement des ingrédients naturels et/ou servant de base à des modifications structurelles. Il existe toutefois quelques variétés de synthèse.

Silicates amorphes et Poudres et charges telluriques

On trouve, dans cette classe d’ingrédients, toutes les substances issues de matériaux de carrière, comme le talc, le kaolin, le mica, le Séricite (variété de mica), etc. Ces substances sont des silicates complexes, qui diffèrent sensiblement selon la provenance. La composition chimique est assez stable :
• talc : Mg₃[(OH)₂Si₄O₁₀],
• muscovite : KAl₂[(OH)₂AlSi₃O₁₀] (un mica),
• kaolin : Al₄[(OH)₈Si₄O₁₀] (une argile).

En revanche, les propriétés organoleptiques peuvent être sensiblement différentes : taille et forme des particules élémentaires, couleur, présence de contaminants naturels. Ceci conduit à des propriétés "cosmétiques" différentes, comme la couvrance ou l’aptitude à former des films plus ou moins transparents ou opaques, la couleur et la brillance. Le choix entre les différentes variétés se fait en fonction de certains critères mais principalement en fonction du type de maquillage recherché : plus ou moins couvrant, plus ou moins blanc, plus ou moins mat, etc.

Talcs

Le talc est une espèce minérale composée de silicate de magnésium doublement hydroxylé de formule Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂. Georgius Agricola décrit ce minéral en 1546, mais il est connu depuis l’Antiquité.
Son nom vient du persan : /Talq/ طلق . Emprunté à l'arabe talq , le mot aurait été introduit par Bernard Palissy en 1560.
Il existe deux polytypes du talc, le talc 1A et le talc 2M. Ceci correspond à des types de cristallisations différentes. Cela n’affecte pas ou peu les propriétés qui nous intéressent.
Le talc résulte de l'altération de silicates de magnésium comme les pyroxènes, les amphiboles, l'olivine et d'autres minéraux similaires. Il se trouve communément dans des roches métamorphiques, souvent d'un type alcalin dû à l'altération des silicates. En France, la carrière de talc de Trimouns, près Luzenac dans l’Ariège, est la plus importante au monde (400 000 tonnes extraites par an). Il y en a aussi au Canada : deux mines en Ontario et une au Québec. Le Canada produit environ 80 000 tonnes par an. Les tailles granulométriques les plus courantes en formulation sont de 5 à 40 μ.

Muscovite ou Micas
Le mica est le nom d’une famille de minéraux, du groupe des silicates et sous-groupe des phyllosilicates, formé principalement de silicate d'aluminium et de potassium. Avec le quartz et le feldspath, il est l'un des constituants du granite.
Le mot mica vient du latin micare signifiant briller ou scintiller. Une autre étymologie propose "miette" parce que cette roche est friable. C'est un matériau de carrière comme le talc, extrait de différents gisements. En fonction de l'origine, la composition chimique peut être légèrement différente.
Il se caractérise par sa structure feuilletée donnant le plus souvent forme à des paillettes de taille variable en fonction des traitements de broyage qui lui sont appliqués. Son éclat est assez métallique. Les propriétés des micas en formulation reposent principalement sur leur transparence. De ce fait, ils constituent une alternative de formulation au talc, permettant ainsi de moduler la transparence et l’effet blanc des produits obtenus. Les principales variétés seront choisies en fonction de leurs granulométries et de leur niveau de blancheur. Cet aspect dépend pour beaucoup des contaminants naturellement présents dans la roche d'origine. Le choix se portera sur les qualités synthétiques toutes les fois où le niveau de blancheur des produits obtenus sera un élément critique du cahier des charges.

Silicates synthétiques

Dans cette classe, on trouve le mica synthétique, ou Fluorphlogopite. Ne présentant pas les impuretés du mica naturel, il développe des effets très blancs, très "propres", très transparents, très scintillants, avec des effets d’interférences plus intenses et plus élevés.
Le nom dérive du grec phlogopos qui veut dire "semblable à la flamme", en allusion à la couleur de certains spécimens. Dans le cas qui nous intéresse, il s’agit d’un dérivé riche en fluor : fluorine-hydroxyl-phlogopite. On en trouve également différentes qualités en fonction de leur granulométrie. Son nom INCI est : SYNTHETIC FLUORPHLOGOPITE.

Les utilisations en formulation

On distingue plusieurs types d'utilisation de ces dérivés minéraux.
• La plus importante est probablement celle qui les voit être des éléments de base de la formulation des produits sous forme de poudre : poudre de maquillage, poudre pressée, ombres à paupières pressées, etc. Dans ce cas, ils sont choisis en fonction des caractéristiques organoleptiques propres à chacun. Les principales propriétés seront la couvrance, la couleur, la granulométrie et le toucher.
• Ces substances sont également utilisées comme complément de charge(1) dans la formulation de fonds de teint liquides et en émulsion. Dans ce cas, ils permettent d'ajuster les caractéristiques de couvrance et de matité au sein d'une même gamme pour obtenir des résultats comparables.
• Une utilisation assez fréquente consiste à les employer en tant que diluant des pigments dans les phases de fabrication. En effet, l'utilisation de pigments purs est rendue très délicate du fait de leur difficulté à être dispersés. L'utilisation d'un diluant neutre (extender en anglais) comme le talc ou le mica permet de préparer des dispersions primaires de pigments beaucoup plus faciles à mettre en œuvre et à doser. Dans ces opérations, le pigment est finement dispersé et broyé dans le diluant choisi.
• Dans certaines applications, ils jouent le rôle d'absorbant pour ajuster les textures, ou de matifiant pour corriger certains effets visuels.
• Le mica constitue une des bases de formulation de la catégorie de produits se revendiquant du "maquillage minéral". Bien que ce positionnement ne repose sur aucune spécificité technique, il constitue malgré tout une typologie de produits au sein de cette famille.
• Enfin, certaines variétés ont été développées pour présenter une aptitude particulière aux techniques de compactage, dans le but de réaliser des poudres pressées ou des compacts de maquillage. C’est le cas par exemple d’un développement récent par le groupe Imerys (ex-Talc de Luzenac) avec Imercare Sheer Silk™, un silicate de magnésium spécifique ayant une très bonne transparence et doté de propriétés de compressibilité le rendant parfaitement adapté à des applications de compactage.

Exemples de formulations contenant des silicates

Masque de beauté
AQUA (WATER) - KAOLIN - GLYCERIN - OLUS OIL (VEGETABLE OIL) - PROPYLENE GLYCOL - DICAPRYLATE/DICAPRATE - CETEARYL ALCOHOL - GLYCERYL STEARATE - VITIS VINIFERA (GRAPE) SEED OIL - NEOPENTYL GLYCOL - DIETHYLHEXANOATE ETHYLHEXYL PALMITATE - CAPRYLIC/CAPRIC TRIGLYCERIDE - BENTONITE - CETYL ALCOHOL - CETETH-20 PHOSPHATE - MAGNESIUM ALUMINUM SILICATE - CI 77891 (TITANIUM DIOXIDE) - BENZYL ALCOHOL - DICETYL PHOSPHATE - TOCOPHERYL ACETATE - CITRUS AURANTIUM BERGAMIA (BERGAMOT) FRUIT OIL - HYDROGENATED VEGETABLE OIL - CAPRYLYL GLYCOL - LAVANDULA ANGUSTIFOLIA (LAVENDER) OIL - LINUM USITATISSIMUM (LINSEED) SEED EXTRACT - EUPHORBIA CERIFERA (CANDELILLA) WAX - DEHYDROACETIC ACID - CUPRESSUS SEMPERVIRENS OIL - SALVIA SCLAREA (CLARY) OIL - SODIUM HYDROXIDE - COMMIPHORA MYRRHA OIL - SANTALUM ALBUM (SANDALWOOD) OIL- SODIUM PHYTATE - ANTHEMIS NOBILIS FLOWER OIL P- ETROSELINUM CRISPUM (PARSLEY) SEED OIL - ZINC PCA - SILICA - LINALOOL

Produit de maquillage
ISODODECANE - SYNTHETIC WAX - TRIMETHYLSILOXYSILICATE - ZINC STEARATE - KAOLIN - TRIOCTYLDODECYL CITRATE - ACRYLATES COPOLYMER - DISTEARDIMONIUM HECTORITE - ISONONYL ISONONANOATE - PROPYLENE CARBONATE - PARFUM (FRAGRANCE) - PIGMENTS

Produit de protection solaire
ISOSTEARYL NEOPENTANOATE - DIMETHICONE - ETHYLHEXYL PALMITATE - ETHYLHEXYL METHOXYCINNAMATE - KAOLIN - PHENYL TRIMETHICONE - CERA MICROCRISTALLINA/MICROCRYSTALLINE WAX -DIMETHICONE/VINYL DIMETHICONE CROSSPOLYMER - COPERNICIA CERIFERA CERA/CARNAUBA WAX ) - TALC - SILICA [NANO]/SILICA - PERLITE - ALUMINA - ACETYL DIPEPTIDE-1 CETYL ESTER - CI 77891/TITANIUM DIOXIDE CI 77491, CI 77492, CI 77499/IRON OXIDES - MICA

Poudre de maquillage
SYNTHETIC FLUORPHLOGOPITE - HDI/TRIMETHYLOL HEXYLLACTONE CROSSPOLYMER - CETEARYL ETHYLHEXANOATE - GLYCERIN - C12-20 ACID PEG-8 ESTER - DICALCIUM PHOSPHATE - SQUALANE - OCTYLDODECYL STEAROYL STEARATE - CAPRYLYL GLYCOL - ETHYLHEXYLGLYCERIN - POLYSORBATE 80 - 1,2-HEXANEDIOL - CALCIUM CHLORIDE - SILICA - CHONDRUS CRISPUS (CARRAGEENAN) - XANTHAN GUM -PENTAERYTHRITYL TETRA-DI-T-BUTYL HYDROXYHYDROCINNAMATE - TIN OXIDE - CI 75470 (CARMINE) - CI 77000 (ALUMINUM POWDER) CI 77007 (ULTRAMARINES) CI 77163 (BISMUTH OXYCHLORIDE) CI 77288 (CHROMIUM OXIDE GREENS) CI 77289 (CHROMIUM HYDROXIDE GREEN) CI 77491, CI 77492, CI 77499 (IRON OXIDES) CI 77510 (FERRIC AMMONIUM FERROCYANIDE) CI 77510 (FERRIC FERROCYANIDE) CI 77742 (MANGANESE VIOLET) CI 77891 (TITANIUM DIOXIDE) - MICA

Poudre de Soleil
TALC - NYLON-12 - LAUROYL LYSINE - MAGNESIUM MYRISTATE - SYNTHETIC FLUORPHLOGOPITE - OCTYLDODECYL STEAROYL STEARATE - ETHYLHEXYL PALMITATE - HYDROGENATED POLYISOBUTENE - BORON NITRIDE - MICA - DIMETHICONE -PENTAERYTHRITYL TETRAETHYLHEXANOATE - ZINC STEARATE - AQUA (WATER) - SODIUM DEHYDROACETATE - CAPRYLYL GLYCOL - PENTYLENE GLYCOL - ASCORBYL GLUCOSIDE TOCOPHERYL ACETATE - PEG-6 ISOSTEARATE - MAGNESIUM ASPARTATE - ZINC GLUCONATE - PARFUM (FRAGRANCE) - COPPER GLUCONATE – BUTYLPHENYL METHYLPROPIONAL - SERICIN - PHENOXYETHANOL - HESPERETIN LAURATE RHODOCHROSITE EXTRACT -HYDROLYZED LINSEED EXTRACT - CITRIC ACID - POTASSIUM SORBATE - SORBIC ACID - BHT - TOCOPHEROL - CI 15850 (RED 6, RED 7, RED 7 LAKE) - CI 15985 (YELLOW 6, YELLOW 6 LAKE) - CI 19140 (YELLOW 5, YELLOW 5 LAKE) - CI 42090 (BLUE 1 LAKE) - CI 45410 (RED 27, RED 27 LAKE, RED 28 LAKE) - CI 73360 (RED 30, RED 30 LAKE) - CI 77007 (ULTRAMARINES) - CI 77163 (BISMUTH OXYCHLORIDE) - CI 77288 (CHROMIUM OXIDE GREENS) - CI 77289 (CHROMIUM HYDROXIDE GREEN) - CI 77491, CI 77492, CI 77499 (IRON OXIDES) - CI 77510 (FERRIC FERROCYANIDE, FERRIC AMMONIUM FERROCYANIDE) - CI 77742 (MANGANESE VIOLET) - CI 77891 (TITANIUM DIOXIDE)

Pour en savoir plus
http://fr.wikipedia.org/wiki/Talc
http://fr.wikipedia.org/wiki/Silicate
http://www.observatoiredescosmetiques.com/ingredient-cosmetique/silica-695
http://fr.wikipedia.org/wiki/Mica
• Comment structurer les phases huileuses – Julie Saintecatherine - Expression Cosmétique Octobre 2014 – 64-68

 1. Voir : Conception de produits cosmétiques : La formulation - Anne-Marie Penssé L’Héritier 380-381 – Lavoisier 2014.

Contribution réalisée par Jean Claude Le Joliff

Remerciements aux sociétés Élémentis et Imerys pour les informations.

Biologiste de formation, Jean Claude Le Joliff a été un homme de R&D pendant de nombreuses années. Successivement en charge de la R&D, puis de la Recherche et de l’Innovation dans un grand groupe français de cosmétiques et du luxe, et après une expérience de création d’un centre de recherche (CERIES), il s’est tourné vers la gestion de l’innovation.
Il a été par ailleurs Professeur associé à l’Université de Versailles Saint Quentin (UVSQ) et reste chargé de cours dans le cadre de plusieurs enseignements spécialisés : ISIPCA, IPIL, ITECH, UBS, UCO, SFC etc.
Il est le fondateur de inn2c, société de conseil en R&D et Innovation. Consultant auprès de plusieurs sociétés internationales, il a participé activement à des projets comme Filorga, Aïny, Fareva, et bien d’autres.
Il a créé la Cosmétothèque®, premier conservatoire des métiers et des savoirs faire de cette industrie.

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