Les gélifiants : focus sur les acryliques !

L’arrivée des gélifiants synthétiques a marqué un tournant majeur dans l’art de la formulation, en mettant à la disposition des formulateurs des outils à la fois précis, reproductibles et très performants. Parmi ceux-ci, les gélifiants acryliques occupent une place centrale dans la formulation cosmétique moderne, tant pour les gels aqueux et hydroalcooliques que pour la stabilisation d’émulsions et la mise au point de textures sophistiquées.

Dans l’art de la formulation, la notion de texture est incontournable. Difficile à décrire, elle renvoie à plusieurs dimensions physiques de la préparation, dont la viscosité, souvent déterminante. Pour la maîtriser, le formulateur dispose de nombreux leviers. Si dans le domaine des émulsions plusieurs paramètres peuvent être modulés, l’un des plus efficaces consiste à gélifier la phase externe afin de contrôler finement la viscosité. Pour les produits se présentant sous forme de gels, la fonction du gélifiant devient alors absolument essentielle.

Longtemps, les formulateurs ont utilisé des gélifiants le plus souvent d’origine naturelle : gommes, mucilages, résines, amidons, cires, etc., ou encore la structuration propre des émulsions. Cependant, ces différents agents restent parfois délicats à maîtriser et offrent peu de possibilités d’ajustement de la viscosité une fois la formule réalisée. Cette limite s’est accentuée avec l’importance croissante accordée à la sensorialité, chaque gélifiant possédant une signature sensorielle spécifique. L’arrivée des gélifiants synthétiques a marqué un tournant majeur dans l’art de la formulation, en mettant à la disposition des formulateurs des outils à la fois précis, reproductibles et très performants, sans pour autant faire disparaître l’intérêt pour les gélifiants naturels. Parmi ceux-ci, les gélifiants acryliques occupent une fonction tout à fait particulière. Ils occupent une place centrale dans la formulation cosmétique moderne, tant pour les gels aqueux et hydroalcooliques que pour la stabilisation d’émulsions et la mise au point de textures sophistiquées. Ils sont au cœur d’un vaste ensemble de polymères, dont les Carbomères “classiques” (type Carbopol) et les polymères liquides de type Sepigel, qui ont profondément transformé les pratiques industrielles.

Comprendre leur principe d’action, leur structure, leur histoire et leurs différences est indispensable pour maîtriser la rhéologie, la stabilité et la sensorialité des formules.

Principe général d’un gélifiant

Un gélifiant est une substance capable de transformer un liquide en gel, c’est‑à‑dire en un matériau intermédiaire entre solide et liquide, doté de propriétés viscoélastiques. Le principe fondamental repose sur la formation d’un réseau tridimensionnel continu qui piège le solvant (généralement l’eau). Tant que ce réseau est formé à l’échelle du volume entier, le système passe de l’état “sol” (fluide) à l’état “gel” (semi‑solide), avec un comportement mécanique caractéristique.​

Ce réseau peut se constituer par deux grands types de mécanismes. D’une part, par réticulation chimique : des chaînes polymères sont reliées entre elles par des liaisons covalentes, créant une architecture permanente (gels acryliques réticulés, hydrogels synthétiques, etc.). D’autre part, par auto‑association physique : des macromolécules interagissent via liaisons hydrogène, interactions hydrophobes ou ponts ioniques (ex. alginates, carraghénanes), formant un réseau réversible sensible à la température, au pH ou à la force ionique.​

Gélifiants acryliques: famille et principes

Dans l’univers cosmétique, les gélifiants acryliques désignent un ensemble de polymères dérivés de l’acide acrylique ou de l’acrylamide, le plus souvent réticulés. Ils permettent de construire des gels transparents, des crèmes à haut pouvoir suspensif et des textures très modulables en termes de viscosité et de profil d’écoulement.

​On distingue principalement deux grandes familles :

• Les poly (acides acryliques) réticulés, regroupés sous l’INCI “Carbomer” ou sous des noms de copolymères/acrylates (Acrylates/C10‑30 Alkyl Acrylate Crosspolymer…).​
• Les polymères à base d’acrylamide (polyacrylamide, acrylamide/sodium acryloyldiméthyltaurate, etc.), souvent présentés sous forme de dispersions liquides (polymères “LDP” ou “liquid dispersion polymers”), comme le Sepigel-305 ou ses descendants hybrides.  ​

Leur mode d’action repose toujours sur la formation d’un réseau polymérique en milieu aqueux ou hydroalcoolique, mais la nature des charges, la forme galénique (poudre vs dispersion inverse) et les co‑composants (huile, tensioactifs) modulent fortement le comportement final: sensibilité au pH, compatibilité électrolytique, transparence, facilité de mise en œuvre et sensorialité​.

Carbomères: structure et action

Les carbomères sont des poly(acides acryliques) réticulés de masse molaire très élevée, obtenus par polymérisation de l’acide acrylique en présence de réticulant de type éthers allyliques de sucrose ou de pentaérythritol. Chaque particule de carbomère est un microgel: un réseau tridimensionnel dense qui, à l’état sec, se présente sous forme de poudre blanche, peu volumineuse et très peu soluble.​

Une fois dispersés dans l’eau, ces microgels s’hydratent mais restent peu gonflés à pH acide, car les fonctions carboxyliques restent majoritairement protonées. La montée de viscosité intervient après neutralisation : au contact d’une base (amines, NaOH, etc.), les fonctions –COOH se transforment en –COO⁻, le polymère devient fortement anionique, les chaînes se repoussent électrostatiquement et le microgel se dilate. La superposition de ces microgels gonflés crée un réseau continu à forte viscosité, avec une contrainte de seuil très efficace pour suspendre des particules et stabiliser des émulsions.​

Ce mécanisme explique plusieurs caractéristiques clés:

• Forte sensibilité au pH: à pH bas, peu de gélification ; à pH proche de la neutralité, viscosité maximale; à pH très élevé, la viscosité peut à nouveau baisser ou la stabilité se dégrader.​
• Sensibilité aux électrolytes : les contre‑ions compressent la double couche électrique, diminuent le gonflement et réduisent la viscosité. La tolérance varie selon le grade (homopolymère vs copolymère hydrophobe).​
• Transparence élevée en milieu peu salin, du fait de la nature hydrophile du réseau et de la bonne homogénéité du gel à l’échelle optique.

Histoire et évolution des carbomères

Les carbomères apparaissent dans les années 1960 avec le développement, par la société Goodrich (puis Lubrizol), de la gamme Carbopol. Ces polymères réticulés trouvent d’abord des applications pharmaceutiques (gels ophtalmiques, hydrogels topiques, systèmes bioadhésifs) grâce à leur capacité à générer des gels clairs et à forte viscosité à pH physiologique.​

Rapidement, la cosmétique s’en empare pour créer des gels transparents, des gels capillaires, des soins visage “eau gélifiée” et des émulsions plus stables. Les années 1980–1990 voient la structuration d’une véritable “nomenclature” de grades (Carbomer 910, 934, 940, 941, 980, 934P, etc.), chaque code correspondant à un niveau de viscosité, un type de réticulation et parfois un procédé de polymérisation différent, donc à un type de  gélification spécifique.​

Parallèlement, des panels d’experts toxicologiques confirment leur bonne tolérance cutanée et muqueuse, leur faible potentiel irritant et l’absence de sensibilisation significative aux concentrations usuelles. Les monographies pharmaceutiques (USP, Ph. Eur.) encadrent certains grades, en particulier pour les usages ophtalmiques ou oraux.​

À partir des années 2000, l’effort se porte sur :

• L’amélioration des procédés (substitution de solvants comme le benzène par des systèmes moins problématiques).​
• La création de grades “easy‑to‑disperse” (Ultrez, etc.) permettant une dispersion plus rapide, à froid, avec moins de grumeaux et moins d’air.​
• La diversification vers des copolymères hydrophobement modifiés (Pemulen, acrylates/C10‑30) offrant une meilleure stabilité d’émulsions complexes et une tolérance accrue aux électrolytes.​

Aujourd’hui, les Carbomères restent des piliers de la cosmétique et de la pharmacie, mais sont l’objet de débats environnementaux (origine pétrosourcée, caractère “microplastique fonctionnel”), ce qui stimule la recherche d’alternatives biosourcées ou hybrides.​

Carbopol vs carbomères “génériques” et autres fournisseurs

“Carbopol” est une marque déposée de Lubrizol, tandis que “Carbomer” est l’INCI générique recouvrant tous les polyacides acryliques réticulés, indépendamment du fabricant. En pratique, beaucoup de Carbomères du marché se présentent comme des “équivalents” de Carbopol 940, 980, etc., mais plusieurs dimensions les différencient.​

Sur le plan chimique, les Carbopol originaux sont des homopolymères d’acide acrylique réticulés (allyle sucrose, allyle pentaérythritol), complétés par des copolymères et interpolymères plus sophistiqués. Les Carbomères génériques reproduisent ces architectures, mais les réticulants, les conditions de polymérisation et la maîtrise des impuretés peuvent varier d’un fabricant à l’autre.​

Les écarts les plus marquants concernent :

• La pureté et le profil de solvants résiduels : les grades Carbopol destinés au pharma répondent à des exigences strictes, avec un contrôle fin des solvants et monomères résiduels; les génériques sont souvent plutôt calibrés pour des usages cosmétiques ou industriels moins critiques.​
• La reproductibilité rhéologique : les Carbopol bénéficient d’un développement poussé, d’une documentation exhaustive et d’un support technique structuré, ce qui assure une grande constance lot à lot. À l’inverse, certains génériques peuvent présenter une variabilité de viscosité, de profil pseudo plastique ou de tolérance aux électrolytes.​
• La forme galénique: les Carbopol “classiques” existent en poudre et en grades “self‑wetting” (Ultrez), tandis que les équivalents génériques sont souvent limités à des poudres standards plus exigeantes en process.​

Pour les applications très sensibles (pharma, dispositifs, cosmétique hautement régulée), l’avantage reste du côté des Carbopol en termes de dossier de conformité, de monographies et de robustesse. Pour des formules moins critiques ou très contraintes en coût, des Carbomères génériques peuvent être appropriés, à condition de conduire une qualification interne rigoureuse (profil rhéologique, électrolytes, stabilité, pureté).

La mise en œuvre des Carbomères reste un point important dans les processus. En effet, la dispersion initiale doit être parfaitement réalisée pour éviter le formation de grumeaux et permettre une optimisation du gel recherché.

L’utilisation d’outils de dispersion performants et parfaitement dimensionnée est un critère essentiel.

Un autre mode de mise en œuvre consiste à faire une pré dispersion concentré en utilisant un système de homogénéisation du gel initial pour obtenir un concentré performant.

Dans tous les cas, la neutralisation doit être réalisé après dispersion de la totalité du gélifiant dans la phase dispersante. Elle est réalisé généralement en fin d’opération.

Pour mieux saisir les défis rencontrés lors de l’utilisation du Carbopol, voici une anecdote révélatrice :

Dans les années 1960, la société Helena Rubinstein a lancé un nouveau parfum baptisé « Émotion ». Afin de dynamiser ses activités, elle choisit d’introduire une nouvelle présentation en gel hydroalcoolique, en lieu et place des formats liquides alcoolisés traditionnels.

Ce gel innovant reposait sur une matière première alors peu courante : le Carbopol 934. Si les essais au laboratoire se sont avérés assez concluants, la fabrication à grande échelle s’est révélée plus complexe. La dispersion initiale du Carbopol exigeait des conditions extrêmement contrôlées afin d’éviter la formation de grumeaux ou d’agglomérats. C’est votre narrateur qui fut chargé de la première mise en œuvre industrielle portant sur plusieurs centaines de kilos. Il lui fallait « sous-poudrer » lentement le Carbopol dans le mélange hydroalcoolique avant sa neutralisation. L’opération, bien que réussie, fut longue et dura plus d’une heure !

À cette époque, le travail s’effectuait régulièrement en cuve ouverte, exposant ainsi l’opérateur aux vapeurs d’alcool tout au long du processus. Le produit final était impeccable, mais l’état du technicien à la fin de l’opération soulevait quelques question, son taux d’alcoolémie an ayant souffert ! Pour pallier ces désagréments, un nouveau procédé de pré-dispersion du Carbopol fut ensuite mis en place.

Sepigel 305: un gélifiant acrylique d’architecture différente

Sepigel 305 (Seppic) est un polymère liquide multifonctionnel largement utilisé en cosmétique. Son INCI est Polyacrylamide (and) C13‑14 Isoparaffin (and) Laureth‑7. Il s’agit donc:​

• D’un polyacrylamide réticulé (polymère de monomères acrylamide).
• Dispersé dans une phase huileuse : isoparaffine C13‑14.
• Stabilisé par un tensioactif non ionique éthoxylé (Laureth‑7), sous forme de dispersion inverse (eau‑dans‑huile).

Contrairement aux carbomères, Sepigel n’est pas fourni en poudre anhydre mais en “polymère liquide” déjà structuré. Il ne contient pas de fonctions carboxyliques ionisables en grande proportion (polyacrylamide ≈ non ionique), ce qui le rend moins dépendant de la neutralisation pour développer sa viscosité.​

Mode d’action et comportement en formulation

Lorsqu’on incorpore Sepigel 305 dans une phase aqueuse, la dispersion inverse se “déploie”: les domaines de polyacrylamide hydratés forment un réseau épaississant, tandis que la phase huileuse et le tensioactif contribuent à la structuration globale (surtout dans les systèmes émulsionnés). Le gel résultant est généralement:​

• Opalescent à crémeux, plutôt qu’ultra‑transparent.
• Relativement stable sur une large plage de pH (≈ 3 à 12), puisque la structuration n’est pas contrôlée par l’ionisation d’acides carboxyliques.​
• Facile à obtenir sans étape de neutralisation : on ajoute le polymère liquide, on mélange, et la viscosité se développe.

Cette architecture triphasique (polymer + huile minérale + tensioactif) confère au Sepigel des propriétés spécifiques :

• Mise en œuvre très simple (à froid ou à chaud, en pré‑ ou post‑émulsification).​
• Texture plutôt crémeuse, “gel‑crème”, souvent perçue comme moins “vitreuse” que celle d’un gel carbomère pur.​
• Sensibilité aux électrolytes et à certains systèmes tensioactifs, mais avec un profil différent de celui des réseaux polyacrylates ioniques.​

Sepigel vs Carbomères: différences structurelles majeures

Sur le plan strictement structurel, plusieurs points distinguent Sepigel et Carbomères:

• Squelette polymère : polyacrylamide non ionique (Sepigel) vs poly(acide acrylique) anionique après neutralisation (carbomères).seppic+3​
• Type de réticulation : réticulation du polyacrylamide (structure de gel souple) vs réticulation des chaînes polyacrylates par des éthers allyliques de sucrose/pentaérythritol (microgels très gonflables).​
• Forme galénique : dispersion inverse liquide (eau‑dans‑huile) contenant déjà le polymère hydraté, une phase huileuse et un tensioactif, pour Sepigel; poudre sèche pour les carbomères, sans co‑composants.​
• Mécanisme de gélification: structuration par hydration et organisation du réseau polyacrylamide pré‑formé pour Sepigel, vs gonflement ionique contrôlé par le pH pour les carbomères.​

Ces différences se traduisent par des comportements pratiques distincts: Sepigel est pensé comme un outil de formulation “plug‑and‑play”, très robuste en process; les carbomères demandent une mise en œuvre plus technique (dispersion, neutralisation) mais offrent des gels très clairs et une palette rhéologique extrêmement large selon les grades et les conditions.bocsci+3​

Enjeux actuels: performance et naturalité 

Les gélifiants acryliques, qu’ils soient de type carbomère ou polyacrylamide liquide, restent aujourd’hui des standards de performance en cosmétique : ils permettent de maîtriser la texture, la stabilité, la libération d’actifs et l’expérience sensorielle du consommateur. Leur capacité à “sauver” des émulsions instables, à suspendre des particules et à créer des gels hydroalcooliques efficaces explique leur succès durable.​

Cependant, plusieurs tendances convergent vers une remise en question partielle de leur hégémonie :

• Conscience environnementale : les Carbomères et les polyacrylamides sont issus de la pétrochimie et sont souvent classés dans les “microplastiques fonctionnels” au sens large, même s’ils ne sont pas des particules solides au sens classique.​
• Pression réglementaire et marketing “sans microplastique” : de nombreux acteurs cherchent à réduire la part des polymères synthétiques non biodégradables et à les remplacer par des solutions biosourcées (gommes modifiées, polysaccharides fonctionnalisés) ou des polymères hybrides (partiellement biosourcés).​
• Innovation hybride : des produits comme Sepilife G305Ò, présenté par Seppic comme “héritier” du Sepigel 305 avec une haute naturalité, illustrent le mouvement vers des polymères intégrant à la fois une architecture acrylique performante et des segments d’origine naturelle.​

Le défi des prochaines années consiste à conserver la finesse de réglage rhéologique, la robustesse industrielle et la polyvalence des gélifiants acryliques, tout en améliorant leur profil environnemental et en répondant aux attentes de naturalité. Cela implique à la fois des évolutions de chimie (monomères biosourcés, procédés plus propres) et des approches de formulation combinant polymères synthétiques optimisés et biopolymères intelligemment associés.

Si les grades d’origine deviennent rares d’utilisation, ce type d’ingrédient continu de jouer un rôle essentiel dans les techniques de formulation. Après un fort engouement, suite à la pression du naturel qui a conduit à réutiliser des produits comme les amidons, et face aux nombreuses difficultés liées à ces polymères naturelles, l’utilisation de polymères synthétiques reste une alternative qui n’a pas été égalé à ce jour.

Jean-Claude le Joliff, fondateur de la Cosmétothèque

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