Lorsqu’une crème est étalée sur la peau, qu’un rouge à lèvres est appliqué ou qu’une poudre entre en contact avec le visage, des phénomènes mécaniques se produisent à l’interface entre le produit cosmétique et la surface cutanée. Frottement, adhésion, glissement, transfert de matière et évolution de la texture participent directement aux sensations perçues par l’utilisateur.
Un produit peut sembler gras, collant, sec, glissant ou au contraire difficile à étaler. Ces perceptions sensorielles peuvent être étudiées à l’aide de méthodes instrumentales issues de la tribologie.
L’étude du comportement tribologique des produits cosmétiques permet ainsi de compléter les panels sensoriels par des mesures quantitatives et reproductibles. Elle constitue un outil particulièrement intéressant pour comparer des formulations, étudier leur interaction avec la peau et accompagner le développement de nouvelles textures.
Quel est le lien entre Tribologie et Cosmétique ?
La tribologie est la science qui étudie le frottement, l’usure et la lubrification des surfaces en contact.
À première vue, elle peut sembler principalement destinée aux composants mécaniques. Pourtant, ses principes peuvent également être appliqués aux interfaces biologiques et aux produits cosmétiques.
Lors de l’application d’une crème, par exemple, plusieurs éléments constituent le tribosystème :
- la peau ;
- le doigt ou l’applicateur ;
- le produit cosmétique ;
- la pression exercée ;
- la vitesse d’application ;
- la température ;
- l’humidité ;
- la quantité de produit déposée.
Le comportement observé résulte de l’interaction de l’ensemble de ces paramètres.
Pourquoi le frottement est-il important pour une crème cosmétique ?
Lorsqu’une crème est appliquée sur la peau, le produit forme une interface entre le doigt et la surface cutanée.
Au début de l’application, la quantité de produit présente peut être relativement importante. Le comportement tribologique évolue ensuite progressivement à mesure que la crème s’étale, pénètre, sèche ou forme un film.
La mesure du frottement peut permettre d’étudier cette évolution.
Deux formulations peuvent ainsi présenter des comportements très différents :
- l’une peut générer rapidement un faible frottement et donner une sensation de glisse ;
- une autre peut conserver davantage de résistance au mouvement ;
- une troisième peut évoluer fortement pendant l’application.
Cette évolution est particulièrement intéressante, car la sensation d’un produit cosmétique n’est pas nécessairement constante pendant son utilisation.
Comment mesurer le coefficient de friction d’un produit cosmétique ?
Un tribomètre permet de mesurer la force nécessaire pour déplacer l’applicateur par rapport à la peau en présence du produit cosmétique sous une charge contrôlée.
Le coefficient de frottement ou le niveau d’adhésion peut être exprimé par la relation :
μ = Ff / Fn
avec :
- μ : coefficient de friction ;
- Ff : force de frottement ;
- Fn : force normale appliquée.
Pendant l’essai, la force de frottement est enregistrée en continu. Il devient alors possible d’observer non seulement une valeur moyenne, mais surtout l’évolution du frottement pendant l’application du produit.
Pour les cosmétiques, cette dynamique peut apporter des informations précieuses sur les différentes phases d’étalement.
Peut-on mesurer l’adhésion d’une crème sur la peau ?
Le frottement n’est pas le seul phénomène intéressant. L’adhésion entre le produit et la surface peut également être étudiée.
Une approche consiste à mettre une surface en contact avec le produit sous des conditions définies, puis à mesurer la force nécessaire pour séparer les deux surfaces.
Cette mesure peut notamment permettre de comparer le caractère plus ou moins adhésif ou collant de différentes formulations.
Pour une crème, un gel, un baume ou une formulation pâteuse, il est possible d’étudier :
- la force maximale de séparation ;
- l’énergie nécessaire à la séparation ;
- l’évolution de cette adhésion avec le temps ;
- l’influence de la quantité de produit ;
- l’effet de la température ou de l’humidité.
Ces mesures instrumentales peuvent ensuite être mises en relation avec certaines perceptions sensorielles.
Rouge à lèvres : mesurer glissement, adhésion et transfert
Le rouge à lèvres constitue un cas particulièrement intéressant pour la tribologie.
Pendant son application, le produit doit généralement offrir un compromis entre plusieurs propriétés : permettre un dépôt homogène, présenter une glisse adaptée et conserver suffisamment de matière sur les lèvres.
Une étude tribologique peut notamment comparer :
- la force nécessaire à l’application ;
- le coefficient de friction ;
- la régularité du glissement ;
- la quantité de matière transférée ;
- l’évolution du comportement après plusieurs passages.
Différentes formulations peuvent ainsi être comparées objectivement dans des conditions expérimentales identiques.
L’objectif n’est pas de déterminer qu’un coefficient de friction faible est systématiquement meilleur. La valeur recherchée dépend de l’expérience sensorielle et des performances souhaitées pour le produit.
Et pour les poudres cosmétiques ?
Les poudres présentent un comportement encore différent.
Lorsqu’une poudre libre, compacte, un fond de teint ou un fard est appliqué, les particules interviennent directement dans le contact entre la peau et l’applicateur.
La formulation, la granulométrie, la morphologie des particules et leur capacité à adhérer au support peuvent modifier le comportement au frottement.
Les essais peuvent notamment servir à comparer :
- la facilité d’étalement ;
- la résistance au glissement ;
- l’homogénéité du dépôt ;
- l’adhésion au support ;
- le transfert du produit.
La tribologie permet alors de caractériser certaines différences entre formulations qui peuvent être difficiles à quantifier par une simple observation visuelle.
Comment reproduire la peau humaine en laboratoire ?
C’est l’une des principales difficultés de ce type d’étude.
La peau humaine possède une surface complexe, souple, texturée et dont les propriétés évoluent selon de nombreux paramètres.
L’âge, l’hydratation, la température, la zone anatomique ou encore les conditions environnementales peuvent modifier son comportement.
Pour améliorer la reproductibilité des essais, différentes approches peuvent être envisagées : travailler directement sur un support biologique lorsque le protocole le permet, ou utiliser des substrats artificiels reproduisant certaines caractéristiques de la peau.
Le choix du support est essentiel. Un matériau synthétique parfaitement lisse ne reproduira pas nécessairement les interactions observées sur une peau réelle.
L’objectif consiste donc à sélectionner un modèle suffisamment représentatif de la propriété que l’on souhaite étudier.
Quels paramètres faut-il contrôler pendant l’essai ?
Comparer deux produits cosmétiques nécessite de définir précisément les conditions expérimentales.
Il faut notamment contrôler :
- la quantité de produit déposée ;
- la charge normale ;
- la vitesse de déplacement ;
- la distance parcourue ;
- le nombre de passages ;
- le type de support ;
- la température ;
- l’humidité ;
- le temps écoulé après l’application.
La quantité de produit est particulièrement importante. Une variation de l’épaisseur déposée peut modifier fortement le comportement tribologique et rendre la comparaison entre formulations difficile.
Peut-on relier les mesures tribologiques aux sensations des utilisateurs ?
C’est l’un des principaux intérêts de la tribologie appliquée aux cosmétiques.
Un panel sensoriel peut qualifier un produit avec des termes tels que :
- glissant ;
- collant ;
- gras ;
- sec ;
- accrocheur ;
- facile à étaler.
Les essais instrumentaux cherchent à associer certaines de ces perceptions à des grandeurs physiques mesurables.
Par exemple, l’évolution du coefficient de friction pendant l’étalement peut être comparée à la perception de glisse d’un produit. Une mesure de force de séparation peut, quant à elle, contribuer à caractériser son comportement adhésif.
La correspondance n’est toutefois jamais automatique : une perception sensorielle résulte de plusieurs phénomènes simultanés. La tribologie constitue donc un complément aux évaluations sensorielles plutôt qu’un substitut systématique.
Pourquoi comparer plusieurs formulations avec le même protocole ?
Les valeurs absolues obtenues lors d’un essai sur un produit cosmétique doivent être interprétées avec prudence.
Dans beaucoup de situations, l’approche la plus pertinente consiste à réaliser une étude comparative.
Une formulation de référence et plusieurs variantes sont alors testées avec exactement :
- le même support ;
- la même quantité de produit ;
- la même charge ;
- la même vitesse ;
- les mêmes conditions environnementales.
Il devient possible d’identifier l’influence d’une modification de formulation sur le comportement au frottement ou à l’adhésion.
Cette méthodologie peut être utilisée pour étudier l’effet d’un changement d’émollient, d’un épaississant, d’une poudre, d’un agent filmogène ou d’autres constituants de la formulation.
Quels produits cosmétiques peuvent être étudiés ?
Les approches tribologiques peuvent être adaptées à de nombreux produits :
- crèmes hydratantes ;
- crèmes solaires ;
- sérums et gels ;
- fonds de teint ;
- poudres compactes ou libres ;
- rouges à lèvres ;
- baumes ;
- sticks ;
- produits capillaires ;
- produits de soin.
Le protocole doit cependant être adapté à chaque famille de produits et surtout à la propriété recherchée.
Mesurer la glisse d’une crème, le transfert d’un rouge à lèvres et le comportement d’une poudre nécessite des configurations expérimentales différentes.
La tribologie pour objectiver les performances sensorielles
L’étude du frottement et de l’adhésion ouvre de nouvelles possibilités pour caractériser les produits cosmétiques.
En reproduisant de manière contrôlée l’interaction entre une formulation, la peau et un applicateur, il devient possible d’obtenir des données quantitatives sur la glisse, l’étalement, l’adhésion ou le transfert.
Ces mesures prennent tout leur intérêt lorsqu’elles sont intégrées dans une démarche plus globale associant essais instrumentaux, compréhension du tribosystème et évaluations sensorielles.
La tribologie permet alors de passer d’une perception comme « cette crème glisse davantage » ou « ce rouge à lèvres accroche plus » à une analyse expérimentale capable de comparer objectivement différentes formulations et d’aider à comprendre l’origine de leur comportement.