Saponification : comment l’huile et la soude deviennent du savon

Le savon n’est pas un mélange d’huile et de soude. C’est une substance nouvelle, en laquelle l’huile et la soude se transforment, et dans un savon bien fait il ne reste rien ni de l’une ni de l’autre, sauf un peu d’huile, laissée exprès. Ce guide explique ce qui se passe dans la casserole, avec les vrais chiffres, pour que les étapes des autres guides prennent leur sens au lieu de ressembler à des règles.

De quoi sont faites les huiles et les graisses

L’huile d’olive, l’huile de coco, le beurre de karité et le saindoux ne se ressemblent pas, mais chimiquement ce sont des corps de même nature : des triglycérides. Un triglycéride, c’est une petite molécule, le glycérol, qui porte trois longues chaînes appelées acides gras. Une huile de savonnerie est presque entièrement faite de triglycérides ; le reste, d’ordinaire un ou deux pour cent (davantage dans le beurre de karité), se compose d’autres substances (vitamines, stérols, cires) que la soude ne peut pas transformer en savon et qui restent tout simplement dans le savon.

Ce qui distingue une huile d’une autre, ce sont les acides gras qu’elle porte. L’huile d’olive est surtout faite d’acide oléique, une chaîne de 18 carbones qui présente un coude. L’huile de coco est surtout faite d’acide laurique, une chaîne droite de 12 carbones. Ces chaînes décident de presque tout dans le savon : sa dureté, sa mousse, sa douceur sur la peau et sa durée de conservation. Le guide des acides gras entre dans le détail ; pour l’instant, retenez que les chaînes sont la partie qui devient du savon.

Ce que la soude leur fait

La soude est un alcali fort : l’hydroxyde de sodium (NaOH) pour les savons solides, l’hydroxyde de potassium (KOH) pour les savons mous et liquides. Dissoute dans l’eau, elle attaque la liaison qui retient chaque acide gras au glycérol. La chaîne se détache en emportant une charge négative et s’associe au sodium ; le glycérol se libère sous forme de glycérine. Cette réaction s’appelle la saponification, d’après le mot latin qui désigne le savon. Jusqu’au début du XIXe siècle, on pensait que le savon était un simple mélange de graisse et d’alcali ; le chimiste Michel Chevreul a montré qu’il s’agit d’une transformation chimique qui scinde la graisse en acides gras et en glycérol, un travail auquel le manuel de Simmons et Appleton de 1908 attribue le mérite d’avoir donné à la savonnerie une base scientifique.

100 g+NaOHNaOHNaOHSoude13,5 g−Na⁺−Na⁺−Na⁺Savonoléate de sodium · 103,1 g+OHOHOHGlycérine10,4 g100,0 g + 13,5 g = 103,1 g + 10,4 g : rien ne se perd, tout se réarrange.

Deux propriétés de cette réaction comptent chaque fois que vous faites du savon.

Elle est exacte. Une molécule de graisse prend exactement trois molécules d’hydroxyde, ni plus ni moins. Trop peu de soude laisse une partie de l’huile sans réagir, ce qui est sans danger et ce que les savonniers font délibérément (voir le surgraissage, plus bas). Trop de soude laisse de la soude libre dans le savon, ce qui le rend caustique : c’est la seule erreur que les calculateurs de saponification existent pour empêcher.

Elle dégage de la chaleur. La pâte se réchauffe d’elle-même en saponifiant : c’est pourquoi un pain enveloppé dans une serviette peut chauffer assez pour devenir translucide au centre (la phase de gel), et pourquoi les recettes riches en sucres, en lait ou en miel peuvent surchauffer. Dissoudre la soude dans l’eau dégage aussi de la chaleur, séparément et rapidement : une solution de soude fraîchement préparée peut dépasser 90 °C (194 °F).

Le sodium fait les savons solides, le potassium les savons liquides

La molécule de savon est la même chaîne d’acide gras dans les deux cas ; seul le partenaire change. Les savons de sodium s’empilent en cristaux fermes : l’hydroxyde de sodium donne donc les savons durs que la plupart des gens appellent « savon ». Les savons de potassium sont bien plus solubles dans l’eau : l’hydroxyde de potassium donne donc une pâte molle qu’on peut diluer en savon liquide. Les savons à barbe et les savons crème utilisent souvent un mélange des deux, que le calculateur gère sous le réglage NaOH, KOH ou les deux.

Les deux ne s’échangent pas gramme pour gramme. Un atome de potassium est plus lourd qu’un atome de sodium : il faut donc 56,1 g de KOH pour faire le travail de 40,0 g de NaOH. Le calculateur passe de l’un à l’autre au moyen de ces masses molaires.

Combien de soude : l’indice de saponification

Chaque huile demande sa propre quantité de soude, et le nombre qui l’indique est son indice de saponification, ou indice SAP : le nombre de milligrammes d’hydroxyde de potassium nécessaires pour saponifier un gramme de cette huile. On le mesure en laboratoire selon une méthode normalisée (AOCS Cd 3-25), et les normes alimentaires publient la plage dans laquelle se situe chaque huile.

Plages tirées des normes alimentaires du Codex et des autres documents primaires cités sur la fiche de chaque huile. La colonne NaOH est le chiffre en KOH multiplié par 39,997 ÷ 56,106.

Pourquoi l’huile de coco demande-t-elle un tiers de soude de plus que l’huile d’olive ? Parce que ses chaînes sont plus courtes. Un gramme d’huile de coco contient plus de molécules de graisse qu’un gramme d’huile d’olive, et chaque molécule réclame ses trois hydroxydes. On peut le vérifier à partir des seules molécules : la trilaurine pure (trois chaînes lauriques) donne 263 mg KOH/g, et la trioléine pure (trois chaînes oléiques) 190, soit là où se situent réellement l’huile de coco et l’huile d’olive.

La soude d’une recette est la somme sur ses huiles : le poids de chaque huile multiplié par son indice de saponification. C’est tout le calcul, et c’est pourquoi personne ne devrait faire un savon à partir d’une recette qui n’est pas passée par un calculateur avec les huiles réellement présentes dans la casserole. L’huile de coco prend environ 35 % de soude de plus que l’huile d’olive : mettez de l’huile d’olive à sa place en gardant l’ancienne quantité de soude, et le savon est caustique.

Pourquoi les savonniers mettent moins de soude que les huiles n’en demandent

Presque toutes les recettes utilisent quelques pour cent de soude de moins que les huiles ne pourraient en prendre. Ce manque, c’est le surgraissage : à 5 %, la soude suffit pour 95 % des huiles, et les 5 % restants demeurent dans le savon sous forme d’huile. Il y a trois bonnes raisons à cela.

1. Les indices de saponification sont des plages, pas des constantes. L’huile d’olive peut se situer n’importe où entre 184 et 196. Un calculateur doit choisir un chiffre, et le surgraissage couvre l’écart entre ce chiffre et votre bouteille.
2. Ni les balances, ni la pureté de la soude, ni les gestes ne sont parfaits. Quelques pour cent de marge font qu’une petite erreur de pesée ou une éclaboussure donne un savon un peu plus mou plutôt qu’un savon agressif.
3. Un peu d’huile libre est plus agréable sur la peau. La plupart des savons de tous les jours se situent entre 3 et 8 %.

Le guide du surgraissage explique quand monter plus haut (savons au sel) ou descendre plus bas (savon de lessive et savon liquide).

Où va la glycérine

Dans le schéma ci-dessus, chaque portion de 100 g d’huile d’olive libère environ 10 g de glycérine. Dans les savons saponifiés à froid et à chaud, elle reste entièrement dans le savon, où elle attire l’humidité ; c’est en partie pour cela qu’un savon artisanal ne donne pas la même sensation que la plupart des savons du commerce.

Le savon industriel, lui, se fabrique traditionnellement par cuisson complète au chaudron : la graisse bout avec la soude, puis on la relargue au sel, si bien que le savon remonte en grumeaux tandis que la glycérine et la lessive usée s’écoulent par le bas ; le savon est ensuite remis à bouillir avec un excès de soude pour achever la réaction. La glycérine est vendue à part. Jusqu’au début des années 1800, les savonniers jetaient ces lessives à l’égout ; en 1908, écrivaient Simmons et Appleton, elles étaient devenues « the chief source of profit in the manufacture of cheap soaps ». Ce savon n’a aucun défaut ; c’est simplement un autre produit.

Pourquoi le savon lave

Une molécule de savon a deux extrémités qui ne recherchent pas la même chose. L’extrémité chargée, là où se trouve le sodium, est attirée par l’eau. La longue queue d’acide gras est attirée par l’huile et la graisse. Dans l’eau, les molécules de savon se pressent autour d’une goutte d’huile, la queue plongée dedans et la tête chargée tournée vers l’extérieur, et forment une minuscule boule appelée micelle, que l’eau peut emporter. C’est le savon lui-même qui fait ce travail. Le manuel de Simmons et Appleton de 1908 rapporte l’essai qui l’a montré, celui de Hillyer : un alcali dilué n’émulsionnait l’huile de coton que tant que celle-ci contenait encore des acides gras libres à transformer en savon, et restait sans effet sur une huile débarrassée de ses acides ou sur le kérosène, alors qu’une solution d’oléate de sodium, qui est un savon, émulsionnait les deux.

C’est aussi pour cela que le savon est légèrement alcalin. C’est le sel d’un acide faible (l’acide gras) et d’une base forte : une solution d’un savon parfaitement réussi mesure donc un pH d’environ 9 à 10. C’est la nature même du savon, pas le signe d’un reste de soude ; la recherche de soude libre est un autre test, présenté dans le guide du pH du savon.

Combien de temps dure la réaction, et à quoi sert la cure

Dans un savon saponifié à froid, l’essentiel de la soude est consommé dès le premier ou le deuxième jour, et plus vite encore si le pain passe par la phase de gel. Quand le pain est assez ferme pour être coupé, c’est du savon. Les quatre à six semaines de cure qui suivent concernent surtout l’eau : un savon qui contient au départ d’un cinquième à un quart d’eau en perd une grande partie, durcit, dure plus longtemps sous la douche et devient plus doux à mesure que sa structure cristalline se stabilise. Le savon saponifié à chaud est cuit jusqu’à ce que la réaction soit terminée, ce qui le rend sûr plus tôt, mais il profite tout autant de ces semaines pour laisser partir son eau.

Restent les questions pratiques, auxquelles la suite du parcours débutant répond dans l’ordre : manipuler la soude en toute sécurité, le matériel nécessaire, et votre première fournée, qui fabrique notre savon sans palme pour une première fournée.