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Qu'y a-t-il de commun entre la bière, le lait, une crème à raser et une peinture ? Ce sont des colloïdes. Tous ces produits sont constitués de petites particules (de quelques nanomètres à quelques micromètres) en suspension plus ou moins uniforme dans un milieu dispersant de nature différente. Les colloïdes sont soit des macromolécules (protéines par exemple) soit des agrégats de petites molécules (micelles de savon ou particules d'or par exemple). Dans un système colloïdal, les particules dispersées sont de taille très grande par rapport à la taille des molécules du solvant ou plus généralement de la phase dispersante. Le "milieu dispersant" est une phase continue alors que les " particules " dispersées constituent la phase discontinue. La phase continue peut être un gaz, un liquide ou un solide. La phase discontinue peut être un gaz, un solide ou un liquide. 1.1. Les
classifications possibles des colloïdes : 1. 1.1. Les différents
types de dispersion colloïdale suivant la nature des phases
Les
colloïdes peuvent également être classés par
rapport à leur comportement vis à vis du solvant.
1.1.3.
Les différents
types de dispersion colloïdale suivant la forme des particules dispersées
1.2. La stabilité
des sols colloïdaux : La
stabilité d'un système colloïdal, qu’il soit
hydrophile ou hydrophobe, repose principalement sur ses charges de surface.
Toutefois, la stabilité est différente dans les deux cas.
Une faible quantité
d’électrolyte ajouté, qui dans les deux cas amincit
la double couche, fait floculer les sols hydrophobes mais est sans effet
sur les sols hydrophiles. Un
sol dans lequel les particules restent séparées les unes
des autres (au moins sur plusieurs jours à température ambiante)
est dit stable. Pour les colloïdes lyophiles(hydrophile) la
stabilité résulte du fait d’une stabilité
thermodynamique (l'énergie libre minimale pour les composés).
Un tel sol est stable indéfiniment. |
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| Pour
un colloïde lyophobe (hydrophobe), il existe toujours des forces d’attraction
entre les particules (forces de Van der Waals) de sorte que si ces forces
l’emportent sur le mouvement brownien, les particules s’agrègent pour former
des floculats (phénomène de floculation). C’est un colloïde thermodynamiquement
instable. Si la valeur d’énergie potentielle D (delta) est supérieure
à l’énergie cinétique (égale à 3/2kT) le sol hydrophobe est stable. Sans
le cas inverse, il est instable. |
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2- Quelques propriétés
des sols
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| Les
colloïdes diffusent et reflètent la lumière.
Selon la taille des particules on observera une opalescence de
la suspension associée à un Effet Tyndall (teinte
bleuâtre, orangée par transparence) ou une franche
turbidité du milieu. |
Différentes
méthodes sont utilisables :
La formation de l'émulsion peut se faire par agitation mécanique.L'énergie interfaciale est importante (voir la notion de tension superficielle). Cette énergie peut être considérablement diminuée en présence d'un surfactant qui agira comme dispersant ou comme agent stabilisant.
Lorsque l'émulsion est faite de toutes
petites gouttelettes (10 nm), on parle de microémulsions.
Il
s'agit d'une classe de molécules qui ont la caractéristique
d'être amphiphiles. La molécule possède
une partie polaire hydrophile et une partie non polaire hydrophobe.
Selon
les conditions d'expériences (température, concentration
en surfactant, force ionique du milieu...) et le type d'interfaces
mis en oeuvre, les amphipiles donnent des structures diverses.
| A très faible concentration, les surfactants forment des solutions vraies. Puis, quand la concentration augmente, un certain nombre de molécules commencent à s'adsorber préférentiellement sur toutes les surfaces disponibles du récipient qui est utilisé pour faire le mélange. Quand la concentration augmente encore, les surfaces sont couvertes d'une monocouche. A partir de cette limite de concentration, les molécules s'agrégent en micelles (structures qui contiennent de 50 à 100 molécules). |
La
limite inférieure de concentration du surfactant pour laquelle
on aboutit à la formation de micelles s'appelle : la
concentration micellaire critique(CMC).
Un certain nombre de propriétés physiques changent brutalement
à ce stade (par exemple la conductivité de la solution)
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Tensioactif |
CMC (M) |
|
CH3-(CH2 )6 COO Na |
0.37
|
|
CH3-(CH2 )7 –O-SO3 Na |
0.14
|
|
CH3-(CH2 )8 –O-SO3 Na |
0.085
|
|
CH3-(CH2 )9 –O-SO3 Na |
0.038
|
|
CH3-(CH2 )11 –O-SO3 Na
|
0.0077
|
Plus
la partie hydrophobe est importante, moins
Les composés possédant des groupes très fortement
polaires ont des CMC importantes.
Deux
conséquences importantes de la formation des micelles :
|
-
Une conséquences importante de la formation de micelles
est la possibilité de piéger un lipide dans la
partie hydrophobe du micelle. L'application directe de cette
propriété est l'utilisation des détergents
pour laver les objets gras. - La deuxième
conséquence est la capacité du tensioactif de
s'adsorber à linterface huile -eau d'une gouttelette
huileuse et de stabiliser ainsi les émulsions huile /eau
(H/E) |
|
Une
des caractéristiques essentielles des systèmes amphiphile-eau
est de présenter une surface de contact considérable
entre les surfaces des structures formées et l'eau du milieu
dispersant.
| Par
exemple, 1 mol de phospholipide (800g) peut couvrir une surface
de plusieurs dizaines d’hectares en créant une couche
monomoléculaire d'une épaisseur de 5 nm |
Selon la nature de leur tête polaire et de leurs chaînes aliphatiques, les phospholipides forment avec l’eau des structures variées. La solubilité des phospholipides dans l’eau est très faible : elle ne dépasse pas 10-10 mol/L. Au-delà de cette concentration qui est spécifique pour chaque phospholipide, il se forme des agrégats, entre autre des micelles organisés de façon à hydrater les têtes polaires tout en rassemblant les chaînes hydrophobes pour diminuer au maximum les contacts avec l’eau. Ces structures ne peuvent être obtenues qu'à des températures supérieures à |
La géométrie de la molécule joue un rôle clé sur la structure adoptée Selon l'encombrement relatif des têtes polaires par rapport aux queues hydrophobes, on schématise les structures du surfactant par des formes géométriques simples :
On obtiendra ainsi :
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| On
obtient un diagramme de phase quand on étudie les
différents types de structures adoptés par les agrégats
de phospholipides en fonction de la température et de la
teneur en eau. |
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On
distingue 3 grands types de liposomes :
|
Les
liposomes ont de nombreuses applications industrielles qui vont de
l'industrie des cosmétiques à la pharmacie.
Ils
permettent également un ciblage de médicaments vers
les zones ou organes à traiter évitant ainsi la dispersion
des principes actifs dans le sang.
L'industrie agroalimentaire est un gros utilisateur de colloïdes : émulsifiants, épaississants, gélifiants...
Des produits tensioactifs (émulsifiants) ont un rôle important :
Les
principaux produits autorisés sont :
Les épaississants et gélifiants sont essentiellement des polysaccharides plus ou moins complexes. Ils améliorent la texture et la tenue des préparations. Les épaississants sont des extraits d'algues (alginate et dérivés E400-E405, Agar E406), les carraghénanes E407, les farines de graine de caroube, de tamarin, de guar(E410-E412), les gommes (E413-E415), les pectines (E440).
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et |
Analytiqueã |
Danielle |
et |
Khanh |
Lê-Quôc |
1999-2000 |