COLLOÏDES

Les colloïdes, ou « solutions » colloïdales, sont des mélanges (liquide, gel) qui contiennent, en suspension, des particules. Ces particules, ou objets colloïdaux, ont une taille supérieure aux molécules qui les constituent (taille supramoléculaire) mais suffisamment petite pour que le mélange demeure homogène. D'après la définition officielle, leur taille est comprise entre un nanomètre (10^–9 m) et une dizaine de micromètres (soit 10^–5 m). Des produits industriels tels qu'un parfum sans alcool, une peinture à l'eau ou encore une sauce vinaigrette, ainsi que des produits naturels tels que le lait, sont des exemples de solutions colloïdales. Dans tous les cas, ces mélanges doivent posséder une stabilité suffisante pour être fonctionnels : une peinture qui décante, le lait qui « tourne » ou un vin qui dépose de façon trop importante ne répondent plus à leurs fonctions.

Lorsque l'on veut « solubiliser » dans un solvant, de l'eau par exemple, un produit insoluble tel que de l'huile ou un pigment hydrophobe (qui n'aime pas l'eau), on prépare donc une solution colloïdale. Pour cela, on disperse dans le solvant le produit hydrophobe sous la forme de petites particules afin que le mouvement brownien, conséquence de l'agitation des molécules du solvant, maintienne l'homogénéité de cette dispersion. Un mélange colloïdal peut être thermodynamiquement stable, ce qui signifie qu'il n'évolue pas avec le temps si les paramètres thermodynamiques (température, pression...) ne changent pas (on parle alors de stabilité thermodynamique). Cependant, la plupart des colloïdes sont en fait métastables, c'est-à-dire qu'ils se modifient au bout d'un certain temps, qui peut être long (la stabilité est alors cinétique). Dans ce cas, le retour à une séparation de phases entre les phases hydrophile et hydrophobe doit être suffisamment lent pour que l'utilisation de la suspension puisse se faire dans des conditions raisonnables.

Les colloïdes occupent une place importante dans la nature et dans l'industrie. Les industries chimiques, en particulier, ont vu s'accroître, depuis les années 1960, l'importance de la formulation qui, très souvent, a pour but de préparer, sous forme colloïdale, des mélanges complexes. Les colloïdes sont à l'origine d'innovations importantes, notamment de l'amélioration de nombreux produits et procédés de fabrication. On citera, par exemple, le remplacement des solvants organiques, généralement utilisés dans la peinture ou dans les colles, par des suspensions aqueuses colloïdales de latex, de pigments et de résines qui a conduit à des produits « sans odeurs ». Ceux-ci, moins nocifs pour l'environnement et plus agréables pour l'utilisateur, sont toutefois souvent très difficiles à mettre au point.

Systèmes à l'équilibre thermodynamique

Les systèmes colloïdaux qui sont réellement à l'équilibre thermodynamique, c'est-à-dire qui correspondent à des systèmes parfaitement stables, sont principalement des solutions de molécules dites amphiphiles. Les molécules amphiphiles, ou tensioactifs, sont des molécules qui possèdent une partie soluble dans l'eau constituée d'un groupe polaire (partie hydrophile) et une autre partie soluble dans l'huile correspondant généralement à une ou plusieurs chaînes aliphatiques (partie lipophile ou hydrophobe). Ce caractère amphiphile que possèdent ces molécules est à l'origine de l'une de leurs propriétés les plus importantes : celle de s'associer en milieu aqueux pour constituer des particules colloïdales.

La forme et la taille de ces agrégats dépendent des propriétés des molécules qui les constituent et peuvent prendre des aspects divers. Plus précisément, les tailles respectives de la partie polaire et de la partie aliphatique[...]