« Colloïde » : différence entre les versions
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{{À wikifier|date=septembre 2023}}[[Fichier:Milk.jpg|vignette|Le lait est une suspension colloïdale de globules gras dans l'eau.]]
Les '''colloïdes''' sont définis internationalement, par l'[[Union internationale de chimie pure et appliquée|IUPAC]]<ref>{{Lien web |prénom=The International Union of Pure and Applied Chemistry |nom=(IUPAC) |titre=The IUPAC Compendium of Chemical Terminology |url=https://goldbook.iupac.org/ |site=goldbook.iupac.org |consulté le=2022-07-06}}</ref>, comme des « '''systèmes colloïdaux''' », avec la définition suivante :
tg si nn wallah je poullup chez ta mere Un '''colloïde''' est une [[Suspension (chimie)|suspension]] d'une ou plusieurs substances dispersées régulièrement dans un liquide, formant un système à deux phases séparées. Il s'agit d'une dispersion homogène (à grande échelle) de particules dont les dimensions vont du [[nanomètre]] au [[micromètre]]<ref>Ces limites approximatives sont des ordres de grandeur.</ref>. Ces particules ont donc la taille d'une [[nanoparticule]], même si elles ne sont pas spécifiquement considérées en tant que telles. On parle de « suspension » pour un colloïde et non de « solution ». ▼
Le terme désigne un état de subdivision, avec des molécules ou des particules polymoléculaires dispersées dans un milieu et dont la taille, au moins dans une direction, est entre 1 nanomètre et 1 micromètre, ou avec des discontinuités à des distances de cet ordre de grandeur<ref>{{Ouvrage|langue=en|titre=The IUPAC Compendium of Chemical Terminology: The Gold Book|éditeur=International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)|date=2019|doi=10.1351/goldbook.|lire en ligne=https://goldbook.iupac.org/|consulté le=2022-07-06}}</ref>.
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Les [[colle]]s et les [[Gel (matériau)|gel]]s sont des colloïdes et forment des suspensions dites colloïdales.
Les suspensions colloïdales sont intermédiaires entre les [[suspension (chimie)|suspensions]] (particules de taille supérieure au micromètre) et les [[Solution (chimie)|solutions]] vraies (particules de taille inférieure au nanomètre).
Un
La [[pectine]] ([[polysaccharide]]), certaines [[protéine]]s, telles l'[[ovalbumine]] ou la [[gélatine]], forment des suspensions colloïdales, dites macromoléculaires et permettent de fabriquer des flans et des [[gelée culinaire|gelées]]. D'autres [[glucide]]s de haut poids moléculaire, tels l'[[amidon]] ou la [[cellulose]], peuvent également former des colloïdes.
Les [[Peinture (matière)|peintures]] sans odeur, le [[lait]] ou le [[plasma sanguin]] sont des suspensions colloïdales. Les [[métal|métaux]], comme l'[[argent]] (''Collargol'') ou l'[[Or colloïdal|or]], le [[cuivre]], peuvent se présenter sous forme de suspension colloïdale
Le terme « colloïde » vient du grec
== Définition d'un colloïde ==
Traditionnellement, le domaine colloïdal est défini à partir de quelques lois décrivant un comportement spécifique de la matière pour une échelle caractéristique de ses composants colloïdaux s'étalant du [[nanomètre]] au [[micromètre]], c'est-à-dire des échelles telles qu'en milieu liquide, l'agitation thermique est observable.
En effet, si on considère une particule de diamètre ''d'' et de masse m dans un solvant, on peut comparer l'unité d'énergie thermique ''k''<sub>B</sub>T à la variation d'énergie potentielle associée à la gravité si la particule se déplace en hauteur d'une altitude égale à son diamètre. D'après la définition ci-dessus, l'échelle colloïdale se caractérise par une prépondérance de l'énergie thermique par rapport à la gravité, conduisant à la relation suivante : <math>\frac{k_B \text{T}}{mgd}>1</math>. Pour une particule de polystyrène (densité = 1.05), on constate que la relation ci-dessus n'est vérifiée que si le diamètre de la particule d < 1 µm. Le système colloïdal est un mélange, constitué d'au moins une phase dispersée dans un milieu suspensif (id. phase dispersante)<ref>Le terme phase est ici à manipuler avec précaution car il désigne habituellement l'état du système lui-même. C'est pourquoi, dans certains cas, de nombreux auteurs préfèrent parler de particules de solutés baignant dans un solvant pour évoquer les gouttes ou les solides en suspension.</ref>. La caractérisation principale de ce mélange est l'effet négligeable des effets de [[gravitation]] par rapport à ceux de l'[[agitation thermique]], dont la conséquence est l'absence de [[Précipité|précipitation]] des particules colloïdales. À l'autre bout de l'échelle, les particules colloïdales doivent être suffisamment grosses pour que ce ne soit pas un [[mélange]] vrai (dans lequel les particules sont dissoutes et non suspendues), c'est-à-dire que ces particules ont une taille supramoléculaire et sont beaucoup plus grosses que les [[molécules]] du milieu porteur. De par cette définition, on comprend qu'il ne peut y avoir de suspension colloïdale de type gaz/gaz. On distingue différentes catégories de colloïdes selon la nature des phases en présence :
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|align="center"|[[Liquide]]
|align="center"|'''[[Mousse (matière)|Mousse]]'''<br />Exemples : [[crème fouettée]], [[mousse au chocolat]]
|align="center"|'''[[Émulsion]]'''<br />Exemples : [[lait]], [[pastis]], [[mayonnaise]], savon liquide
|align="center"|'''[[Sol (colloïde)|Sol]]'''<br />Exemples : [[peinture (matière)|peinture]], certaines [[encre]]s
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|align="center"|[[État solide|Solide]]
|align="center"|'''Mousse solide'''<br />Exemples : [[aérogel]], [[polystyrène]] expansé, pierre [[ponce]]
| align="center" |'''[[
|align="center"|'''Sol solide'''<br />Aussi appelé suspension solide. <br />
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Par [[abus de langage]], on verra souvent l'appellation ''colloïde'' désigner seulement la phase dispersée (la plus « fine »).
Toutefois le tableau ci-dessus est insuffisant, parce qu'il n'envisage pas les systèmes colloïdaux à plus de deux phases. Pour décrire de tels systèmes, un « formalisme des systèmes dispersés » (DSF) a été introduit<ref>{{Ouvrage|langue=en|prénom1=Hervé This vo|nom1=Kientza|titre=Dispersed System Formalism|éditeur=Routledge Handbooks Online|date=2021-06-09|isbn=978-1-4665-9478-4|isbn2=978-0-429-16870-3|doi=10.1201/9780429168703-32|lire en ligne=https://www.routledgehandbooks.com/doi/10.1201/9780429168703-32|consulté le=2022-07-06}}</ref>.
== État des connaissances sur les colloïdes ==▼
La stabilité d'une suspension colloïdale résulte de l'équilibre entre les [[interaction attractive|interactions attractives]] et les [[interaction répulsive|interactions répulsives]] qui s'exercent sur les particules. Ces interactions dépendent notamment de la [[température]], du [[potentiel hydrogène|pH]] et des [[électrolyte]]s dissous : les [[argile]]s et [[limon (roche)|limons]] forment des suspensions colloïdales qui [[floculation|floculent]] en présence de [[métal|métaux]] ou de [[Sel (chimie)|sels]], ce qui explique l'envasement des [[estuaire]]s.▼
▲== État des connaissances sur les colloïdes ==
=== En chimie ===
▲La [[stabilité chimique|stabilité]] d'une suspension colloïdale simple, comme des [[nanoparticule]]s d'[[or]] dans une [[solution aqueuse]], résulte de l'équilibre entre les [[interaction attractive|interactions attractives]] et
Néanmoins, cette stabilité est plus {{page h'|cinétique}} que réellement [[thermodynamique]]<ref name="note1">Les colloïdes alimentaires, Eric Dickinson, Éditions Masson, 1996</ref>. En effet, la sédimentation de la phase diffusée et donc la séparation des deux phases est l'état final de tout colloïde (cf. courbes de potentiels thermodynamiques du système). C'est la vitesse de ce phénomène de floculation/sédimentation, très lente, qui donne cette apparence de stabilité.
===
Les colloïdes sont fréquents dans le vivant, synthétisés par de nombreuses espèces, fongiques, bactériennes, végétales ou animales selon des conditions bio-physicochimiques variant beaucoup selon le type de colloïde et d'espèce<ref name=Guine2006/>.
Certains colloïdes ([[mucilage]]s fongiques ou végétaux, [[mucus]] animaux, colloïdes sécrétés par des bactéries...) jouent un rôle important dans le transport (alors dit ''bio-colloïdal'') de certaines substances, notamment de [[Élément-trace métallique|métaux lourds]] présents dans l'eau ou les sols<ref name=Guine2006/>.
Ils sont aussi impliqués dans certains phénomènes de [[biosorption]] de tout ou partie de ces substances par certains organismes, par exemple lors de phénomènes de [[
===
==== Interactions interparticulaires ====
Les forces suivantes jouent un rôle important dans l’interaction entre particules colloïdales :
* l'[[Loi de Coulomb (électrostatique)|interaction électrostatique]]. Les particules colloïdales portent souvent des [[Charge électrique|charges électriques]] ce qui les fait s'attirer ou se repousser. Les charges contenues dans la phase continue (ions en solution dans le milieu porteur) ainsi que la mobilité des deux phases affectent cette interaction (effet d'[[Longueur de Debye|écran Debye]]) ;
*<!-- Ce paragraphe est inexact. Il parle d'interactions inter-moléculaires, or il est question de particules ici. Les relations mathématiques ne sont pas les mêmes. -->
* les [[Entropie (thermodynamique)|forces entropiques]]. D'après le [[deuxième principe de la thermodynamique]], un système évolue vers un état qui maximise son [[Entropie (thermodynamique)|entropie]]. Il peut en résulter des forces effectives même entre des [[Sphères élastiques infiniment dures|sphères dures]]. Des particules solides ne peuvent s'interpénétrer, il peut en résulter les effets de volume exclu comme la force de {{page h'|déplétion}}, cette force effective entre les solutés est induite par la présence du solvant. Cette force de déplétion est une force attractive à très courte distance (de l'ordre de la taille des particules de solvant) entre deux particules de solutés, créée par l'absence statistique de solvant dans cette zone. Une expression analytique de cette force existe pour les [[Sphères élastiques infiniment dures|sphères dures]] (modèle de Asakura et Oosawa)<ref>S. Asakura and F. Oosawa. J. Chem. Phys, 22:1255, 1954</ref>. Les [[Effet stérique|forces stériques]] (dues à la disposition, à la conformation des particules) sont entropiques par nature : il arrive que des surfaces couvertes de polymères ou des polymères non adsorbés en solution produisent des effets stériques supplémentaires.
==== Stabilisation d'une dispersion colloïdale (peptisation) ====
On cherche à stabiliser une dispersion colloïdale en empêchant l'agrégation des particules de la phase dispersée. Les deux principaux mécanismes sont la stabilisation stérique et la [[Théorie DLVO|stabilisation électrostatique]]. La stabilisation électrostatique est basée sur la répulsion des charges de même signe. Des phases différentes ont souvent des affinités électrostatiques différentes ce qui provoque la formation d'une [[double couche électrique]] à l'interface. Dans un milieu dispersé, l'aire de l'interface est d'autant plus importante que les particules sont petites. Dans une dispersion colloïdale stable la masse de la phase dispersée est trop faible pour que la gravité vainque la répulsion électrostatique. La charge portée par les particules peut être observée en appliquant un [[champ électrique]] : toutes les particules migrent alors vers la même électrode ce qui indique qu'elles portent des charges du même signe. La stabilisation stérique consiste à fixer autour des particules des polymères ayant une forte affinité avec le solvant (affinité plus forte qu'entre deux monomères) ainsi lorsque deux polymères vont se rencontrer ils préfèreront interagir avec le solvant et se repousseront.
==== Déstabiliser une dispersion colloïdale ([[floculation]]) ====
Lorsque les particules s'[[Agrégat atomique|agrègent]] à cause des interactions interparticulaires, on parle de dispersion instable. Certaines applications (traitement des eaux usées, [[épitaxie]] de cristal colloïdal) demandent de provoquer une telle floculation. On peut y parvenir suivant
* Suppression de la barrière électrostatique qui empêche l'agrégation via l'ajout de sel ou la modification du pH. Ces méthodes neutralisent ou « écrantent » les charges portées par les particules. Celles-ci se rapprochent alors à portée des forces de Van der Waals qui les coagulent entre elles.
* Ajout d'un polymère chargé de façon opposée aux particules ce qui lui permet de former des ponts entre elles. Par exemple des particules de silice ou d'argile chargées négativement peuvent floculer par l'addition d'un polymère chargé positivement.
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L’analyse visuelle reste aujourd’hui le test le plus utilisé. L’échantillon est placé dans un contenant transparent et observé à l’œil nu à intervalle de temps régulier. Le temps de mesure est directement lié à l’application et il peut être de quelques minutes (vinaigrette) à plusieurs mois ou années (crème cosmétique). Si les observations visuelles mettent en évidence une variation de l’homogénéité (changement de couleur, séparation de phase, migration…) supérieur à un niveau acceptable, alors le produit est jugé comme instable et devra être reformulé ou soumis à un changement du procédé de fabrication.
Le rapport technique TR 13097
Ce document présente
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Le rapport technique insiste sur l’intérêt d’analyser l’échantillon avec des techniques non destructives et présente les limites des méthodes d’accélérations. Puisque les émulsions sont instables du point de vue thermodynamique et que les impératifs industriels de productivité et de renouvellement des gammes impose des temps de tests courts, il convient de choisir une méthode d'accélération qui permette d'influer sur les mécanismes naturels inhérents de déstabilisation pour gagner du temps. On peut citer l'effet boycott (inclinaison) qui permet de générer des mouvements de convection et de déstabilisation pour accélérer la séparation des phases sans apport d'énergie externe. L'observation visuelle par stockage sur une étagère est la plus utilisée, mais ne permet pas de satisfaire aux exigences modernes de production. Pour pallier cela, la littérature rapporte l'usage d'une température de stockage élevée pour accélérer la démixtion, mais là encore, l'augmentation d'entropie du système génère des mécanismes qui n'auraient pas eu lieu sous un stockage classique (Coalescence - Inversion de phase) et rend la corrélation des résultats difficile. Le savoir-faire d'un formulateur pour répondre aux exigences modernes consiste à combiner différentes techniques rapides et faciles à mettre en œuvre sans modifications de l'échantillon pour effectuer un balayage des candidats et sélectionner rapidement la recette ou le moyen de dispersion le plus efficace. La combinaison et l'application d'un barème de scores à la suite de plusieurs méthodes de tests comme le stockage à plusieurs températures + inclinaison + vibration + centrifugation donne la
▲meilleure méthode de sélection dans un temps réduit.'''
== Méthodes d’accélération pour la prédiction de la durée de vie ==
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Certaines peintures, ce qu'on appelle couramment ''aérosols'' comme la laque ou les déodorants, mais aussi certains aliments sont des colloïdes.
=== Les colloïdes alimentaires
On rencontre couramment de nombreux colloïdes parmi nos aliments. Quelques exemples<ref name="note1" /> :
* la [[Mousse (matière)|mousse]], qui est une catégorie de colloïdes à part entière (gaz dans liquide) ;
* la crème glacée, qui est un mélange d'air et de crème ;
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=== Bibliographie ===
* Paul Bary, ''Les origines de la chimie colloïdale. A. Baudrimont (1806-1880)'', ESF, 1911
*Peter William Atkins, Julio De Paula, James Keeler, ''Chimie Physique'', Ed. De Boek, {{ISBN|978-2807306370}}
*Jacob N. Israelachvili, Intermolecular and Surface Forces, Associated Press, {{ISBN|978-0123919274}}
=== Articles connexes ===
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* [[Gel (matériau)|Gel]]
* [[Hydrocolloïde]]
* [[Clarifiant]]
=== Liens externes ===
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