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MICELLES

MICELLES

Objets submicroscopiques constitués par l’association de quelques dizaines de molécules, les micelles (du latin mica : grain) se forment, au-dessus d’une certaine concentration, dans les solutions aqueuses de composés divers dits amphiphiles. Les composés amphiphiles sont caractérisés par une structure moléculaire qui comporte une ou des parties hydrophiles (ayant une forte affinité pour l’eau) et une ou des parties lipophiles (ayant une forte affinité pour les huiles, hydrocarbures et autres liquides non polaires): ce sont les savons et plus généralement les détergents, certains colorants, des composés pharmaceutiques, des substances naturelles et certains polymères.

Les solutions micellaires sont rattachées aux systèmes colloïdaux, et les micelles sont qualifiées de colloïdes d’association. En effet, en solution aqueuse, les molécules d’amphiphiles ne s’associent pour former des micelles qu’au-delà d’une certaine concentration de l’amphiphile, la concentration micellaire critique (C.M.C.). Inversement, la dilution d’une solution micellaire jusqu’à une concentration inférieure à la C.M.C. provoque la désagrégation des micelles. La stabilité thermodynamique des micelles résulte de l’équilibre subtil des interactions mises en jeu entre parties hydrophiles, parties lipophiles et l’eau. Les propriétés des micelles (taille, forme, C.M.C.) ainsi que le mécanisme d’association micellaire sont déterminés par les caractéristiques structurales des parties hydrophiles et lipophiles de l’amphiphile, par sa concentration, par la pression, par la température et par la présence d’additifs divers (sels, alcools, etc.).

Dans le cas des détergents dont les molécules comportent une partie hydrophile (anionique, cationique, amphotère ou neutre) et une partie lipophile (généralement une chaîne hydrocarbonée linéaire ou ramifiée) bien distinctes, les micelles formées en solution aqueuse diluée sont sphéroïdales avec un diamètre moyen de quelques nanomètres (1 nm = 10^—9 m). Les chaînes hydrocarbonées se rassemblent à l’intérieur des micelles, tandis que les parties polaires se situent à leur surface, en contact avec l’eau. L’augmentation de la concentration du détergent se traduit généralement par une croissance de la taille des micelles, qui adoptent progressivement des formes allongées ou aplaties. Les micelles sont des objets dynamiques qui se forment et se désagrègent sans cesse dans la solution. Durant leur temps de vie, elles échangent très rapidement des molécules amphiphiles avec le milieu environnant.

À l’intérieur des micelles, les chaînes hydrocarbonées sont dans un état proche de celui des hydrocarbures liquides. Cela explique la capacité des solutions micellaires à solubiliser diverses substances par ailleurs insolubles dans l’eau (corps gras, hydrocarbures, colorants, etc.). Cette capacité est fortement accrue par l’addition de substances diverses, en particulier certains alcools (par exemple le butanol ou le pentanol). On obtient ainsi des microémulsions huile dans eau.

Certains amphiphiles sont solubles dans les liquides non polaires où ils peuvent s’associer, formant des micelles inverses: les parties hydrophiles constituent maintenant l’intérieur de ces objets tandis que les parties lipophiles sont en contact avec le solvant. Toutefois, en l’absence d’eau, les micelles inverses restent petites et ne comportent que quelques molécules amphiphiles. L’addition de substances diverses exalte la solubilisation de l’eau dans ces systèmes, conduisant ainsi aux microémulsions eau dans huile.

Les applications des solutions micellaires et des microémulsions sont très nombreuses: détergence, lubrification, peinture, métallurgie, pharmacie, industrie pétrolière, industrie chimique (polymérisation en émulsion).