Colle

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Un tube de colle et son liquide gélatineux.

Une colle ou la glu est un produit de nature liquide ou gélatineuse servant à lier des pièces entre elles. Ces pièces peuvent être de même nature ou de différents matériaux.

Il existe de nombreuses sortes de colles. On peut les classer selon leur nature :

• Colles d’origine végétale : à base de gui, de sève de résineux, d'écorce de houx, d'huile de lin cuite, amidon …
• Colles d’origine animale : obtenues par cuisson de matières riches en collagène : colle de peau de lapin, colle d’os, colle de nerf, colle de tendons, colle de poisson… Un ébéniste pourra mélanger diverses colles pour obtenir un produit sur mesure. Ce sont des colles réversibles^[Quoi ?].
• Colles de synthèse : ce sont les colles modernes : Colle vinylique (colle blanche), acrylique, aliphatique, cyanoacrylate, polyuréthane, époxy, néoprène, thermoplastique (colles thermofusibles ou hot melt), silicone …

On a l'habitude de distinguer le collage de positionnement, qui ne nécessite pas de résistance particulière et le collage structural dans lequel la colle permet de réaliser des assemblages susceptibles de transmettre des efforts importants.

Historique

Dans l'Égypte antique, les ébénistes fixaient les pièces de bois avec des colles fabriquées à base de déchets de boucherie bouillis (sabots, cornes, os, peaux, tendons, etc.).

Aujourd'hui, les colles naturelles sont la colle de peau (utilisé en peinture et en ébénisterie) et la colle d'amidon (utilisé pour les collages de papier), on y ajoute parfois des huiles (comme l'huile de lin ou l'huile d'amande amère) afin d'éviter les risques de moisissure.

Temps d'utilisation

Le mode d'emploi d'une colle contient souvent des termes techniques dont il faut tenir compte ; ils précisent, entre autres, les délais dont on dispose pour travailler.

• Accostage : Opération qui consiste à approcher et mettre en place les pièces à assembler dans leurs positions définitives.
• Temps ouvert : Période comprise entre l'ouverture du pot et le début de la prise de la colle.
• Temps de gommage : Période pendant laquelle la colle étalée s'épaissit et augmente son pouvoir d'adhérence. Les pièces à coller ne doivent pas être mises en contact.
• Temps de travail : Période idéale pour effectuer l'assemblage. Passé ce laps de temps, le collage risque d'être défectueux.
• Le tack (ou pégosité^[1]) : Pouvoir d'adhérence immédiat de la colle à l'instant où les 2 pièces entrent en contact.

Polymérisation des colles

Les colles polymérisent (parfois après ajout d'un catalyseur). Lorsqu'une colle se polymérise cela signifie qu'elle sèche en surface (formation d'une peau en quelques minutes à dizaines de minutes). Dans certains cas, elle ne durcit jamais totalement, conservant l'aspect compact et élastique d'un caoutchouc. Les résines durcissent totalement.
Certains assemblages collés peuvent être renforcés par le chauffage des pièces sous presse. Cette technique pourrait notamment se développer pour le collage du bois dans l'architecture^[2].

Anecdotes

La colle a été utilisée pour la conservation de la viande.

Les petits pots de colle blanche que mangeaient certains enfants à l'école étaient de la colle de farine mélangée à de l'huile d'amande amère, donc parfaitement comestible. Ces ingrédients sont utilisés dans la colle à papier professionnelle en livre d'artiste.

Collage industriel

Le collage est une technique d'assemblage largement utilisée dans l'industrie automobile ou ferroviaire entre autres.

Il existe différents types de colles dans les industries : colle à bois, etc.

Les pare-brise, moquette, joint, cache attelage sont des exemples de ce qui peut être collé.

Le collage est une technique fiable et reproductible pour peu que l'on soit rigoureux et attentionné.

En effet, une simple modification de l'environnement, des produits de nettoyage, ou une pollution non maitrisée peut entrainer une catastrophe lors de l'assemblage.

Quelques chiffres : en moyenne il faut 80 kg de colles dans le montage d'une automobile et près de 700 kg dans le montage de certaines voitures ferroviaires.

Principes généraux

Plusieurs modèles ont été imaginés pour expliquer le fonctionnement de la colle. Aucun n'explique entièrement le phénomène, et il est probable que plusieurs coexistent. Le phénomène est appelé adhésion.

Les principales théories sur l’adhésion dans le cas d’un adhésif peuvent être regroupées en deux catégories : l’adhésion physicochimique et l’adhésion mécanique.

L’adhésion physicochimique regroupe la création de liaisons covalentes, électrostatiques et de Van der Waals entre l’adhésif et le matériau.

L’adhésion mécanique s’intéresse aux surfaces de contact. Par exemple, la théorie de l’ancrage mécanique stipule qu’un matériau rugueux collera mieux qu’un matériau parfaitement lisse, jusqu’à une certaine limite où des bulles d’air se forment. Ceci implique que plus l’adhésif mouille le matériau, c’est-à-dire plus il occupe une surface importante sur le matériau, plus le collage sera résistant.

Un autre élément est la diffusion des polymères : si l’adhésif est composé de polymères, ceux-ci vont pouvoir passer d’un matériau à l’autre et vont pouvoir "accrocher" le matériau.

Les différentes théories

Adhésion physico-chimique	Adhésion mécanique
création de liaisons entre l’adhésif et le matériau : covalentes (centaine de kJ/mol) électrostatiques (variable) hydrogène (10 à 20 kJ/mol) de Van der Waals ( < 10 kJ/mol)	Ancrage mécanique (selon la rugosité du matériau) Mouillage de l’adhésif sur le matériau (qui entraine une plus grande surface de contact) Interdiffusion des polymères (dans le cas d’une colle polymère)

On peut définir le collage comme le procédé permettant de maintenir de façon durable et solide deux substrats entre eux. La liaison entre ces deux supports est alors d’origine chimique, et non mécanique. La colle est déposée sur le ou les substrats, et suivant le process l’affichage s’effectue après une période définie et la réaction conduisant aux propriétés finales commence alors.

Mais pour obtenir de bonnes performances, la colle doit être compatible avec le support. L'adhésion sur un solide fait ainsi intervenir deux notions principales :

• L'interaction liquide solide, qui caractérise l'adhésion.
• Le mouillage, qui caractérise l'étalement du liquide sur le solide.

La mouillabilité représente l'aptitude qu’a un liquide à occuper la plus grande surface possible lorsqu'on le dispose sur une surface solide. Il est nécessaire d’appréhender le principe d’énergie de surface pour comprendre les mécanismes de collage.

L' énergie superficielle d'un liquide, aussi appelée tension superficielle, caractérise l'aptitude qu'a la surface d'un liquide à prendre la plus petite valeur possible dans un milieu donné. Elle caractérise également la cohésion d'un liquide puisqu'il faut vaincre les forces de cohésion interne de celui-ci pour accroître cette surface. Mécaniquement, elle s'exprime comme une force s'opposant à un accroissement de surface.

L'équilibre des forces donne l'équation de Young :

g lv cos q + g sl = g sv

Où g s, g sl, g l représentent l'énergie de surface du solide, l'énergie inter-faciale liquide solide et la tension superficielle du liquide.

Énergie superficielle critique L'étalement du liquide n'est parfait que si l'angle de contact A est nul. Cette valeur correspond à une valeur critique de l'énergie superficielle du solide qui permet de prédire que si :

g l < g c alors A=0, le mouillage est bon.
g l > g c alors A est positif, le mouillage est mauvais.

L’ensemble des forces qui s'établissent entre l'adhésif et la surface du solide peuvent être traduite comme suit :

Théorie mécanique : L'adhésion a longtemps été considérée comme étant un simple problème mécanique, la solidité du joint résultant de la pénétration de l'adhésif dans les aspérités de la surface solide. Ceci expliquerait une partie de l'adhésion.

Théorie électrique : L'adhésion serait due à l'établissement d'une couche électrique aux interfaces, les forces étant de nature électrostatique. Cette théorie reste très controversée.

Théorie chimique : Elle interprète la liaison par la formation de liaisons covalentes entre deux corps en présence. Ceci n'a lieu que dans certains cas.

Théorie de la diffusion : Il y a inter-diffusion entre les deux surfaces en présence. Elle suppose la solubilité mutuelle des matériaux. Le collage du PVC en est un exemple.

Théorie thermodynamique : Elle indique l'établissement de liaisons faibles (forces de Van Der Waals) entre les surfaces. Ces forces s'exercent sur de faibles distances et existent dans tous les cas de figure. Les forces de Van Der Waals résultent de la dissymétrie de répartition des charges positives et négatives, entrainant la formation de dipôles aussi bien dans le polymère que dans le substrat et s'unissant tête-bêche. Ces différentes hypothèses montrent que les phénomènes d'adhésion ne sont pas encore bien élucidés.

Notes et références

1. ↑ (fr)Pégosité sur Futura-sciences. Consulté le 15 février 2010
2. ↑ (fr)communiqué de presse de l'Institut Fraunhofer de recherche sur le bois, repris par Bulletin BE / ADIT Allemagne N°466(15/01/2010)

Voir aussi

Sur les autres projets Wikimedia :

• « colle », sur le Wiktionnaire (dictionnaire universel)
• « glu », sur le Wiktionnaire (dictionnaire universel)

• Adhésion : détail des différentes théories de l'adhésion
• Adhésif
• Collage du verre avec colle à ultraviolet
• Colle thermofusible ou hot melts.

Liens externes

• (fr) Cours sur l'adhésion - Cyprien Gay
• (fr) lettre de l'ARAMM n^o 6 - Le collage : une technique d'assemblage industrielle
• (fr) CNRS Thema : histoire des colles, histoire de l'assemblage, des bulles qui font pop dans les adhésifs
• (fr) Tableau de compatibilités entre 15 familles de colles et 30 types de supports différents