AGRÉGATS, physico-chimie

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Icosaèdre

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Structure icosaédrique multicouches

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Configuration amorphe de molécules H2O

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Agrégats colloïdaux

Les colloïdes sont des billes solides, électriquement chargées, en suspension dans un liquide. À cause de leurs charges de surface, ces sphères se repoussent, ce qui confère une remarquable stabilité à la suspension. Cependant, lorsqu'on introduit des ions de charge opposée dans la solution, ceux-ci viennent se regrouper autour des colloïdes pour former un écran électrostatique. Cela permet de restaurer, entre les édifices neutres ainsi constitués, les attractions de courte portée de Van der Waals, et le phénomène d'agrégation se produit. Tant qu'elles restent éloignées les unes des autres, les billes diffusent, elles se déplacent dans la solution selon un mouvement brownien. Mais, si deux sphères s'approchent suffisamment, elles subissent l'attraction de Van der Waals, et elles se soudent pour former un petit agencement rigide qui diffuse lui aussi et qui peut rencontrer d'autres colloïdes ou d'autres ensembles. Ainsi des agrégats se forment et grossissent. Ils peuvent contenir jusqu'à plusieurs dizaines de milliers de billes et atteindre des tailles de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres. Cependant, lorsqu'ils dépassent cette taille, leur poids n'est plus négligeable et ils commencent à précipiter. Généralement, lors de leur dépôt, ils se brisent et se tassent. Des mécanismes similaires se produisent en atmosphère gazeuse avec les aérosols (formation de la fumée). Des bases théoriques pour décrire la cinétique de ce mécanisme ont été introduites par von Smoluchowski en 1916.

Structure fractale des agrégats colloïdaux

L'analyse numérique des photos de microscopie électronique a permis de découvrir que les agrégats de colloïdes ou d'aérosols, résultant du mécanisme décrit ci-dessus, étaient des structures fractales, selon la terminologie introduite par le mathématicien Mandelbrot en 1974. Les billes ne se disposent ni en ligne ni en boule compacte, mais selon une structure intermédiaire ramifiée et désord [...]

Objet fractal

Objet fractal

Photographie

Un des plus beaux exemples naturels de géométrie fractale, qui a fait connaître le mathématicien Benoît Mandelbrot, nous est sans doute donné par le chou romanesco, où le motif structural se voit à chaque échelle de la continuité de sa croissance (autosimilarité). 

Crédits : Y. Gautier

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Pour citer l’article

Jean FARGES, Rémi JULLIEN, « AGRÉGATS, physico-chimie », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 17 octobre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/agregats-physico-chimie/