Hydrophobie (physique)

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Page d'aide sur l'homonymie Pour les articles homonymes, voir Hydrophobie.
Goutte d'eau sur la surface naturellement hydrophobe d'une cuticule végétale.
Gouttes d'eau de pluie sur brins d'herbe.
Goutte d'eau sur feuille de lotus.
Une goutte posée sur une surface solide et entourée par un gaz forme un angle de contact θ caractéristique. Si la surface solide est rugueuse, le liquide est en contact intime avec les aspérités, la goutte est à l'état Wenzel. Si le liquide repose sur le sommet des aspérités, il est dans l'état de Cassie-Baxter.

L’hydrophobie (du grec υδρο, hydro = eau, et Φόϐος, phóbos = peur) caractérise les surfaces qui semblent repousser l'eau. En réalité, Il ne s'agit pas d'une réelle répulsion, mais plutôt du fait que l'eau étant une molécule polaire, elle a une très nette attirance préférentielle pour les autres molécules polaires, ce qui va amener ces molécules à s'assembler entre elles et former des billes qui semblent être repoussées par les molécules non polaires avec lesquelles elles n'ont pas une aussi forte affinité, alors qu'en réalité, ce sont les affinités entre les molécules polaires qui chassent vers l'extérieur de ces billes, les molécules qui n'ont pas la même affinité avec elle - un peu de la même façon que le poids de l'eau chasse du milieu, les corps moins denses qui n'ont pas la même capacité que les molécules d'eau à être attirés par la gravitation. Ici, les molécules non polaires sont chassées vers la surface des billes formées par les molécules polaires

Quand les molécules non polaires sont immergée dans une masse polaire sans surface proches vers lesquelles elles peuvent s'échapper, elles vont alors être repoussée dans une direction préférentielle dépendant de la gravitation. Les molécules non polaires qui comme l'huile dans l'eau, sont moins dense que les molécules polaires, vont être repoussées vers la surface, alors que les molécules plus denses comme le mercure, vont couler, et les molécules de densité similaires à celles du milieu polaire, vont éventuellement rester en suspension (émulsion) si leur concentration n'est pas suffisante pour qu'elles soient repoussées les unes vers les autres et forment des bille de plus en plus grosses. Ceci va se traduire par la non solubilité des molécules apolaires dans le solvant polaire, menant à une ségrégation de l'objet vis-à-vis du solvant (ou inversement). Des molécules comme les alcanes sont hydrophobes.

Il est également intéressant de noter que dans les solvants polaires comme l’eau, de nombreux corps de la chimie minérale, pour être solubles, doivent pouvoir s'ioniser, c'est à dire se scinder en deux ions chargés positivement et négativement, qui vont se lier séparément avec les molécules d'eau. Et si les attraction au sein de la molécule sont trop fortes pour que le solvant puisse l'ioniser, elle sera alors également insoluble et précipitera.

Utilisations[modifier | modifier le code]

La propriété d'hydrophobie est essentielle en biochimie (et particulièrement dans la chimie des cellules et des protéines), et est recherchée (ou au contraire, combattue) en chimie des matériaux, et plus particulièrement des revêtements.

Des revêtements hydrophobes sont appréciés pour certains usages :

  • les récipients recouverts de téflon sont moins salissants, et la nourriture n'y adhère pas.
  • la selle des vélos modernes est hydrophobe. Ainsi, à la différence de l'époque où les selles étaient en cuir, elles ne perdent pas, en vieillissant, leur capacité à ne pas s'imbiber d'eau.

La cire et l'huile sont aussi hydrophobes.

Principes physico-chimiques[modifier | modifier le code]

Un composé hydrophobe, n'a pas la capacité de créer des liaisons hydrogène avec les molécules d'eau. Il est aussi souvent apolaire, ou de faible polarité, ce qui signifie qu'il ne peut pas faire d'interactions électrostatiques avec l'eau, de type dipôle permanent/dipôle permanent (forces de Keesom) (l'eau étant très polaire, elle cherche à interagir avec des molécules polaires).

En effet, la solubilité d'un composé dans un solvant dépend de manière générale des interactions qu'il peut avoir avec le solvant. Un composé hydrophobe est donc un composé qui ne peut pas interagir physiquement avec l'eau. Il est alors généralement plutôt soluble dans les solvants organiques, comme l'acétone, les hydrocarbures légers, avec lesquels il peut faire des interactions de Van der Waals de type dipôle induit/dipôle induit (forces de London). C'est une caractéristique de beaucoup de plastiques, qui sont imperméables à l'eau mais détruits par d'autres solvants.

Il a été démontré, grâce à l'analyse d'une interface hydrophile-hydrophobe soumise à un rayonnement synchrotron, que celle-ci est en fait constituée d'un vide de 0,1 à 0,5 nanomètres d'épaisseur.

Les produits hydrophobes sont souvent lipophiles (solubles dans les corps gras), mais insolubles dans l'eau.

Dans le sol[modifier | modifier le code]

L’imperméabilité des sols est dans la nature un phénomène beaucoup plus commun qu'on ne le pensait autrefois[1] ; certains sols naturels ou pollués sont anormalement hydrophobes, en général à cause de la présence de matières huileuses ou cireuses[1].
Il a été constaté en laboratoire que le comportement de ces sols changeait à l'égard des métaux lourds en solution[1]. Dans un sol imperméable Cr, Pb et Cu sont plus facilement adsorbés dans le sol que Zn, Cd et Ni[1]. Or, pour fertiliser les sols, on peut les arroser avec des eaux grises recyclées (technique courante dans le sud de l'Australie). Avant d’irriguer de la sorte, il est donc important de comprendre la capacité de sorption compétitive du sol et sa capacité de rétention des métaux lourds, en considérant l'origine géochimique du caractère hydrofuge (ex. : cires déposées sur ou entre les particules du sol)[1].

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. a b c d et e (en) P. J. Li, F. Stagnitti, X. Xiong and P. Li, Competitive sorption of intermixed heavy metals in water repellent soil in Southern Australia ; Environmental Geology Volume 52, Number 4, 685-690, 2007 DOI:10.1007/s00254-006-0504-x (Résumé).