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La colle du futur , TPE 2013/2014 LFA

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TPE 2013

on 10 March 2014

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Transcript of La colle du futur , TPE 2013/2014 LFA

LA COLLE DU FUTUR
Introduction
Pourquoi la colle colle?
L' amidon
Formule : (C6 H10 O5)n
Expériences au laboratoire.
Conclusion
Malgré l'efficacité des colles chimiques crées par l'homme, celles-ci posent un problème majeur : celui de leur toxicité.
En effet , les colles d'origine industrielle peuvent avoir des effets nocifs pour l'environnement, ainsi que pour la santé de l'homme.
Cette colle est une colle à base d'éléments naturels fabriquée essentiellement avec de la farine, du blé ou du riz (qui contient beaucoup d'amidon) et de l'eau , à la quelle on ajoute généralement de l'huile d'amande ou des conservateurs à fin de conserver plus longtemps cette colle. Ce qui répond ainsi, à la contrainte environnementale.
La colle blanche en petits pots qui
était vendue dans les années 1970,
par exemple, était une colle
parfaitement "comestible".
Elle était composée de farine et
d'huile d'amande en proportions majeures, ce qui rendait cette colle,
naturelle, écologique et non nuisible à la santé .
Un solide est constitué comme toute matière d'atomes. Ces atomes sont accrochés entre eux par des forces d'origine électrique.
Quand on casse un objet, cela traduit qu'a l'échelle moléculaire ou atomique, les liaisons entre les atomes qui assuraient la cohésion de l'objet ont était rompus.
Mais alors comment faire pour coller deux éléments entre eux?
En effet, ils existent plusieurs mécanismes pouvant opérer en même temps,
et tout dépend de
la surface à coller
, mais surtout de
la nature de la colle
.
Prenant par exemple, la colle blanche que l'on trouve en bâton, et que l'on utilise pour coller du papier.
Lorsque l'on dépose la colle sur le papier, celle-ci vient occupe tous les espaces de la surface du papier dans lesquels elle à été déposée, et de faibles liaisons électriques s'établissent donc entres les molécules du papier et celles de la colle.
Puis l'eau contenue dans la colle s'évapore, ainsi que la colle sèche et durci. Finalement, ils sont parfaitement adhérés, l'un à l'autre .
Nous pourrions alors imaginer, que pour coller un objet, nous n'avons qu'à
mettre en contact les deux parties cassées
. Et bien ceci est vrai, sauf que les forces électriques qui assurent la cohésion de l'objet ont une
portée extrêmement courte
. Il faudrait alors faire en sorte que les deux surfaces soient partout équidistantes de 1 nm.
Or dans le cas même d'une cassure bien nette, il est quasiment impossible de ne pas perdre une partie de la matière avec la cassure. Donc du coup,
cette méthode est négligeable
.
En effet, si nous mettons en contact deux surfaces complètement lisses, on obtient une adhésion faible (ex : 2 plaques de verre).
En revanche, si nous prenons du plexiglas à la place, on observe que c'est seulement en bouchant les espaces, avec par exemple, un peu d'eau déposé sur la surface, que ça adhère à nouveau.
Mais pour que l'adhésion soit parfaite, il faudrait donc solidifier l'eau, mais il faut dire qu'une colle
qui ne fonctionne qu'à moins de 0ºC n'est pas trés pratique, et en plus lorsque l'eau est congelée, elle se déforme.
Évidemment, comme il y a deux feuilles de papier qui adhèrent à la même colle, alors les deux feuilles sont collées techniquement, aussi entre elles. Nous retrouvons pratiquement toujours ce même mécanisme à la base, or il n'est pas toujours suffisant pour obtenir un collage efficace. Cela dépend donc de la façon dont la colle vient épouser la forme du matériau et aussi de la rugosité de ce dernier.
Autrement dit, la colle blanche ne colle donc pas tout.
L'autre colle qui n'est pas moins connue, est le
cyanoacrylate
(super-glue instantanée), qui colle plus rapidement et sur beaucoup plus de matériaux, car elle fonctionne d'une manière très différente. Lorsqu'elle s'applique, elle est polymérisée en contact des molécules d'eau présentes soit dans l'air environnant, soit à la surface des matériaux . La polymérisation est une réaction chimique qui transforme des matériaux en polymères , des molécules particulièrement longues et solides. Ces molécules viennent s'accrocher à la surface des matériaux en formant des liaisons solides qui apparaissent dans les deux matériaux qu'on veut coller. Les chaînes moléculaires des polymères relient alors les deux surfaces.
Finalement, la réaction de polymérisation est très rapide et l'adhésion apparaît au bout de quelques secondes ou quelques dizaines de secondes .
D'autres mécanismes d'adhésion ont étés identifiés par des chimistes, mais il faut comprendre que c'est un domaine où il reste encore beaucoup de choses à chercher et à découvrir.
Pour éviter des dégradations environnementales, ainsi que des lésions physiologiques dues à une forte exposition ou des irritations de la peaux (Ces irritations peuvent êtres cancérigènes),
Nous avons fait des recherches pour ainsi trouver:
Une colle à base d'amidon
.
Les
molécules d'amidon
sont formées par des milliers d'atomes qui sont répartis en fonction de la formule brute ci-dessus. En général, les amidons sont des polysaccharides ou
polymères de glucose
.
Ce sont des substances organiques que l'on peut extraire du maïs , du blé , du yucca , du manioc, entre autres.

L'amidon est à son tour, composé de deux polymères :
l'amylose
et
l'amylopectine
, qui fournissent des propriétés différentes.
- Amylose : Axe moléculaire qui influe dans sa
capacité d'ancrage,
qui définit un sucre (polymère non-ramifié).
- Amylopectine : Union de l'axe moléculaire qui influe dans l'ancrage de l'adhésif (molécule ramifiée avec de longues branches.)
La yucca est composée de 27% d'amylose
et 73% d'amyloplectine.
Le maïs est composé de 17% d'amylose et 83% d'amyloplectine
L'amidon est soluble dans l'eau chaude et en refroidissant, il devient gélatineux.
On appelle température de ''gélatinisation'', la température à laquelle l'amidon acquiert des propriétés adhésives.
À cette température de gélatinisation, l'amidon est hydraté par absorption d'eau.
La température de gélatinisation varie en fonction de la composition d'amylose et d'amylopectine présents dans cette amidon.

La température
de gélatinisation du maïs
est de

74ºC
La température
de gélatinisation de la Yucca
est de
68ºC
Observation au microscope d'une lame d'amidon.
On mélange de la farine avec de l'eau iodée, et on dépose une pincée du mélange entre la lame et la lamelle.
On observe alors que les molécules d'amidon ont un ton violâtre et qu'il y en a en grande quantité.
On réalise le protocole trouvé ; il s'agit d'une recette simple pour fabriquer de la colle et c'est ainsi que l'on fabrique notre propre colle naturelle.
Et voici notre expérience:
Dessin observation :
Expérience de fabrication de notre propre colle :
Après l'expérience notre colle à base d'amidon : COLLE !
Observation au microscope d'une lame d'amidon (1)
Observation au microscope d'un lame d'amidon (2)
INGRÉDIENTS :
-250 grammes d'amidon extrait du riz
-5 litres d'eau
On fait bouillir toute l'eau et pendant quelle chauffe, on mélange l'amidon avec un peut d'eau froide dans un bol,
jusqu'a obtenir un mélange homogène.

Finalement, quand l'eau commence à bouillir, on verse le contenu du bol dans l'eau bouillante et on mélange le tout jusqu'à ce que le nouveau mélange se remette à bouillir.
On éteint alors la source de chaleur et on laisse refroidir.
Finalement, grâce à nos recherches et à nos expériences, nous avons pu trouver et produire une colle a base d'amidon.
Cette colle est parfaitement comestible donc elle est 100% naturelle et facile à produire.
À partir des végétaux qui contiennent de l'amidon, et dont on avait mis en valeur la yucca et le maïs , nous avons finalement choisi
le maïs
pour réaliser le test.

Nous avons choisi le maïs par son taux élevé d'amylopectine (83%), mais aussi par sa grande quantité de production mondiale, ainsi que pour l'aisance de production et son coût si peu élevé.
Donc pour répondre à notre problématique on pourrait envisager que la colle naturelle à base d'amidon provenant du maïs par les qualitées citées précédemment peut parfaitement être la colle du futur mais tout en envisagent dans un
domaine scolaire
pour
diminuer les risques
de problèmes dus à
une
ingestion
de colle ,
100% naturelle
et

totalement

biodégradable
.
Vidéos des expériences, cliquer sur play pour visionner une des vidéos.
Travail réalisé par : Carolina GISBERT , Nadir DIB et
Juan LALLEMAND de 1ÉRE S1 et 1ÉRE S2
x400
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