A1 Agrégation et perte de stabilité colloïdale

Topique

La stabilité d'une suspension colloïdale dépend de la répulsion électrostatique entre ses particules. Cette répulsion, déjà établie par un autre modèle du système utilisant l'équilibre DLVO, est suffisante pour contrebalancer l'attraction de van der Waals qui rapproche constamment ces mêmes particules. Lorsque cette répulsion électrostatique devient insuffisante face à l'attraction de van der Waals, le critère de stabilité colloïdale est violé, entraînant l'agrégation irréversible des particules en suspension. Une réduction de cette répulsion électrostatique, sans modification de l'attraction de van der Waals sous-jacente, rapproche la suspension colloïdale du seuil de non-stabilité.

Lorsque cette répulsion électrostatique ne suffit plus à contrebalancer l'attraction de van der Waals et que la barrière énergétique séparant deux particules avant leur agrégation disparaît complètement, l'agrégation de la suspension colloïdale se produit aussi rapidement que les particules peuvent se rencontrer par simple diffusion brownienne. Cette agrégation rapide est décrite par le modèle de Smoluchowski, limitée uniquement par la vitesse de diffusion des particules les unes vers les autres, sans barrière énergétique supplémentaire. L'absence totale de cette barrière énergétique dans cette suspension colloïdale implique que, selon le modèle de Smoluchowski, la vitesse de cette agrégation rapide est uniquement déterminée par la diffusion brownienne des particules.

Lorsque la répulsion électrostatique parvient encore à maintenir une barrière énergétique partielle contre l'attraction de van der Waals, sans toutefois l'éliminer complètement, l'agrégation de cette suspension colloïdale devient plus lente que la même agrégation rapide par diffusion. Cette lenteur d'agrégation quantifie le facteur de stabilité de Fuchs, soit le rapport entre le nombre de rencontres de diffusion nécessaires, en présence de cette barrière énergétique partielle, pour obtenir une agrégation effective, et le nombre nécessaire en l'absence de toute barrière énergétique. Une barrière énergétique partielle plus importante signifie que, selon le facteur de stabilité de Fuchs, cette agrégation lente requiert un nombre beaucoup plus élevé de rencontres de diffusion pour chaque agrégation effective. Par conséquent, sa vitesse d'agrégation est bien inférieure à celle de l'agrégation rapide de Smoluchowski.

Ce modèle, initié par la répulsion électrostatique et l'agrégation de la suspension colloïdale, peut donc être suivi expérimentalement grâce à un autre modèle de cet ensemble. Ce second modèle mesure, par diffusion dynamique de la lumière, l'évolution de la taille des particules de cette suspension au cours du temps, à mesure que l'agrégation progresse. Il mesure également, grâce au potentiel zêta, l'amplitude effective de la répulsion électrostatique à l'origine du modèle. Le caractère irréversible de cette agrégation, qu'elle soit rapide ou lente selon la présence ou l'absence de cette barrière énergétique, implique que la seule solution pratique pour l'empêcher est de maintenir, dès le départ, cette répulsion électrostatique au-dessus du seuil requis par le critère de stabilité colloïdale.

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