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Unecolle, est un produit de consistance liquide, gélatineuse ou pâteuse servant à lier des pièces entre elles par contact. Ces pièces peuvent être de même nature ou de natures différentes.
On a l'habitude de distinguer le collage de positionnement, qui ne nécessite pas de résistance particulière, et le collage structural, qui permet de réaliser des assemblages susceptibles de transmettre des efforts importants.
Lebrai végétal est la plus ancienne colle utilisée par l'humanité. Il a été extrait de l'écorce debouleau depuis au moins 200 000 ans[1], et jusqu'à la fin de laPréhistoire. Leshommes de Néandertal fabriquent une sorte de colle végétale pour emmancher leurs outils (têtes de hache, de lance). Ce« goudron » obtenu à partir d’écorce de bouleau peut être obtenu par plusieurs méthodes sans qu'il soit nécessaire d'utiliser de pots en céramique ou de contrôler précisément la température[2].
Dans l'Égypte antique, lesébénistes fixaient les pièces debois avec des colles fabriquées à base de déchets de boucherie bouillis (sabots, cornes, os, peaux, tendons, etc.) : on parle decolle d'os. Lacolle de peau est employée auXIXe siècle, elle se tire par ébullition de diverses peaux, telles que de la peau de mouton préparée pour les gants, de la peau de veau non préparée et que l'on nommebrochette, du cuir de lapin, duparchemin, etc.[3].
De nombreux peuples nomades des steppes de l'Asie centrale utilisaient desarcs composites faits de corne et de bois collés à la colle animale. Ces arcs ont contribué au succès militaire desScythes, desParthes, desHuns, desMongols, entre autres.
Aujourd'hui, les colles naturelles sont lacolle de poisson, lacolle de peau (utilisées en peinture et en ébénisterie) et lacolle d'amidon (utilisée 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.
Les colles synthétiques d'aujourd'hui permettent parfois des assemblages plus solides que les méthodes classiques comme les rivets ou les écrous. Citons larésine époxyde, utilisée dans des matériaux composites, le masticpolyuréthane (souvent appelé Sikaflex ou Sika, du nom d'une marque le commercialisant) ou encore la simple colle à bois (colle vinylique) dont les menuisiers disent que le bois casse avant le plan de collage.
La maitrise du collage a permis des procédés de fabrication nouveaux, impensables autrefois, comme lebois lamellé-collé,contreplaqué ouaggloméré. Cela a entraîné de grandes économies de temps et d'argent, et autorisé l'émergence de technologies nouvelles.
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 :
Il est important de bien choisir la colle en fonction du matériau à coller. Les solvants contenus dans celle-là peuvent par exemple attaquer celui-ci ; certaines matières plastiques sont en revanche pratiquement impossibles à coller, ce qui les rend irréparables. Certains milieux peuvent s'avérer hostiles : humidité, ultra-violets, hydrocarbures, températures élevées, entre autres, peuvent endommager la liaison et provoquer sa rupture ; assez pour entraîner de véritables catastrophes. Pour aider au choix de la colle, on peut procéder à des essais en laboratoire. On peut citer les essais de pelage, traction, cisaillement, fatigue, ou encore l'« adhésion par technologie de test centrifuge » (CATT) dont le principe est d'appliquer uneforce centrifuge croissante sur de petits assemblages collés avec différents matériaux ou adhésifs jusqu'à atteindre le décollement (rupture) des matériaux ou de la colle. L'avantage principal est de faire des essais en batterie en utilisant peu de colle et en testant toutes sortes d'assemblage.
Les colles polymérisent (parfois après ajout d'uncatalyseur). Lorsqu'une colle se polymérise cela signifie qu'elle sèche en surface (formation d'unepeau en quelques minutes à dizaines de minutes). Dans certains cas, elle ne durcit jamais totalement, conservant l'aspect compact et élastique d'un caoutchouc (exemple : silicones). Les résines durcissent totalement.
La polymérisation sous vide (en expulsant les gaz de la résine) peut encore améliorer sa qualité.
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[5].
Le collage est une technique d'assemblage largement utilisée dans l'industrie automobile ou ferroviaire entre autres. Lespare-brise,moquette,joint, cache attelage sont des exemples de ce qui peut être collé. Il existe différents types de colles dans les industries : colle à bois… En moyenne il faut80 kg de colles dans le montage d'une automobile et près de700 kg dans le montage de certaines voitures ferroviaires.
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.
Certains types de colles ont été utilisés pour laconservation de la viande et pour lachasse.
De la colle contenue dans un sac plastique ou une bouteille, consommée par le nez, est parfois utilisée comme drogue. Les dommages sont des maux de tête, de gorge, des essoufflements, la perte de connaissance, la désinhibition induisant des prises de risques ainsi que la destruction irréversible de cellules nerveuses (cerveau, yeux)[6].
Dans la seconde moitié duXXe siècle, les écoliers reniflaient ou mangeaient la colle auparfum d'amandeCléopâtre[7].
Les colles sont très étudiées en raison de leur importance économique et de leur intérêt scientifique, mais leur fonctionnement reste mal connu. Le collage fait intervenir plusieurs phénomènes.
Le premier est lemouillage : la colle doit se répartir en un film mince sur les surfaces à coller. Certaines colles mouillent fortement et s'infiltrent dans la moindre fissure parcapillarité, d'autres ont besoin d'être pressées pour occuper les interstices entre les deux surfaces à joindre. Plus l’adhésif occupe une surface importante sur le matériau, plus le collage sera résistant. Les poussières et l'eau peuvent gêner le mouillage (et interférer avec l'adhésion), d'où l'importance que les surfaces à coller soient propres et sèches.
Le second est la cohésion au sein de la colle : la colle, initialement fluide, doit constituer un joint solide. Très souvent, cela passe par unepolymérisation. Pour les colles thermofusibles, il y a simplement retour à leur état initial solide une fois refroidies. Les colles peuvent coller mieux avec les surfaces à coller qu'avec elle-même, de sorte qu'une couche épaisse de colle est en fait une faiblesse, ce qui explique que des modes d'emploi indiquent d'utiliser le moins de colle possible.
Le dernier, plus complexe encore, est l'adhésion entre la colle et chaque surface à coller. Plusieurs modèles ont été imaginés pour l'expliquer ; selon le type d’adhésif et la nature de la surface (sa nature chimique, et nature physique : rugosité), c'est l'un ou l'autre de ces modèles, ou une combinaison de plusieurs, qu'il faut invoquer pour expliquer l'adhésion. Les différents mécanismes proposés peuvent êtresynergiques, coexistant et se renforçant les uns les autres, ce qui complique l'analyse. Les principales théories sur l’adhésion dans le cas peuvent être regroupées en deux catégories : l’adhésion physico-chimique et l’adhésion mécanique.
L’adhésion physico-chimique regroupe la création de liaisons covalentes, électrostatiques et devan der Waals entre l’adhésif et le matériau.
L’adhésion mécanique s’intéresse aux surfaces de contact. Par exemple, selon la théorie de l’ancrage mécanique, l'adhésif fonctionne comme un microscopique crochet (comme pour levelcro) et requiert que le matériau soit suffisamment rugueux (mais pas trop, sinon il pourrait se former des bulles d’air où la colle ne pénètre et donc n'agit pas). Avec des couches de colle suffisamment mince et une colle constituée demacromolécules suffisamment longues, ces dernière pourraient s'ancrer sur les deux surfaces à coller et les amarrer l'une à l'autre.
Un autre mécanisme possible est ladiffusion : la colle peut agir en s'infiltrant au sein de la matière à coller, et en attirant en son sein une partie de cette matière, formant une couche comparable à unesoudure qui serait formée par voie chimique et non thermique.
| Adhésion physico-chimique | Adhésion mécanique |
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Création de liaisons entre l’adhésif et le matériau :
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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 :
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 appeléetension 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 deYoung[réf. nécessaire] :
où Es, Esl, El représentent l'énergie de surface du solide, l'énergie interfaciale 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 :
L’ensemble des forces qui s'établissent entre l'adhésif et la surface du solide peuvent être traduite comme suit :
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.
:Adhésif par origine et par destination | |||||||
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| Colle naturelle |
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| Colle synthétique |
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| Colle à bois | |||||||
| Forme | |||||||
| Marques connues | |||||||
