Pourquoi les molécules de savon s'assemblent-elles en petites boules dans l'eau ?

Parce qu'au-delà d'une certaine concentration, se regrouper libère l'eau qui les entoure. Une molécule de savon est un tensioactif : une tête qui aime l'eau, attachée à une queue qui la fuit. Seule, chaque queue est prise dans une cage de molécules d'eau reliées par des liaisons hydrogène, à la structure proche de celle de la glace. Dès que le savon dépasse un seuil appelé concentration micellaire critique, les queues ont intérêt à se serrer les unes contre les autres : les regrouper est défavorable en soi, mais libérer toutes ces cages d'eau rapporte davantage d'entropie. Résultat : une micelle, un amas à peu près sphérique, têtes tournées vers l'eau et queues formant un cœur huileux.

On savait depuis des siècles que l'eau savonneuse lave, mais personne n'avait étudié ce qu'elle contenait avant le début du XXe siècle. En 1913, James William McBain, à l'université de Bristol, a postulé l'existence d'« ions colloïdaux » pour expliquer pourquoi les solutions de palmitate de sodium, un savon, conduisaient si bien l'électricité. Ces amas très mobiles, formés spontanément, ont fini par s'appeler micelles, un mot du XIXe siècle tiré du latin mica, « particule », pour dire « toute petite particule ».

C'est ce cœur huileux qui fait du savon un nettoyant. La saleté grasse, qui ne se dissout pas dans l'eau, se retrouve à l'intérieur des micelles, protégée de l'eau par les têtes du savon, et peut alors partir au rinçage. Les conditions comptent aussi : les micelles ne se forment qu'au-dessus d'une température appelée température de Krafft, et leur forme et leur taille varient avec la concentration, la température, le pH et les sels dissous.

Retourne la situation et l'astuce s'inverse. Dans un liquide huileux, non polaire, les tensioactifs forment des micelles inverses : les têtes qui aiment l'eau sont rangées au centre et les queues pointent vers l'extérieur. Les chimistes ont aussi fabriqué des micelles plus robustes à partir de copolymères à blocs ; ces micelles « cinétiquement figées » résistent à la dilution, ce qui les rend intéressantes pour mettre au point des nanoparticules porteuses de médicaments qui circulent longtemps dans l'organisme.