La composition d’un cheveu et ses propriétés

Le cheveu est constitué, dans sa partie visible, de 3 couches :

- la cuticule (épaisseur de 3,5 à 4,5 µm), couche la plus externe, est constituée de plaques cornées en forme d’écailles qui se recouvrent partiellement, comme les tuiles d’un toit.
- ensuite vient le cortex, solide, résistant et donnant au poil sa couleur
- enfin la moelle (qui peut cependant être absente des cheveux très fins). Elle est constituée de protéines différentes de celles de l’écorce.

Le cheveu humain est translucide. Vous pouvez voir à travers la cuticule jusqu'au centre du cheveu (cortex).

Les propriétés physiques et chimiques du cheveu humain rendent possible sa coloration afin de plaire aux goûts personnels et de répondre aux tendances de la mode.

Afin de devenir qualifié dans l'utilisation de colorants capillaires, une compréhension de base de la structure du cheveu est nécessaire.


La structure du cheveu

Cuticule : est une protection imperméable ressemblante à des écailles, qui recouvre la tige du cheveu. Afin de mieux comprendre, placez un cheveu dans un verre d'eau. Si la cuticule est intacte, le cheveu flotte ; sinon, il coule.

Cortex : est la partie structurale primaire de la tige du cheveu, qui contient les chaînes de protéines (ces protéines sont appelées Kératines). Ces longues et pesantes chaînes sont ce qui donne au cheveu sa force et son élasticité. Dans ces cellules kératiniques on trouve les fibrilles (diamètre 0,2 µm) disposées longitudinalement. Ceci donne au cheveu une constitution formée d’hélices. Le cortex absorbe l'eau facilement et c'est pourquoi les cheveux très décolorés sont poreux. Ils ont perdu leur couche de cuticule, exposant leur cortex hydrophile. La pigmentation du cortex détermine la couleur naturelle du cheveu.

Région médullaire : ceci est la partie centrale creuse de la tige du cheveu. La région médullaire est comme un petit tunnel au centre de la tige du cheveu. Elle n'est pas nécessairement continue et peut être présente au hasard.


La solidité du cheveu est due à différents types de liaisons entre les chaînes polypeptidiques :

Tout d’abord il existe des attractions de type électrique entre des parties de chaîne chargées négativement (groupement carboxylate R-COO-) et des parties chargées positivement (groupement ammonium R’-NH3+). Cette attraction se manifeste principalement en milieu faiblement acide (pH aux environs de 4). Lorsque le cheveu est mouillé par l’eau ou par une solution basique, ces liaisons ioniques sont rompues car les parties cationiques R’-NH3+ deviennent neutres. Il s’en suit un gonflement et un assouplissement de la fibre de kératine.

Puis viennent les liaisons hydrogène. Elles apparaissent entre un atome d’hydrogène d’une chaîne peptidique et un atome d’oxygène appartenant à un groupe carboxyle d’une autre chaîne peptidique. Lorsque le cheveu est mouillé une partie de ces liaisons H est rompue. Ce phénomène est d’autant plus important que l’eau est plus chaude.

Il existe aussi des liaisons peptidiques transversales entre deux chaînes peptidiques. Ces liaisons sont rompues (hydrolysées) sous l’action de solutions fortement acides ou bien fortement basiques.

Enfin nous citerons les liaisons par ponts disulfures. Comme la kératine  du cheveu comprend un grand nombre de résidus cystine (15 à 17%), il apparaît de nombreux ponts disulfure qui maintiennent la cohésion des hélices. En effet deux molécules de cystéine (qui est un des acides aminés constituant la kératine et contenant du soufre) peuvent s’associer par les groupements -SH pour donner la cystine, il apparaît alors un pont disulfure –S-S- :


Pigmentation

La mélanine est la pigmentation de la couleur naturelle de la couche du cortex. À cause de son poids moléculaire, la mélanine ne peut être modifiée que par une oxydation intense ou des solutions alcalines concentrées.

La couleur naturelle des cheveux diffère d'une personne à l'autre et entre les cheveux d'une même tête. Elle peut également différer sur différentes parties de la tige du cheveu. La distribution de la pigmentation naturelle (mélanine) à l'intérieur du cheveu et la quantité de pigmentation naturelle servent toutes les deux à déterminer la couleur de chaque tige.


Porosité

Les traitements antérieurs faits à la tige du cheveu déterminent la condition du cheveu et sa porosité. Plus la cuticule est endommagée, plus le cheveu sera poreux.

Lorsque vous faites une coloration, la couche protectrice de la cuticule doit se soulever afin de laisser le gel colorant pénétrer le cortex du cheveu. Ceci permet une couleur qui est plus naturelle et qui dure plus longtemps. Si la cuticule a été endommagée par une décoloration excessive, des applications de produits chimiques trop forts ou des applications trop fréquentes, certaines mesures devront être prises pour s'assurer que la couleur aura l'air naturel. Des cheveux trop poreux pourraient ne pas retenir la couleur et être enclins à s'emmêler dans les pointes.

La coloration des cheveux
           
Pour colorer le cheveu on a longtemps utilisé des substances naturelles végétales (henné, chataîgnier, camomille, noyer…). Ensuite est venue l’ère des colorants synthétiques. On distingue la coloration temporaire (dépôt de colorants sur la surface du cheveu) qui s’élimine au shampooing et les procédés de coloration dite permanente utilisant des colorants d’oxydation qui pénètrent dans le cheveu. Ce sont ces derniers qui sont les plus utilisés (environ 80%).
           
La coloration permanente résiste bien aux shampooings, à la lumière et aux actions mécaniques (frottement). La coloration est durable (au moins 1 mois) et elle couvre bien les cheveux blancs.          
           
Si l'on s'avance dans la région des colorations permanentes, c'est une surprise de taille qui nous attend : la couleur semble absente! Poudres blanches et liquides incolores forment le paysage. Là où nous attendions peut-être de multiples pigments, nous rencontrons les précurseurs des couleurs qui ne révéleront ces couleurs que sous l'action de l'oxygène.
           
L'oxygène est en effet à l'origine de nombreux résultats. S'il éclaircit les cheveux naturellement, en particulier lorsqu'il est associé à l'eau et à la lumière du soleil, c'est également sous son action que les molécules qui composent les précurseurs vont peu à peu se colorer jusqu'à atteindre la teinte désirée. On parle de coloration d'oxydation.
           
Dans le processus d'une coloration permanente "classique", ses deux fonctions sont d'ailleurs associées. L'oxygène libéré par la réaction entre un agent alcalin tel que l'ammoniaque et le produit oxydant à base d'eau oxygénée va simultanément éclaircir la mélanine du cheveu et agir sur les précurseurs pour révéler les colorants.
           
Cependant, les molécules des précurseurs sont de grosses molécules auxquelles la cuticule dans son état normal opposerait une barrière infranchissable. Il faut donc faire appel à une propriété du cheveu, sa perméabilité.
           
Le cheveu est capable d'absorber de grandes quantités de liquide, quantités d'autant plus importantes que le liquide est alcalin. De cette absorption résulte un gonflement de la fibre qui se traduit par l'écartement des écailles de la cuticule. Ainsi ouverte, la cuticule autorise alors la pénétration des précurseurs. Lorsque que ceux-ci ont révélé la couleur désirée qui dépend de la molécule et du temps de pose, un shampooing ou une crème appropriés referment les écailles de la cuticule. La couleur se retrouve alors prisonnière et protégée par la cuticule comme le sont les pigments naturels de mélanine. Les colorants d'aujourd'hui étant aussi résistants que la mélanine naturelle, la coloration est donc assurée pour longtemps : le cheveu poussant par sa racine, la couleur d'origine réapparaîtra peu à peu au niveau de la base visible de la chevelure, au fur et à mesure de sa croissance.

Les secrets des cheveux lisses

Nombreuses sont les femmes qui souhaitent avoir les cheveux lissés, surtout parmi les 20% de Françaises ayant des cheveux rebelles ou bouclés…

Sérums anti-frisottis, crèmes lissantes ou soins, les défrisages ont évolué vers des formules de moins en moins agressives. Phytolisse est un baume capillaire idéal pour le défrisage des cheveux frisés ou permanentés.

Rompre des liaisons chimiques pour moduler la forme du cheveu…

La mise en forme du cheveu résulte de l’architecture protéique de son principal constituant, la kératine.

Cette protéine fibreuse responsable de la solidité des cheveux est riche en soufre. Les longues chaînes peptidiques qui la composent sont reliées entre elles par des plusieurs types de liaisons qui lui assurent son élasticité (disulfures, salines, hydrogènes…). Parmi ces liaisons, un pont disulfure correspond à une liaison entre deux atomes de soufre. Modifier la forme des cheveux c’est agir au niveau de ces liaisons par des réactions chimiques l’oxydation ou de réduction. Grâce à un agent réducteur présent dans les produits capillaires, on rompt ce pont disulfure. Le cheveu retrouve alors une certaine plasticité permettant de l’étirer (lissage) ou au contraire de l’enrouler sur des bigoudis pour lui donner une forme ondulée.

Comme nous venons de le voir, les protéines des cheveux peuvent établir des liaisons entre elles, elles sont également capables de former des liaisons avec l’eau. Ces liaisons sont dites faibles car elles se rompent facilement sous l’action de la chaleur apportée par le sèche-cheveux. Lors du séchage, des liaisons hydrogène et des liaisons ioniques se forment de nouveau mais à d’autres endroits.

Le cheveu mouillé est plus élastique que le cheveu sec, il peut se déformer plus facilement. Les produits fixant la coiffure (laques ou sprays) contiennent des agents protecteurs dont le rôle est de maintenir la déformation du cheveu et d’éviter sa réhumidification qui détruirait la rigidité du cheveu obtenue lors du séchage (ne pas s’exposer à la pluie).
           
En conclusion, le lissage des cheveux joue sur des mécanismes en deux étapes identiques à ceux d’une permanente : une rupture des ponts disulfures pour permettre une nouvelle mise en forme et une oxydation qui va reconstituer les ponts disulfures pour donner des propriétés de tenue aux cheveux.


Extrait du dossier "Chimie pour Tous", ce texte a été rédigé dans le cadre d'une convention entre le Département Sciences Chimiques du CNRS et la Junior Entreprise de l'École nationale supérieure de chimie de Paris (ENSCP).

 

 

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