Une micelle (nom féminin dérivé du nom latin mica, signifiant « parcelle ») est un agrégat sphéroïdal de molécules possédant une tête polaire hydrophile dirigée vers le solvant et une chaîne hydrophobe dirigée vers l'intérieur. Une micelle mesure de 0,001 à 0,300 micron.
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L'hydrophobie des chaînes entraîne le regroupement des molécules et la mise en place de structures sphériques ou cylindriques visant à éliminer le solvant. Elles sont faiblement liées, maintenues dans le solvant grâce à des agents qui les stabilisent, tels les détergents ou les macromolécules. Les solutions colloïdales — dont l'aspect évoque une colle (par exemple, un gel) — sont riches en micelles. Selon la polarité du solvant, on parle de micelles directes (dans un solvant polaire, tel l'eau) ou de micelles inverses (dans un solvant apolaire, tel l'huile).
Dans les détergents, la présence conjointe de groupes fonctionnels possédant une affinité, et pour l'eau, et pour les graisses, permet la formation de micelles, les molécules s'organisant en fonction des forces de répulsion vis-à-vis du solvant : dans l'eau, les extrémités lipophiles sont tournées vers l'intérieur de la micelle tandis que les extrémités hydrophiles forment l'interface de la micelle avec le solvant. Dans un solvant organique, par exemple de l'huile, l'arrangement est inversé. La formation de micelles se produit à partir d'une température, dite de Krafft, et d'une certaine concentration, appelée concentration micellaire critique ou CMC. Les tensio-actifs forment alors des agglomérats de quelques dizaines ou centaines de molécules. Ces micelles, séparant le milieu intérieur du solvant, sont des modèles d'organisation simples rappelant les membranes des cellules vivantes.
Les lessives lavent le linge grâce, notamment, à l'action des tensioactifs qui permettent de former des micelles avec les salissures, qui restent ainsi en suspension dans l'eau. Dans la vinaigrette, mélange d'huile (liquide organique, hydrophobe) et de vinaigre (liquide aqueux, lipophobe), des molécules organiques amphiphiles naturelles présentes dans la moutarde assurent la stabilisation de l'émulsion. Dans la mayonnaise, c'est la lécithine (présente dans le jaune d'œuf) ou l'ovalbumine (protéine du blanc d'œuf) qui jouent ce rôle.
Les protobiontes sont des polymères entourrés d'une micelle de lipides.
Il existe aussi des tensioactifs de différents origines:
En neutralisant les charges électriques présentes en surface des micelles, les agents floculants permettent l'agrégation, puis la sédimentation des micelles : ce processus, appelé floculation, est universellement utilisé pour le traitement primaire de l'eau dans les stations d'épuration, pour dépolluer les eaux résiduaires ou comme étape préalable de purification des eaux destinées à la consommation.
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