Chapitre 4 – Savons et détergents

Terminale Bac Pro — Groupement 5 (Chimie) | Chimie | Tensioactifs et propreté

Objectifs du chapitre

Expliquer l'action d'un savon ou d'un détergent sur une salissure
Décrire la structure d'une molécule tensioactive
Schématiser une molécule tensioactive (partie hydrophobe + hydrophile)
Comparer le comportement savon / détergent face à la dureté de l'eau
Comprendre la pollution par les polyphosphates

Introduction – Pourquoi le savon lave-t-il ?

L'eau seule ne suffit pas à enlever les taches de graisse : l'eau et l'huile ne se mélangent pas. Le savon et les détergents permettent de résoudre ce problème. Ce sont des tensioactifs : des molécules capables de faire le lien entre l'eau et les graisses.

En cosmétologie et en chimie, comprendre le fonctionnement des tensioactifs est essentiel pour formuler des savons, des gels douche, des lessives ou des produits d'entretien.

1. Structure d'une molécule tensioactive

Définition Un tensioactif (ou agent de surface) est une molécule qui possède deux parties :

Une tête hydrophile (qui aime l'eau) – souvent un groupe ionique ou polaire
Une queue hydrophobe (qui fuit l'eau) – une longue chaîne carbonée (lipophile, attirée par les graisses)

Schématisation

+/-

Rond bleu = tête hydrophile | Trait jaune = queue hydrophobe

On représente souvent une molécule tensioactive par un rond (tête hydrophile) relié à un trait (queue hydrophobe). C'est le schéma classique utilisé en chimie.

Exemple – Le stéarate de sodium (savon)
Formule : CH₃–(CH₂)₁₆–COO^–, Na⁺

Queue hydrophobe : la longue chaîne carbonée CH₃–(CH₂)₁₆–
Tête hydrophile : le groupe carboxylate –COO^–

2. Action d'un tensioactif sur une salissure

Mécanisme en 3 étapes

Adsorption : les molécules tensioactives se placent à la surface de la salissure grasse. Les queues hydrophobes pénètrent dans la graisse, les têtes hydrophiles restent dans l'eau.
Décrochage : les tensioactifs décollent la salissure du tissu ou de la surface. La graisse est entourée de molécules tensioactives.
Mise en suspension : la salissure forme une micelle – une goutte de graisse enveloppée de tensioactifs, les têtes hydrophiles tournées vers l'eau. La micelle reste en suspension dans l'eau et est évacuée lors du rinçage.

Définition Une micelle est un agrégat sphérique de molécules tensioactives dont :

les queues hydrophobes sont tournées vers l'intérieur (emprisonnant la graisse)
les têtes hydrophiles sont tournées vers l'extérieur (en contact avec l'eau)

Propriété Les tensioactifs diminuent la tension superficielle de l'eau, ce qui permet à l'eau de mieux mouiller les surfaces et de pénétrer les tissus.

3. Différence entre savon et détergent

Définitions

Savon : tensioactif obtenu par saponification d'un corps gras avec une base (NaOH ou KOH). C'est un carboxylate d'acide gras (ex. : stéarate de sodium).
Détergent synthétique : tensioactif fabriqué par synthèse chimique à partir de dérivés du pétrole. Ce n'est pas un carboxylate.

Comportement face à la dureté de l'eau

Définition La dureté de l'eau dépend de sa teneur en ions calcium Ca²⁺ et magnésium Mg²⁺. Une eau dure contient beaucoup de ces ions.

	Savon	Détergent synthétique
Origine	Naturelle (saponification)	Synthèse chimique (pétrochimie)
En eau douce	Mousse bien, lave efficacement	Mousse bien, lave efficacement
En eau dure	Forme un précipité (dépôt blanc insoluble, « savon de calcium »). Perd son efficacité.	Reste efficace : pas de précipité avec Ca²⁺ et Mg²⁺
Biodégradabilité	Facilement biodégradable	Variable (certains peu biodégradables)

Attention En eau dure, le savon perd une grande partie de son pouvoir lavant car il réagit avec les ions Ca²⁺ pour former un dépôt insoluble. C'est pourquoi les détergents synthétiques sont plus utilisés dans les régions à eau calcaire.

Expérience simple
Dans deux tubes à essai contenant de l'eau dure (eau calcaire), on ajoute :

Tube 1 : quelques gouttes de solution de savon → précipité blanc, peu de mousse
Tube 2 : quelques gouttes de détergent synthétique → mousse abondante, pas de précipité

4. Pollution par les polyphosphates

Pour améliorer l'efficacité des lessives, les fabricants ajoutaient autrefois des polyphosphates (ou tripolyphosphates de sodium). Ces substances adoucissent l'eau en piégeant les ions Ca²⁺ et Mg²⁺.

Problème environnemental Les polyphosphates rejetés dans les eaux usées provoquent l'eutrophisation des lacs et rivières :

Les phosphates enrichissent l'eau en nutriments
Les algues prolifèrent en surface (« algues vertes »)
Les algues en décomposition consomment l'oxygène de l'eau
Les poissons et autres organismes aquatiques meurent par manque d'oxygène

Propriété Depuis 2007 en France, les phosphates sont interdits dans les lessives domestiques. Ils ont été remplacés par des zéolites (silicates d'aluminium), moins polluantes.

Application en chimie industrielle
Un technicien chimiste formule une lessive sans phosphates pour respecter la réglementation. Il utilise des zéolites comme adoucisseurs d'eau et des tensioactifs biodégradables pour réduire l'impact environnemental du produit.

5. Applications professionnelles

En cosmétologie
Un formulateur conçoit un gel douche. Il choisit des tensioactifs doux (dérivés d'huile de coco) pour nettoyer la peau sans l'agresser. Le pH du produit est ajusté entre 5 et 6 pour respecter le pH cutané.

En chimie industrielle
Un technicien chimiste développe un produit dégraissant pour l'industrie alimentaire. Il doit choisir un tensioactif efficace contre les graisses animales, compatible avec les normes alimentaires et facilement rinçable.

À retenir

Un tensioactif possède une tête hydrophile et une queue hydrophobe
Le lavage se fait en 3 étapes : adsorption, décrochage, mise en suspension (micelles)
En eau dure, le savon précipite (perd son efficacité), pas les détergents synthétiques
Les polyphosphates provoquent l'eutrophisation des milieux aquatiques
Depuis 2007, les phosphates sont interdits dans les lessives domestiques en France

Mini exercices – Vérifie ta compréhension

Exercice 1 – Quelles sont les deux parties d'une molécule tensioactive ? Quel est le rôle de chacune ?

Tête hydrophile : attirée par l'eau, assure la mise en suspension dans l'eau
Queue hydrophobe : attirée par les graisses, pénètre dans la salissure grasse

Exercice 2 – Qu'est-ce qu'une micelle ? Décrire sa structure.

Une micelle est un agrégat sphérique de molécules tensioactives. Les queues hydrophobes sont tournées vers l'intérieur (emprisonnant la graisse) et les têtes hydrophiles sont tournées vers l'extérieur (en contact avec l'eau).

Exercice 3 – Pourquoi le savon est-il moins efficace en eau dure qu'un détergent synthétique ?

En eau dure, le savon réagit avec les ions Ca²⁺ et Mg²⁺ pour former un précipité insoluble (savon de calcium). Il perd donc son pouvoir lavant. Les détergents synthétiques ne précipitent pas avec ces ions et restent efficaces.

Exercice 4 – Expliquer le phénomène d'eutrophisation causé par les polyphosphates.

Les polyphosphates rejetés dans l'eau enrichissent le milieu en nutriments. Les algues prolifèrent (« bloom algal »). En se décomposant, elles consomment l'oxygène dissous. Les organismes aquatiques (poissons, crustacés) meurent par asphyxie.