Dans cette partie, nous allons répondre à la question que tout le monde s'est déjà posé au moins une fois : "Pourquoi la colle colle ?".  Un bol par exemple, c'est "solide", ceci grâce aux forces qui lient les molécules entre elles. Mais ces liaisons peuvent se rompre, si une force importante est imposée à l'objet (si on le laisse tomber). Si de nombreuses liaisons ont été brisées, il y a apparition d'une fissure, puis plusieurs morceaux  de l'objet se détachent. L'écart entre les molécules est devenu trop élevé, même en appliquant les deux fragments l'un contre l'autre, il est impossible de reconstituer les liaisons brisés. Les deux pièces ne peuvent plus se maintenir ensemble. Mais la colle, elle,  peut y parvenir. Elle permet de reconstituer artificiellement les liaisons cassés.

Donc plus le mouillage est efficace et plus l'adhésion est efficace.

Ensuite, comme pour les vernis, peintures, teintures ... la colle doit se fixer solidement sur les surfaces à coller. Donc les molécules de la colle doivent former avec les molécules du support des liaisons fortes de type covalentes ou ioniques. Elles peuvent aussi créer des liaisons de plus faible intensité, comme des liaisons hydrogènes*  et/ou des interactions de Van der Waals qui doivent être assez nombreuses pour adhérer suffisamment au support.

Voir article détaillé sur les liaisons ioniques et covalentes : Quelles sont les interactions qui assurent la cohésion de la matière à l'état solide ?

Conclusion : Pour s'accrocher au support à coller, certaines colles créent des liaisons chimiques de type ionique : au contact de la colle, un atome du matériau à coller donne un électron à un atome de la colle ; devenus de charges opposées, les atomes s'attirent assurant le collage (comme la colle blanche).

Elles peuvent aussi créer des liaisons dites covalentes : un atome du matériau et un atome de la colle vont se partager certains de leurs électrons pour remplir leur dernière couche. La liaison covalente ainsi créée est particulièrement solide.

Nous avons appris que les colles sont caractérisées par le fait qu’elles se solidifient après application (vous pouvez le vérifier en laissant de la colle liquide à l'air libre). Donc, après que la colle a correctement adhéré à son support, la dernière étape consiste à solidifier la colle.

Au final, la plupart des colles utilisées aujourd'hui sont constituées de polymères*. Mais ce polymère est présent ou non dans la colle d'origine, ce qui implique que nous devons partager les colles en deux catégories :

• Les colles à prise physique
• Les colles à prise chimique

Les colles à prise physique :

Ce sont des colles où le polymère est déjà présent sous sa forme finale, il est présent sous une forme liquide, dans un solvant. Lors de l'application de la colle, le solvant s'évapore, la colle durcit. Il n'y a aucune réaction chimique.

Les colles à prise chimique :

Ce sont des colles où le polymère se forme par réaction chimique lors d'une réaction de polymérisation*. La colle est à l'état de monomère. Les éléments monomères doivent être liquides ou fusibles. La réaction chimique est provoquée par l'humidité, des durcisseurs spéciaux, la température, les UV...

Les polymères étant de longues molécules, lorsque ceux-ci sont étalés sur le matériau à coller, ils s’ancrent dans celui-ci et forment en réseau solide entre les matériaux à coller, c'est comme si des millions de minuscules cordes tenaient les deux matériaux en place. Donc les polymères forment une liaison physique solide entre les deux matériaux. 

Enfin, pour que le collage ait lieu, la colle doit sécher, c'est-à-dire que le solvant qui contenait le polymère doit s'évaporer. Tant que la colle n'est pas sèche, alors l'adhésion définitive entre les deux matériaux est impossible car elle peut encore être séparée du matériau à coller. Le temps de séchage de la colle (= le temps de l'évaporation du solvant) dépend du type de solvant utilisé et des conditions extérieures c'est-à-dire de la température, de l'humidité de l'air ...

Le collage moléculaire est une technique apparue dans les années 1980 qui permet par exemple de coller deux plaques de silicium ensemble sans faire appel à un produit spécifique intermédiaire.

Cela consiste à rapprocher les deux plaques l'une de l'autre le plus près possible, c’est-à-dire qu’on les rend assez lisses pour que les atomes de l’une soient à une distance de quelques nanomètres de l'autre ; et donc les forces attractives entre les deux structures sont alors assez élevées pour provoquer l’adhérence moléculaire ; ce sont les forces de Van der Waals* qui sont d’autant plus importantes que la distance entre les surfaces est faible. Dans beaucoup d’applications, ces collages moléculaires sont réalisés à température et pression ordinaires après un nettoyage chimique des surfaces.

De plus, augmenter la température des deux matériaux permet d'augmenter la résistance du collage en créant des liaisons covalentes entre les atomes des deux matériaux.

Pour fonctionner correctement, les colles utilisées doivent être formées des mêmes molécules que celles des polymères à joindre (pour former des liaisons facilement). Donc il n'existe pas de colle universelle.
Cependant, certaines colles, comme celle à base de cyanoacrylate ont la particularité de créer des liaisons avec les molécules d'eau. Or, comme les molécules d'eau sont présentes en peu partout sur Terre, ces colles sont capables d'allier plusieurs matériaux différents ensembles.

Le site internet toutcoller.com vous permet de trouver la meilleur colle pour chaque type de matériaux.

Voici un tableau récapitulant toutes les informations qui expliquent l'adhérence d'une colle :

Mais la théorie de l'adhésion n'est pas encore complétement connue, des recherches scientifiques sont encore en cours.

Ci-dessous, retrouvez quelques vidéos de vulgarisation scientifique qui expliquent comment la colle peut-elle faire adhérer deux matériaux ensembles.

• Extrait de l'émission de France Télévision : "On n'est pas que des cobayes" qui montre une animation sur la polymérisation.

         Vous pouvez visionner la vidéo en ligne ici ou la télécharger ici.

• Extrait de la série documentaire sur YouTube de "KEZAKO" par Unisciel (l'Université des Sciences en Ligne.) qui explique comment la colle permet de faire adhérer deux matériaux ensembles.