Quels sont les secrets du « SLIME » ?

Le « slime », cette pâte visqueuse avec laquelle les enfants et les adolescents aiment jouer, fait l’objet d’un très grand nombre de vidéos sur Internet, qui présentent des protocoles variés pour sa réalisation. De nombreuses entreprises se sont également engouffrées dans la brèche et proposent des kits regroupant les substances nécessaires à sa confection, ainsi que de quoi le colorer et le texturer.

De la colle au « slime » ou avec quoi en fabriquer ?

Un des protocoles de confection consiste à dissoudre un peu de colle blanche dans un petit volume d’eau, d’ajouter quelques gouttes de collyre ophtalmique et d’homogénéiser vigoureusement (1).

L’ensemble s’épaissit, se décolle des parois du récipient en verre et prend la consistance liquide/solide caractéristique du « slime ».

Les procédés varient, mais tous présentent plusieurs points communs. Dans tous les cas il faut :

• de la colle PVA (pour polyvinylacétate), ou une autre substance comme de l’amidon présent dans la maïzena ou la farine, ou encore de la gomme de cellulose présente dans le dentifrice ;
• de l’eau ;
• un additif : collyre ophtalmologique ou du carbonate de calcium ou des tensioactifs anioniques présents dans le liquide vaisselle.

Quelles sont les caractéristiques et le rôle de chacun de ces ingrédients ?

La colle blanche

La colle blanche est une émulsion de PVA dans l’eau. Le PVA est un polymère constitué de molécules organiques de grande taille, appelées macromolécules. Celles-ci sont insolubles dans l’eau. La colle blanche a été obtenue en ajoutant de l’eau et un tensioactif, afin que les macromolécules se trouvent dispersées en fines gouttelettes dans l’eau. Ainsi elles ne s’agglomèrent pas en une phase unique, ce qui donne à la colle ses propriétés mécaniques d’écoulement et sa relative fluidité.

D’un point de vue structural, la macromolécule constituant le polymère PVA est décrite par la répétition d’un motif comportant une fonction acétate [–(CH2–CH(OCOCH₃))–]. Une chaîne est schématisée ci-après :

Lorsque la colle sèche, l’eau s’évapore et les macromolécules forment un réseau enchevêtré à 3 dimensions. Les macromolécules présentent alors de nombreuses interactions des unes avec les autres (2), ce qui confère sa rigidité au matériau. L’image d’un plat de spaghettis cuits congelés permet de se figurer cet état figé caractéristique de la colle sèche !

Ajouter de l’eau à la colle

En rajoutant de l’eau à la colle, les macromolécules sont encore plus espacées les unes des autres, la suspension se comporte alors comme un véritable liquide, assez visqueux. Les spaghettis nagent dans l’eau !

Le collyre ophtalmique et son rôle

Le collyre ophtalmique est une solution aqueuse de borax (Na₂B₄O₇, 10 H₂O) et d’acide borique. Il se créé in situ des ions borates B(OH)₄^– dont la présence assure au « SLIME » ses propriétés mécaniques ludiques. En effet, les ions borate créent des ponts, ou réticulations, entre les chaines. Il s’agit d’un nouveau réseau d’interactions faibles, majoritairement des Liaisons Hydrogène, (LH) (3) entre les macromolécules.

Les chaines ne sont plus aussi libres que dans la colle diluée à l’eau mais elles gardent une certaine cohésion, ce qui donne l’aspect visqueux du « slime ». En revanche, ces liaisons restent faibles, elles peuvent se rompre et se reformer facilement.

Les différences de propriétés entre la colle séchée, la colle liquide et le « slime »

Rappelons qu’ils sont tous les trois constitués des mêmes macromolécules. Les différences proviennent de plusieurs points.
• Dans la colle séchée, il n’y a qu’un réseau 3D de macromolécules de PVA. L’ensemble est donc solide, car les chaines ne peuvent glisser les unes sur les autres.
• Dans la colle liquide, les macromolécules sont espacées, non emmêlées, ce qui lui confère son caractère liquide (quoique visqueux).
• Dans le « slime », il y a de l’eau, ce qui espace les chaines et leur permet de glisser les unes sur les autres. Les points de réticulation assurent à la matière une certaine cohésion tout en restant rompables et reformables. Le « slime » se comporte à la fois comme un solide et comme un liquide.

Quelques expériences expliquées

• Doubler la quantité d’eau de la recette : le « slime » devient trop liquide.
• Ne pas ajouter d’eau du tout : au contraire le « slime » est trop compact, cassant, les chaines ne peuvent plus autant « glisser les unes sur les autres ».
• Mettre une galette de « slime » sur un verre renversé : la substance s’écoule comme un liquide.
  Le déposer dans un récipient : il en prend lentement la forme.
  Posé sur une surface lisse, le gel s'étale très lentement en forme de flaque circulaire.
  Dans tous ces cas, le « slime » se comporte comme un liquide visqueux. Les macromolécules glissent doucement les unes contre les autres mais les liaisons hydrogène assurent la cohésion de l’ensemble.
• Lorsqu'on laisse évoluer le « slime » sous son propre poids, il s'étire doucement : il flue (coule) sans se rompre. En effet, les LH ne suffisent pas à rendre le solide rigide et indéformable.
• Lorsqu'on tire dessus d'un coup sec il se coupe net car les LH ne sont pas très fortes. Une fois cassé on peut le reformer en un seul morceau car la rupture des LH est réversible. Deux morceaux de gel peuvent ainsi rapidement fusionner lorsqu'on les accole.
• Mettre une boule de « slime » dans le creux de sa main et enfoncer rapidement son doigt dedans : une empreinte est réalisée comme dans le cas d’un solide. La viscosité augmente lorsqu’une contrainte mécanique lui est appliquée, car on contraint les chaines de macromolécules à s’enchevêtrer.
• Si on lance la boule, celle-ci rebondit assez bien sur une surface lisse, sans se déformer. Toutefois le « slime » n'est pas vraiment élastique au point de rebondir fortement. En effet pour cela il faut utiliser des chaînes macromoléculaires bien plus longues.

Antoine Éloi et l’équipe question du mois

(1) Consignes de sécurité : ne vous touchez pas le visage ni les yeux durant vos expériences, ne mangez pas les produits et lavez-vous les mains à la fin. Plus d’infos sur : le Dacryosérum [3], l’acétate de vinyle et le PVA [4].
(2) Entre les macromolécules il peut y avoir des interactions électrostatiques qui les retiennent les unes aux autres. Il s’agit des interactions de Van der Waals.
(3) Les LH sont des interactions qui s’établissent ici entre certains atomes d’oxygène des macromolécules et les groupes OH des ions borate (figurées en hachures rouges).
 

Illustration : jarabee123 / Adobe Stock