Un gel est un système colloïdal constitué d’une phase solide continue qui renferme ou est entremêlée d’une phase liquide (souvent de l’eau). Il se comporte comme un solide et présente des propriétés élastiques, bien qu’il soit principalement composé de liquide. Les gels se forment par la réticulation de polymères ou de particules colloïdales, qui constituent un réseau tridimensionnel renfermant le liquide.
Les gels font partie des fluides non newtoniens, ce qui signifie que leurs propriétés d’écoulement ne suivent pas les lois de la viscosité newtonienne classique. Contrairement aux fluides newtoniens, dont la viscosité reste constante, les fluides non newtoniens, tels que les gels, réagissent différemment aux forces de cisaillement. Leur viscosité peut varier sous l’effet d’une contrainte mécanique, telle que la pression ou l’étirement. Il en résulte que les gels présentent des propriétés visqueuses lors d’une déformation lente, mais se comportent plutôt comme des solides ou des matériaux élastiques en cas de contrainte rapide ou intense.
La liaison dans la partie liquide lui confère son caractère macroscopiquement « solide ». Il existe différents types et formes de gels, souvent utilisés dans les produits pharmaceutiques ou comme adhésifs.
Une variante spéciale des gels est ce que l’on appelle les xérogels, dont les agents gonflants sont généralement retirés. Le gel de silice séché ou la gélatine sont des exemples de xérogels.
Les gels peuvent facilement être mesurés par Calorimétrie différentielle (en anglais : Differential Scanning Calorimetry – DSC), comme c’est souvent le cas dans le contrôle qualité.
La courbe représente une courbe DSC de nanoparticules d’oxyde d’aluminium en matrice de gel, chauffées à une vitesse de chauffage linéaire de 10 K/min sous atmosphère d’azote.
Le signal montre deux effets significatifs pendant la marche qui méritent d’être examinés de plus près :
Dans la plage jusqu’à 120 °C, il y a une perte d’eau due à l’augmentation de la température causée par la changement de masse de l’échantillon causée par changement de Cp entraîne un déplacement de la ligne de base.
À la suite de ce phénomène, il reste une matrice de gel sèche contenant des nanoparticules, appelée « xérogel ». À environ 200 °C, il se produit une transition de phase des nanoparticules, qui passent d’une structure d’oxyde d’aluminium ordonnée à une structure amorphe, ce qui se traduit par un petit pic net.
Ces deux effets sont reproductibles et caractérisent bien le gel de nanoparticules.
