Un gel est un système colloïdal constitué d’une phase solide continue qui englobe ou interpénètre une phase liquide (souvent de l’eau). Il se comporte comme un solide et de manière élastique, bien qu’il soit composé en grande partie de liquide. Les gels sont formés par la réticulation de polymères ou de particules colloïdales qui forment un réseau tridimensionnel qui emprisonne le liquide.
Les gels font partie des liquides 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 comme les gels réagissent différemment aux forces de cisaillement. Leur viscosité peut varier sous l’effet d’un stress mécanique, comme la pression ou l’étirement. Il en résulte que les gels présentent des propriétés visqueuses lorsqu’ils sont soumis à une déformation lente, mais qu’ils se comportent plutôt de manière solide ou élastique lorsqu’ils sont soumis à un stress rapide ou important.
Les liaisons 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 ont été 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 montre une analyse DSC de nanoparticules d’alumine dans une matrice de gel, chauffées à une vitesse de chauffage linéaire de 10 K/min dans une atmosphère d’azote.
Le signal montre deux effets significatifs 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 qui cause un changement de Cp par le changement de masse de l’échantillon ce qui entraîne un déplacement de la ligne de base.
En raison de cet effet, il reste une matrice de gel sèche contenant des nanoparticules, appelée xérogel.
À environ 200 °C, il y a une transition de phase des nanoparticules d’une structure d’alumine ordonnée à une structure amorphe, visible sous la forme d’un petit pic net.
Ces deux effets sont reproductibles et caractérisent assez bien le gel de nanoparticules.
