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ACADEMIE DE MONTPELLIER Journées des 22 et 23 Novembre 2007 Formateur : Saïd BERRADA LP Jules Ferry - La Colline - Montpellier PLP Biotechnologies LP Gustave Eiffel - Narbonne

CHIMIE APPLIQUEE EN CAP COIFFURE TECHNOLOGIE DES PRODUITS

Deuxième partie

Les Principaux Produits Capillaires Composition et Propriétés

I. STRUCTURE DU CHEVEU

II. PRODUITS D’HYGIENE CAPILLAIRE : LES SHAMPOOINGS

1. Composition et propriétés des molécules de base

2. Propriétés et résultats attendus

III. P RODUITS DE MODIFICATION DE LA FORME

1. Produits de modification temporaire

1.1. Extension du cheveu mouillé et séchage sous tension

1.2. Produits de maintien de la coiffure

1.2.1. Formulation des laques et des gels

1.2.2. Ingrédients et fonctions d’une laque

2. Produits de modification durable de la forme

2.1. Produits de permanente

2.1.1. Principe de la permanente

2.1.2. Les principes actifs utilisés en permanente

2.1.2.1. Les produits réducteurs

2.1.2.2. Les produits fixateurs

2.1.3. Les oxydoréductions de la permanente

2.1.4. Formulation d’un produit de permanente

2.2. Produits de défrisage

2.2.1. Principe du défrisage

2.2.2. Principaux composants et leurs fonctions

2.2.2.1. Défrisants thiolés

2.2.2.2. Défrisants alcalins

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IV. PRODUITS DE MODIFICATION DE LA COULEUR

1. Généralités

1.1. Les différents types de colorants et les résultats attendus

1.2. Les molécules colorantes

2. Produits de coloration permanente

2.1. Plan chimique de la coloration permanente

2.2. Formation des pigments colorants

3. Produits de coloration directe

3.1. Plan chimique de la coloration directe

3.2. Nature chimique des colorants

3.3. Composition d’un produits de coloration directe

4. Produits de coloration fugace

V. PRODUITS DE DECOLORATION

1. Structure chimique des mélanines

2. Chimie de la décoloration

3. Formulation d’un produit décolorant

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I. STRUCTURE DU CHEVEU

Voir Diaporama : Le cheveu

La tige du cheveu est entièrement kératinisée, elle est constituée de cellules mortes avec une organisation complexe.

A l'extérieur, des cellules plates en écaille forment la cuticule. A l'intérieur, le cortex est constitué de cellules allongées, elles mêmes constituées d'un amalgame organisé de protéines riches en soufre et dont la structure est celle d'une hélice α. La protéine qui donne au cheveu sa forme et sa résistance est la kératine (50% des protéines du cheveu).

La kératine est essentiellement constituée de glycine, de leucine et de cystéine.

Quand le cheveu est non étiré, l’hélice α est stabilisée par des liaisons hydrogène intracaténaires

entre l’oxygène d’une fonction carboxyle et l’hydrogène lié à un azote d’une fonction amide. Dans une protofibrille, les chaînes de kératine sont liées entre elles par des liaisons intercaténaires (liaisons disulfures, ioniques et hydrophobes).

Les liaisons de cohésion de la kératine

Voir Fichier : Structure des Protéines

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La formation des ponts disulfures est assurée par oxydation des groupements thiols de 2 cystéines appartenant à 2 chaînes de kératine.

De part leurs propriétés physico-chimiques, ces forces de cohésion entre les chaînes

polypeptidiques (ponts cystines, ioniques et hydrophobes) vont être exploitées lors de différentes applications professionnelles pour donner aux cheveux la forme et/ou la couleur choisies. Par exemple, les ponts cystines sont mis en jeu lors de la permanente et le défrisage, les liaisons hydrogène intracaténaires lors du brushing et la mise en pli, les liaisons ioniques lors de la permanente, la coloration d’oxydation et la décoloration.

II. PRODUITS D’HYGIENE CAPILLAIRE : LES SHAMPOOINGS Il existe quatre grandes catégories de shampooings : les shampooings simples (d’hygiène), les

shampooings spécifiques (démêlant, adoucissant, volumateur), les shampooings traitants (cheveux secs, antiséborréhique, anti-chute, antipelliculaire) et les shampooings d’application technique (pré permanente et post-coloration).

1. Composition et propriétés des molécules de base

Voir Diaporama : Les shampooings

2. Propriétés et résultats attendus

Voir Diaporama : Adaptation des shampooings et Fichier : Etude de Cas

III. P RODUITS DE MODIFICATION DE LA FORME

1. Produits de modification temporaire

1.1. Extension du cheveu mouillé et séchage sous tension

Les propriétés de mise en forme du cheveu résultent de l’architecture remarquable de la kératine. Le cheveu mouillé est plus élastique que le cheveu sec, il offre une amplitude supérieure à la déformation. Celle-ci pourra se maintenir quelque temps pour le cheveu distendu puis séché.

L’aptitude à la déformation du cheveu est liée aux transformations physico-chimiques que subit la kératine mouillée, étirée et séchée sous tension. A l’état initial, les chaînes se trouvent sous forme d’hélice α. Les liaisons hydrogène qui s’établissent entre les spires de l’hélice α (liaisons longitudinales) sont facilement rompues par les molécules d’eau qui se glissent entre les chaînes polypeptidiques et forment de nouvelles liaisons hydrogènes intercaténaires.

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La rupture des liaisons intracaténaires est favorisée par la présence dans l’eau de produits gonflants, comme l’urée, qui déstabilisent la structure hélicoïdale en donnant une structure intermédiaire dite configuration déployée lâche.

Par étirement de cette structure, les chaînes se déploient et acquièrent un arrangement en zigzag (structure en feuillets plissés) : l'étirement du cheveu mouillé provoque alors une transformation partielle de la kératine α en kératine β moins résistante, 2% d'allongement suffisent pour permettre une déformation temporaire (voir Fichier : les protéines).

Lors du séchage, des liaisons hydrogène se reforment latéralement entre les chaînes polypeptidiques (liaisons intercaténaires), ce qui bloque le retour à la forme α : le cheveu adopte la forme imposée.

Insertion de molécules d’eau : Les liaisons hydrogène se reforment kératine α lâche latéralement donnant la kératine β

Cette transformation n'est que temporaire car elle est réversible. Les liaisons latérales créées artificiellement cèdent peu à peu devant de nouvelles liaisons hydrogène qui se reforment longitudinalement : le cheveu finit par reprendre sa forme et sa longueur initiale pour répondre à la configuration thermodynamique stable des chaînes polypeptidiques.

1.2. Produits de maintien de la coiffure

Pour retarder l'effet réversible du retour à la forme α; pour fixer la coiffure dans la forme désirée et la protéger contre le vent et l'humidité, on dispose de lotions ou de mousses de coiffage à appliquer sur les cheveux mouillés avant la mise en plis ou le brushing et de laques ou de gels à appliquer sur la coiffure finie.

1.2.1. Formulation des laques et des gels

Composition d’une laque Composition d’un gel - gaz propulseurs (butane, propane ...) - résines synthétiques ou naturelles - solvants (isopropanol, éthanol ...) - plastifiants (esters d’acides gras et de

polyols) - parfum

- eau - glycérine - gélifiant (dérivés de cellulose ...) - conservateur - agents filmogènes - éventuellement parfum, colorant ...

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1.2.2. Ingrédients et fonctions d’une laque

La laque se vaporise en un film translucide et flexible. Elle doit sécher rapidement, avoir une bonne brillance, être non hygroscopique, ne pas poisser et s'éliminer finalement au lavage.

La formulation des laques est construite autour de polymères filmogènes dont le plus utilisé est la polyvinylpyrrolidone. Parmi les composants des laques, on retrouve des gommes d'origine naturelle, très dures et peu hygroscopiques, telles que le shellac.

La Gomme Shellac Elle provient de la résine polyester sécrétée un insecte (Laccifer lacca) qui parasite certaines essences tropicales en Inde et en Thaïlande, les protégeant ainsi des intempéries. La partie colorante des résines est extraite après un lavage à l'eau. La partie insoluble est utilisée pour produire une cire puis, par extraction avec un solvant, la résine shellac. Ses propriétés filmogènes, adhésives et plastifiantes sont attribuées à la présence de composés analogues à ceux de certaines cires.

Fonction des constituants d’une laque de maintien d e la coiffure

Ingrédient Fonction

Dimethyl Ether Solvant, gonflant Alcohol denat. Solvant : Ethanol auquel ont été ajoutés un ou plusieurs

dénaturants (ex : NaOH) pour le rendre impropre à la consommation.

Pentane Propulseur : Hydrocarbure propulseur. PVP/VA Copolymer

(Copolymer de vinylpyrrolidone et d’acétate de vinyle)

Polymère non ionique disposant d'une bonne hydrocompatibilité (agent antistatique), liant, stabilisateur d'émulsion, agent filmogène, fixateur capillaire.

Isopropyl Alcohol Solvant : solvant alcoolique. Parfum (Fragrance) Réduit où inhibe l'odeur de base ou l'arôme du produit.

Aminomethyl Propanol Amino-alcool neutralisant des résines carboxyliques anioniques qu’il solubilise dans l’eau et dans l’alcool.

Butylphenyl Methylpropional (Eur) Agent masquant : réduit où inhibe l'odeur de base ou l'arôme d'un produit.

Hexyl Cinnamal Parfumant : note cannelle. Alpha isomethyl Ionone (Eur) Agent masquant : réduit où inhibe l'odeur de base ou l'arôme

d'un produit. Benzylsalicylate (Eur) Absorbant UV : Protège le produit cosmétique des effets des

rayons ultraviolets. Hydroxyisohexyl 3-Cyclo

Hexene Carboxaldehyde (Eur) Parfumant : note amendée.

Aqua (Water) Solvant

En outre, les produits de maintien de la coiffure peuvent contenir :

- des substance filmogènes gainantes : polymères anioniques type résines polyacryliques ou copolymères quaternaires (les polyquaterniums) ou le chitosane :

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Le chitosane

- des complexes plastifiants qui modifient les caractéristiques du film (silicones, etc.).

2. Produits de modification durable de la forme

2.1. Produits de permanente

2.1.1. Principe de la permanente

Une permanente est l’ensemble des opérations exécutées sur une chevelure pour obtenir une frisure artificielle et durable des cheveux. Les permanentes modernes sont des permanentes à froid (à température ambiante).

La technique de permanente est réalisée en trois grandes étapes (voir schéma) :

- Etape mécanique : après le ramollissement de la tige capillaire par un shampooing doux, les cheveux sont enroulés sur des bigoudis pour créer un léger décalage vertical entre les chaînes polypeptidiques de la kératine ;

- Etape chimique : un liquide réducteur, appelé liquide frisant, est appliqué dans les bigoudis et sur la chevelure. Il provoque la rupture des liaisons fortes (ponts disulfures) qui relient les chaînes de kératine par réduction des ponts cystine. Les zones amorphes et hélicoïdales du cheveu absorbent plus facilement l’eau ;

- Etape chimique : elle consiste à fixer la forme imposée au cheveu grâce à la reconstitution des liaisons fortes (ponts disulfures) par oxydation des cystéines latérales en cystines. On utilise une lotion fixante qui contient un élément oxydant, en général le peroxyde d’hydrogène.

Les déformations de la chevelure obtenues sont durables et ne sont pas détruites par l’humidité.

Plan chimique de la permanente

2.1.2. Les principes actifs utilisés en permanente

Les permanentes sont réalisées en milieu légèrement alcalin. Leurs solutions réductrices sont formulées à base de sels de l’acide thioglycolique. Elles sont choisies en fonction de la nature de la

SS

CHEVEU NATUREL

S-

S-

ENROULEMENT ET APPLICATION DE LA SOLUTION FRISANTE

S

S

RECONSTITUTION DES PONTS CYSTINE

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chevelure (cheveux résistants, normaux, gras, secs, colorés…) et du résultat attendu (ondulations fortes ou légères…).

2.1.2.1. Les produits réducteurs

On utilise des composés réducteurs de la famille des thiols (R – SH), qui sous leur forme anionique (R – S-) sont de puissants réducteurs. Le thiol le plus couramment utilisé dans les liquides réducteurs de permanente est l’acide thioglycolique (SH – CH2 – COOH).

Cette molécule est préparée dans les produits de permanente sous forme de sels d’ammonium, appelés thioglycolates d’ammonium (HS – COO- NH4

+).

Pour obtenir une solution réductrice sur les ponts disulfures, le thioglycolate d’ammonium est activé en présence d’une solution d’hydroxyde d’ammonium et/ou de bicarbonate d’ammonium. Le produit obtenu est le thiolate d’ammonium.

+ NH4OH et/ou HNH4CO3 Thioglycolate d’ammoium

Thiolate d’ammonium

Les solutions à base d’un ester du thioglycolate ammonium (le monothioglycolate de glycérol) sont très peu utilisées aujourd’hui en France à cause de leurs effets allergisants. Il est obtenu après estérification de l’acide thioglycolique par un trialcool, le glycérol. Au moment de l’application, il est mélangé à une solution ammoniacale (ou de la monoéthalamine ou à du bicarbonate d’ammonium) qui conduit au thiolate d’ammonium.

Voir Fichier : Dossier médico-technique (Evaluation et prévention des risques dans les salons de coiffure).

2.1.2.2. Les produits fixateurs

Ce sont en généralement des solutions de peroxyde d’hydrogène.

2.1.3. Les oxydoréductions de la permanente

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1ère étape : Rupture des ponts disulfures

Cette étape est une oxydoréduction au cours de laquelle le thiolate d’ammonium réagit avec les cystines (30 % des ponts disulfures pour une ondulation durable). Il s’agit d’un transfert d’électrons du réducteur (le thiolate d’ammonium, R – S – S – R) vers la cystine (K – S – S – K) qui possède un caractère oxydant (accepteur d’électrons).

2 R S− Oxydation R – S – S – R + 2 e-

K – S – S – K + 2 e- Réduction

2 K S−

Bilan : 2 R S− + K – S – S – K R – S – S – R + 2 K S−

Kératine oxydée Kératine réduite

2ème étape : Reconstitution des ponts disulfures

Au cours de cette étape, une solution oxydante et acide reconstitue les ponts disulfures et neutralise l’alcalinité du milieu (les liaisons ioniques sont reconstituées). Il s’agit d’un transfert d’électrons de la kératine réduite (K – S−) vers l’oxydant (peroxyde d’hydrogène).

2 K S− Oxydation K – S – S – K + 2 e-

H2O2 + 2 e- Réduction

2 OH−

Bilan : 2 K S− + H2O2 K – S – S – K + 2 OH−

Kératine réduite Kératine oxydée

Les ions alcalins (OH−) sont neutralisés par l’acidité du milieu (H+) :

2 OH- + 2 H+ 2 H2O

2.1.4. Formulation d’un produit de permanente

Voir Diaporama : Ingrédients et leurs fonctions et Fichier : Mots croisés

2.2. Produits de défrisage

Le défrisage est l’ensemble des opérations exécutées sur une chevelure pour réduire la frisure et/ou le volume des cheveux.

2.2.1. Principe du défrisage

Le lissage de la chevelure est possible grâce à trois actions distinctes, qui modifient les propriétés physico-chimiques de la kératine : deux actions chimiques séparées par une action mécanique. Le tableau suivant illustre les étapes du défrisage avec les différents processus physico-chimiques mis en jeu :

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Illustration commentée des différentes étapes du dé frisage

Cheveu à

l’état initial

1ère action Chimique

Réduction

Action Mécanique

Lissage

2ème action Chimique

Fixation

. Le cheveu est bouclé naturellement. . La cuticule est lisse. . Les ponts disulfures sont intacts.

. L'agent alcalin permet le gonflement du cheveu et l'ouverture de la cuticule. . L'agent réducteur permet la rupture des ponts cystines par transfert d’électrons sur les atomes de soufre.

Le lissage de la chevelure entraîne le glissement des chaînes de kératines et décale une partie des liaisons latérales.

. Reconstitution des ponts cystines grâce à l'action de l'oxydant. . L'acide contenu dans le fixateur diminue le gonflement du cheveu et lisse la cuticule. . Le cheveu est alors fixé dans sa nouvelle forme.

2.2.2. Principaux composants et leurs fonctions

2.2.2.1. Défrisants thiolés

Les défrisants thiolés ont pour but de réduire la frisure et/ou le volume des cheveux de types caucasiens. Ils se présentent le plus souvent en tube de crème prêt à l'emploi, accompagnés de leur fixateur.

Ces défrisages sont réversibles et leur pH est compris entre 8,5 et 9,5 (à l’opposé des défrisants à la soude qui donnent un lissage irréversible, voir plus bas).

Le tableau ci-dessous présente les ingrédients d’un kit de produits utilisés pour le défrisage :

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2.2.2.2. Défrisants alcalins

Pour les cheveux très frisés ou crépus, on utilise des produits alcalins à pH élevé (hydroxyde de sodium ou hydroxyde de guanidine).

La guanidine se trouve dans les moules, les champignons, les navets, les germes de blé. C'est une base aussi forte que l'hydroxyde de sodium ou de potassium.

Cette technique consiste à effectuer une opération dite de lanthionisation, à l'aide d'une composition contenant une base appartenant à la famille des hydroxydes (de sodium, de potassium ou de guanidine). Elle conduit à remplacer des liaisons disulfures par des liaisons lanthionines : lanthionisation - CH2 - S S - CH2 - - CH2 S CH2 -

Cette opération de lanthionisation fait intervenir deux réactions chimiques consécutives : - la première réaction consiste en une bêta-élimination sur la cystine provoquée par un ion hydroxyle, conduisant à la rupture de cette liaison et à 1a formation de la déhydro-alanine ; - la deuxième réaction est une réaction de la déhydro-alanine avec un groupe thiol. En effet, la double-liaison de la déhydro-alanine formée est une double-liaison réactive. Elle peut réagir avec le groupe thiol du résidu cystéine qui a été libéré pour former une nouvelle liaison appelée pont ou liaison ou résidu lanthionine.

Par rapport à la première technique mettant en oeuvre un réducteur thiolé, la technique de lanthionisation ne nécessite pas d'étape de fixation, puisque la formation des ponts lanthionine est irréversible. Elle s'effectue donc en une seule étape et permet de réaliser le défrisage. Le lissage permet alors le glissement des chaînes kératiniques. Un shampooing neutralisant permet l’élimination des résidus alcalins.

NH NH2 – C – NH2

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Les actifs de lanthionisation sont généralement employés en émulsion eau-huile, en les laissant agir généralement 10 à 15 minutes à température ambiante. Les deux hydroxydes, de sodium et de guanidine, sont les deux agents principaux utilisés pour le défrisage ou le décrêpage des cheveux naturellement crépus. Ils possèdent plusieurs avantages par rapport au thioglycolate d'ammonium, en particulier une absence d'odeur désagréable, une seule étape de mise en oeuvre et une durabilité et une efficacité beaucoup plus importante de la déformation du cheveu. Cependant, ils présentent l'inconvénient majeur d'être caustiques. Cette causticité affecte non seulement le cuir chevelu, en provoquant des irritations parfois sévères, mais également l'état du cheveu en le rendant rêche au toucher et beaucoup plus fragile, cette fragilité pouvant aller jusqu'à l'effritement, voire la rupture ou même la dissolution des cheveux si le traitement est prolongé. Les hydroxydes provoquent également dans certains cas des décolorations de la couleur naturelle du cheveu.

D’après une étude récente, des contrôles en salon sur 1103 Noirs Américains, les décrêpeurs utilisant l'hydroxyde de guanidine comme principe actif se sont révélés moins irritants que les décrêpeurs utilisant l'hydroxyde de sodium.

IV. PRODUITS DE MODIFICATION DE LA COULEUR

1. Généralités

1.1. Les différents types de colorants et les résultats attendus

Le tableau ci-dessous présente les différents types de colorants utilisés dans les techniques de coloration capillaire.

Type de

colorant Action sur le cheveu Résultat attendu

Colorant

Fugace ou

Temporaire

Les pigments se déposent sur la cuticule grâce à leur action cationique.

Obtenir, jusqu'au shampooing suivant, une légère modification de la couleur naturelle et d'y apporter des reflets.

Colorant

Direct ou

Semi-

permanent

Les colorants se déposent au niveau des écailles de la cuticule et s'installent à la périphérie du cortex sans modifier la mélanine naturelle du cheveu.

Tenue de 4 à 6 shampooings. Elle s'utilise pour colorer dans le ton naturel ou en un peu plus foncé, pour apporter des reflets ou pour colorer une chevelure qui présente jusqu'à 30% de cheveux blancs bien répartis.

Colorant

Ton sur Ton

ou

A Faible

oxydation

Les colorants pénètrent dans le cortex. Très faible éclaircissement de la couleur naturelle.

Tenue de 6 à 12 shampooings. Colore dans la nuance d'origine ou la fonce un peu et apporte des reflets. Et s'utilise sur des chevelures comportant jusqu'à 50% de cheveux blancs.

Colorant

d’Oxydation

ou

Colorant

Permanent

Les mélanines naturelles sont détruites et remplacées définitivement par les colorants.

Tenue durable. Permet de colorer en plus clair, dans le même ton, en plus foncé ou d'apporter des reflets. Elle est capable de colorer une chevelure entièrement blanchie.

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La tenue de coloration n’est qu’indicative. Elle dépend, en effet, de la formulation des produits traitants qui peut la prolonger.

1.2. Les molécules colorantes

La coloration d'une substance est due à l’absorption ou à la réflexion par celle-ci de radiations lumineuses de longueurs d'onde bien spécifiques. À l'échelle moléculaire, l’absorption d'énergie lumineuse sous forme de photons, se traduit par des transitions électroniques. L'électron excité passe à un niveau d'énergie supérieur puis à celui de l'état fondamental, la transition électronique est suivie de l'émission d’une lumière, celle-ci apparaissant colorée par soustraction des radiations de certaines longueurs d'ondes.

Dans les colorants organiques, une certaine configuration structurale de la molécule est nécessaire à l'obtention de la couleur. Cette molécule comporte obligatoirement deux types de groupements : les groupements chromophores et les groupement auxochromes.

Groupements chromophores :

Ethylénique , Carbonyle , Azo , Nitroso , Nitro

Groupements auxochromes : atomes ionisables pouvant changer la fréquence d'absorption d'un chromophore

Amino NH2 , Hydroxyle OH et leurs dérivés de substitution et O

Plusieurs conditions doivent être réunies pour que la molécule fasse apparaître la coloration : - elle doit être fortement conjuguée (alternance de nombreuses doubles et simples liaisons) ; - elle doit porter des groupements auxochromes qui intensifient la coloration initiale produite

par les groupements chromophores.

Cette coloration est encore plus importante quand la molécule (notamment les nitrophénols) est solubilisée en milieu alcalin. Ce phénomène s’appelle la salification.

La molécule ci-après est un colorant bleu foncé. Elle comprend : plusieurs groupements éthyléniques conjugués (alternance de doubles et de simples liaisons) et 4 groupements auxochromes (groupements amino).

2. Produits de coloration permanente

Les colorants d’oxydation utilisés doivent posséder une bonne affinité pour la kératine, imprégner les cheveux blancs de façon optimale, et enfin donner des nuances résistantes à la lumière et aux shampooings.

Ces colorants comprennent deux parties à mélanger au moment de l’application : - une partie colorante qui contient le complexe chromogène et son excipient ; - une partie oxydante qui est le peroxyde d’hydrogène.

2.1. Plan chimique de la coloration permanente

Le tableau suivant illustre schématiquement les grandes étapes de la coloration oxydative.

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Etapes de coloration Illustration

1ère étape

La cuticule n’autorise pas le passage des pigments colorants qui sont de grosses molécules ; Le cheveu est imprégné d’une solution contenant l’agent alcalin, les précurseurs de coloration et l’agent oxydant.

Cuticule fermée, Couleur naturelle du cheveu

2ème étape

. L’agent alcalin et l’eau rompent les liaisons ioniques, gonflent la tige et écartent les écailles. Les précurseurs traversent alors la cuticule et se déposent dans le cortex ; . L’oxygène naissant est libéré par la réaction entre l’agent alcalin et le peroxyde d’hydrogène

H2O2 O22- + 2H+

2 H+ + 2 OH- 2 H2O

H2O2 + 2 OH- O22- + 2 H2O

Il permet grâce à son action oxydante : . d’éclaircir la mélanine, et

. d’agir sur les précurseurs pour révéler les colorants. La couleur désirée dépend de la nature des précurseurs et du temps de pause.

Cuticule ouverte, Couleur éclaircie

Cuticule ouverte, Nouvelle couleur

3ème étape

Un shampooing ou une crème appropriée referment les écailles de la cuticule ;

Les colorants d’aujourd’hui étant aussi résistants que la mélanine naturelle, la coloration est donc assurée pour longtemps.

Cuticule refermée, Nouvelle couleur

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2.2. Formation des pigments colorants

Les molécules chromogènes entrant dans la composition des colorations permanentes sont généralement des composés benzéniques appartenant à 3 classes chimiques : les aminés aromatiques (phénylène et toluylène diamines), les aminophénols et les phénols.

Parmi les précurseurs chromogènes, on distingue les chromogènes primaires appelés bases d’oxydation et les chromogènes secondaires appelés coupleurs. Les bases d’oxydation sont des molécules en position ortho ou para (exemples : ortho-phénylène-diamine ou para-phénylène-diamine) et les coupleurs sont en position méta (exemple : méta-phénylène-diamine).

L’exemple suivant résume les étapes d’oxydation et de polymérisation des chromogènes phénylène-diamines conduisant à la formation d’un polymère colorant.

Dans cet exemple, le para-phénylène-diamine (PPD) constitue la base d’oxydation et le méta-phénylène-diamine le coupleur.

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3. Produits de coloration directe

Il s’agit d’une coloration semi-permanente qui s’estompe au fil des shampooings (4 à 6). Elle colore dans le même ton ou fonce légèrement, donne des reflets et permet de dissimuler quelques cheveux blancs (jusqu’à 30%).

Cet objectif est obtenu en utilisant des colorants qui ont une grande affinité pour la kératine.

3.1. Plan chimique de la coloration directe

Le tableau suivant illustre schématiquement les deux étapes de la coloration directe.

Etapes de coloration Illustration

1ère étape

Le produit colorant est appliqué sur une chevelure lavée et essorée.

Les petites molécules (colorants benzéniques nitrés) pénètrent facilement dans les couches de la cuticule. Les molécules plus grosses (colorants azoïques) s’y installent grâce aux solvants et aux agents gonflants.

Cuticule fermée ou légèrement écartée,

Couleur naturelle du cheveu

2ème étape

Après un temps de pause, le produit est émulsionné avec de l’eau.

Le rinçage est effectué jusqu’à l’obtention d’une eau claire.

Nouvelle couleur

3.2. Nature chimique des colorants

Une nuance naturelle ne peut être obtenue par un seul colorant, il faut en mélanger plusieurs en veillant à leur compatibilité. Ce sont en général des composés non ioniques ou cationiques de masse moléculaire peu élevée (petite dimension) et de solubilité faible dans l’eau. Parmi ceux-ci, on trouve des nitrophénylèndiamines (NPDA), des nitroaminophénols ou des colorants azoïques qui sont solubilisés dans des solvants tels que le cyclohexanol, l’éther de glycol ou l’alcool benzylique que l’on mélange ensuite à de l’eau et à un shampooing.

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On constate que ces molécules colorantes comprennent dans leur structure des groupements chromophores (groupements éthyléniques conjugués, nitro et azo) et des groupements auxochromes (groupements amino et hydroxyles).

3.3. Composition d’un produit de coloration directe

Les ingrédients ci-après entrent dans la composition d’un gel colorant au pH 6,5 et complexe de vitamines. Il est présenté sous l’appellation Color Fresh 7/0 blond.

INGREDIENTS: AQUA, ALCOHOL DE-NAT., COCAMIDOPROPYL BETAINE, HY-DROXYETHYLCELLULOSE, METHYLPARABEN, PARFUM, POLYQUATERNIUM-16, POLYSORBATE 20, BASIC BROWN 17, POTASSIUM PHOSPHATE, HEXYLDECYL LAURATE, HEXYLDECANOL, BASIC BLUE 99, TOCOPHERYL ACETATE, HC BLUE NO. 2, SODIUM

HYDROXIDE, LINALOOL, HEXYLCINNAMAL, LIMONENE, FORMIC ACID, HC RED NO. 10, BASIC YELLOW 57, HC YELLOW NO. 13, CITRONELLOL, HYDROXYETHYL-2-NITRO-P-TOLUIDINE, BENZYL SALICYLATE, GERANIOL, HC RED NO. 11, RETINYL PALMITATE, TOCOPHEROL, LINOLEIC ACID, PABA, PHENOXYETHANOL, PROPYLPARABEN, ETHYLPARABEN, ISOBUTYLPARABEN, BUTYLPARABEN Les composés dont les noms sont soulignés sont des colorants.

Le tableau suivant présente les fonctions principales de ces ingrédients :

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Ingrédient Fonction

Aqua Solvant, gonflant Alcohol denat. Solvant : Ethanol auquel ont été ajoutés un ou plusieurs

dénaturants (ex : NaOH) pour le rendre impropre à la consommation.

Cocamidopropyl Betaïne Tensioactif amphotère : Réduit la tension de surface et favorise une répartition uniforme du produit lors de son utilisation.

Hydroxyethylcellulose

Gélifiant et Epaississant : Donne la consistance au gel pour qu’il ne coule pas. Agent filmogène : Produit, à l'application, un film continu sur le cheveu. Stabilisateur d’émulsion : Favorise le processus d'émulsion et améliore la stabilité de la formulation ainsi que sa durée de vie.

Parfum Réduit où inhibe l'odeur de base ou l'arôme du produit. Polyquaternium-16 Agent filmogène Polysorbate 20 Tensioactif non ionique, Agent émulsifiant Basic Brown 17 Colorant Potassium Phosphate Emulsifiant Hexydecyl laurate Emollient Hexyldecanol Solvant, Humectant Basic Blue 99 Colorant Tocopheryl Acetate

Dérivé de la vitamine E

Antioxydant : Ralenti l´oxydation des corps gras et protège les actifs sensibles à la lumière et/ou à l´oxygène et/ou à la chaleur.

HC Blue No. 2 Colorant : (Hydroxy-2ethyl)amino)-4nitro-3phenyl)imino)bis-2,2 ethanol

Sodium Hydroxyde Agent tampon : Stabilise le pH du produit. Agent dénaturant : Rend le produit non consommable par voie orale.

Linalool Agent parfumant, Conservateur Hexyl Cinnamal Parfumant : note cannelle Limonele Parfumant : note orange Formic Acid Agent acidifiant (acide faible) HC Red No. 10 Colorant Basic Yellow 57 Colorant brillant et fluorescent : 3-((4,5-Dihydro-3-methyl-5-

oxo-1-phenyl-1H- pyrazol-4-yl)azo)- N,N,-N-trimethylbenzenaminium chloride

HC Yellow No. 13 Colorant Citronellol Parfumant : note rosée Hydroxyethyl-2-nitro-p-

toluidine

Colorant

Benzyl Salicilate Absorbant UV : Protège le produit des effets des UV.

- 19 -

Geraniol Tonifiant : Produit une sensation de bien-être sur les cheveux. HC Red No. 11 Colorant Retinyl Palmitate

Dérivé de la vitamine A

Possède des propriétés antioxydantes.

Tocopherol Vitamine E Antioxydant naturel liposoluble Linoleic Acid

Vitamine F (omega-6)

Conditionneur : Laisse les cheveux faciles à coiffer, souples, doux et brillants et/ou donne du volume. Tensioactif

Paba (Para-AminoBenzoic

Acid)

Proche de la vitamine B

Absorbant UV : Protège le produit des effets des rayons ultraviolets.

Phenoxyethanol Conservateur, Solvant des Parabens, Parfumant Propyl, Ethyl,Isobutyl,

Butylparaben

Conservateur : Empêche le développement des bactéries et des champignons dans le produit.

4. Produits de coloration fugace

Elle apporte une couleur légère dans le même ton, des reflets ou s’utilise pour embellir les cheveux gris. Elle disparaît au premier shampooing. Dans ce cas, les colorants sont déposés à la surface du cheveu.

La plupart des colorants employés sont les mêmes que ceux que l’on utilise dans l’industrie textile et lainière, ce sont par exemple des colorants azoïques, anthraquinoniques ou triarylméthane.

V. PRODUITS DE DECOLORATION

Voir Annexe : «««« L’ECLAIRCISSEMENTL’ECLAIRCISSEMENTL’ECLAIRCISSEMENTL’ECLAIRCISSEMENT » - Les fonds d’éclaircissement ou fonds de décoloration -

La décoloration est l’éclaircissement de la nuance naturelle des cheveux. Elle peut avoir un double objectif : éclaircir les cheveux, mais aussi les préparer à l’application d’un produit colorant. Les pigments mélaniques doivent alors être modifiés ou solubilisés plus ou moins partiellement.

1. Structure chimique des mélanines La mélanine est constituée de macromolécules différentes en structure mais très proches les

unes des autres car elles sont formées à partir d'une molécule unique : la tyrosine (un acide aminé qualifié d’essentiel). Elles sont formées par addition ou condensation de monomères issus de la tyrosine pour l'eumélanine et de la tyrosine et de la cystéine pour le phaéomélanine.

Tyrosine

Fragments d’eumélanines (pigments noirs) et de phaéomélanines (pigments roux)

CH2

CH

H2N

COOH

HO

NH2HOOC

OH

S

N

N

COOHH

OHN

S

NH

S

N

OH

HOOC

O O

HN

O

O

NH

O

OHN

HOOC

- 20 -

La couleur naturelle des cheveux, peut varier du noir intense au blond très clair, et est déterminée par la nature et la répartition des mélanines. Dans les cheveux blancs, la mélanine est absente.

La mélanine est composée de deux grands types de pigments : - les pigments granuleux, avec une dégradation du rouge au noir intense ; - les pigments diffus, avec une dégradation du jaune clair au rougeâtre.

Echelle des tons

2. Chimie de la décoloration

Les mélanines sont dégradables par oxydation. Sous l’action des oxydants, elles donnent naissance à des composés solubles en milieu alcalin qui sont éliminés par rinçage. Le processus chimique de la décoloration est donc une oxydo-réduction qui met en jeu les mélanines à comportement réducteur (donneurs d’électrons) et l’eau oxygénée à comportement oxydant (accepteur d’électrons).

L’eau oxygénée ne peut être utilisée seule pour oxyder les mélanines en raison de son action très lente. Elle sera mélangée au moment de l’application avec un produit alcalin à base de persels.

Les persels utilisés sont surtout les persulfates de sodium, de potassium et d’ammonium. Ils se décomposent en solution aqueuse et libèrent l’eau oxygénée. Ce sont alors de puissants oxydants utilisés notamment dans les décolorations moyennes ou fortes. La réaction chimique suivante montre la dissociation du persulfate de potassium dans l’eau :

K+ - O3S – O – O – SO3- K+ + 2 H2O 2 K+ HSO4

+ H2O2

Le peroxyde d’hydrogène réagit avec les pigments de mélanine suivant la réaction rédox suivante :

Mélanine (forme naturelle) Mélanine oxydée + n e- + n H+

n H2O2 + n e- + n H+ n H2O

Bilan : Mélanine colorante + H2O2 Mélanine incolore + H2O

Durant l'opération de décoloration (décoloration totale), les pigments granuleux (eumélanines) disparaissent les premiers laissant apparaître de plus en plus les pigments diffus (phaéomélanines).

Oxydation

Réduction

- 21 -

Ces derniers disparaîtront à leur tour en passant par plusieurs stades de couleur : du rouge vers l'orangé, de l'orangé au jaune intense, du jaune intense au jaune paille.

Pour atteindre les mélanines, les molécules oxydantes doivent franchir le barrage de la kératine : les ions hydroxyles (OH-) provoquent la rupture des liaisons ioniques et les liaisons hydrogène. Ainsi, le gonflement de la tige capillaire induit l’écartement des écailles de la cuticule.

L'oxydation n'est pas sélective. L'oxydant touche les structures mélaniques mais aussi les protéines polypeptidiques. Des ponts disulfures kératiniques sont irréversiblement transformés en sulfures. La morphologie du cheveu et ses propriétés de surface peuvent en être affectées. La décoloration n'est donc pas une opération dénuée d'inconvénients. Par ailleurs, si le temps de pause est prolongé, le cheveu est endommagé car les ponts cystines (R – S – S – R) donnent par oxydation, en milieu basique, R – SO2 – SO2 – R puis 2 R – SO3

- (alkyl sulfite).

Par ailleurs, la surface de la tige capillaire peut être affectée dans le cas de décolorations agressives pour le cheveu.

3. Formulation d’un produit décolorant

Les ingrédients ci-après entrent dans la composition d’une poudre décolorante et d’une crème oxydante. Ces produits sont présentés sous l’appellation «Poudre décolorante à base d’huile» et «Oxydant – crème 6% 20 VOL.».

Poudre à base de persulfates Emulsion à base de peroxyde d’hydrogène

Ces deux produits sont mélangés au moment de l’application. Leur formulation a été étudiée afin d’obtenir une décoloration progressive et sans oxyder la kératine, en effet :

- l’activation de l’eau oxygénée en milieu alcalin ne génère pas une libération brutale de d’oxygène naissant. Cette quantité importante d’oxygène (oxydant puissant) est agressive pour le cheveu et conduit à des décolorations virant au jaune, voire au vert. Ainsi, pour modérer la réaction chimique brutale de l’eau oxygénée, des cires céto-stéaryliques (très douces) sont ajoutées pour formuler l’émulsion oxydante. Lors du mélange avec la poudre décolorante, on obtient une solution laiteuse et mousseuse qui protège la kératine et régularise le processus de décoloration. La fluidité de la préparation finale ne doit pas compromettre son application ; - après avoir été mélangée à l’émulsion, la poudre oxydante donne un gel crémeux ne coulant pas sur les cheveux. Cette consistance est obtenue grâce à l’adjonction d’agents épaississants et doux (voir tableau).

- 22 -

Formulation de deux produits pour la décoloration c apillaire

COMPOSANTS FONCTION

Potassium Persulfate . Persel : s’hydrolyse en milieu alcalin pour libérer H2O2 puis l’oxygène naissant (puissant oxydant).

Sodium Silicate . Agent tampon : ajuste le pH de la préparation finale. Magnesium Carbonate Hydroxide . Agent alcalin

Paraffinum Liquidium . Agent antistatique, émollient, solvant.

Ammonium Persulfate . Persel : s’hydrolyse en milieu alcalin pour libérer H2O2 puis l’oxygène naissant (puissant oxydant).

Sodium Stearate . Tensioactif anionique émulsifiant, Augmente la viscosité. Xanthan gum

Gomme xanthane : viscosifiant de

type polysaccharidique produit par la

Xanthomonas campestris.

. Liant : confère une cohésion accrue des particules solides.

. Stabilisateur d'émulsion, agent de contrôle de la viscosité, agent de gélification.

Oryza Sativa . Agent émollient. Algin

Alginate de Sodium (E401) : Obtenu à

partir d'algues maritimes.

. Gélifiant, épaississant.

Disodium EDTA Agent de chélation, Agent de contrôle de la viscosité.

Silica

Oxyde de Silice SiO2

. Agent abrasif : débarrasse le cheveu des matières qui s'y trouvent. . Agent absorbant : absorbe des substances hydrosolubles et/ou liposolubles qui seraient dissoutes ou finement dispersées. . Agent opacifiant : réduit l'aspect transparent ou translucide des produits cosmétiques. . Agent de contrôle de la viscosité. . Agent antiagglomérant : permet l'écoulement libre de particules solides et, ainsi, évite l'agglomération en grumeaux ou en paquets des produits cosmétiques sous forme de poudre.

P O U D R E D E C O L O R A N T E

CI 77077 (EUR) . Colorant : Lazurite (bleu).

Aqua . Solvant.

Hydrogen Peroxide . Oxydant : oxydation des mélanines causant leur dépolymérisation.

Cetearyl Alcohol Alcool gras appelé CIRE : ester d’acide gras (acide stéarique C18) et d’alcool cétylique (C16), sa formule : CH3-(CH2)16-CO-O-(CH2)15-CH3

. Agent épaississant, émollient, émulsifiant, stabilisateur d'émulsion, opacifiant.

Ceteareth – 25 Composé résultant de l’éthoxylation (ajout de -CH2-CH2-O) de l’alcool cétéarylique. Le chiffre 25 indique le nombre moyen de résidus éthyléniques dans la molécule.

. Tensioactif non ionique, émulsifiant.

Salicylic Acid (EUR+ CAN) . Agent kératolytique : Aide à éliminer les cellules mortes du stratum corneum. . Conservateur.

Phosphoric Acid . Acidifiant : prévient la dismutation de H2O2. Disodium Phosphate . Agent tampon : stabilise l’acidité de la solution.

E M U L S I O N O X Y D A N T E

Etidronic Acid (EUR) . Agent de chélation.

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Après la décoloration, il est recommandé d’effectuer un lavage des cheveux avec un shampooing très doux et acide (pH = 3). En effet, lorsque le cheveu est rendu alcalin (pH élevé), ses écailles se redressent, il devient rêche, terne, très difficile à coiffer. Le faible pH du shampooing permet de neutraliser les résidus alcalins qu’il est difficile d’éliminer totalement par un simple rinçage ou avec un shampooing neutre.