Étude des conséquences de traitements physiques sur le cheveu, de l’échelle moléculaire à celle de la fibre

Consequences of physical treatments on hair, from molecule to fiber

• Auteur / Autrice : Laura Sabatier
• Direction : Fatma Briki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie structurale
• Date : Soutenance le 26/06/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté de pharmacie (Orsay, Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des solides (Orsay, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Groupe SEB
• Jury : Président / Présidente : Giuseppe Foffi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aurélien Gourrier, Laurent Kreplak, Sylvie Hénon, Iuliana Popa
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Aurélien Gourrier, Laurent Kreplak

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Cheveux

Spectroscopie infrarouge

Rayons X -- Diffraction

Structure moléculaire

Kératines

Mots clés libres

Micro-diffraction X

Mise en forme du cheveu

Spectroscopies

Structures moléculaires et supramoléculaires

Mécanique

Kératines et protéines associées

X-Ray micro-Diffraction

Hair styling

Spectroscopy methods

Molecular and supramolecular structures

Mechanics

Keratins and associated proteins

Résumé

Les traitements thermomécaniques permettent une mise en forme temporaire et aisée de la chevelure, propriétés recherchées par les utilisateurs. Cependant, les effets obtenus ne sont pas toujours à la hauteur des attentes, notamment en raison d’une mauvaise tenue de la forme dans le temps et de possibles endommagements de la chevelure. Dans le but d’améliorer les appareils de coiffage existants, nous souhaitons comprendre les effets de ces traitements sur le cheveu, pour ensuite déterminer les conditions permettant d’atteindre la meilleure rémanence de la forme tout en minimisant la dégradation du cheveu. Pour ce faire, nous nous appuyons sur des expériences de traction, microdiffraction X et spectroscopie infrarouge. Tout d’abord, nous avons étudié l’organisation structurale de cheveux naturels. Nous avons mis en évidence une distribution de structure cœur – peau avec un cœur de structure régulière d’autant plus excentré que la courbure est marquée. Ensuite, nous avons dégagé les principaux paramètres sur. lesquels jouer lors de la mise en forme: température du mandrin, contrainte et durée d’application. Les effets de ces paramètres sur le comportement mécanique et la nanostructure du cheveu ont été évalués. Il ressort de notre étude que la contrainte de mise en forme est déterminante : nous avons défini la gamme de contraintes permettant de préserver la structure et les propriétés mécaniques du cheveu et celle occasionnant la dégradation du cheveu, voire une restructuration en feuillets bêta. Nous avons également évalué l’efficacité des différentes conditions de traitement à produire une forme durable dans le temps. En complément, nous nous sommes intéressés au mécanisme structural survenant lors de l’étirement de cheveux natifs ou préalablement traités, en couplant étirement continu d’un cheveu et analyse par microdiffraction X. Ainsi nous avons réussi à suivre l’évolution sous étirement d’une structure de cheveu transformée en feuillets bêta. Les résultats originaux obtenus au cours de ce travail, qui établissent un lien entre les mécanismes moléculaires et le comportement macroscopique du cheveu, permettent d’envisager le développement de nouveaux traitements thermomécaniques à l’échelle industrielle.

Thermomechanical hair styling is preferred by users for easy and temporary reshaping of hair. However, the result is not always up to expectations, particularly due to poor shape stability over time and possible hair damage. In this work, we aim to improve hairstyling devices. To this end, we need to understand the effects of such treatments on hair in order to determine conditions which allow the best shape holding while minimizing hair damage. To achieve this, we use tensile testing, X-ray diffraction and infrared spectroscopy experiments. First, we studied the structural organization of natural hair. We highlighted a “core-skin” distribution of structures with a regular core which is all the more off-centered as curvature is high. Subsequently, we identified the main parameters of thermomechanical reshaping: temperature, stress and application time. Then, we evaluated the effects of these parameters on mechanical behavior and hair nanostructure. Our study shows that applied stress is a key factor: we defined stresses range allowing preservation of hair structure and its mechanical properties and the one leading to degradation or even driving to beta-sheets transition. Efficiency of the different treatment conditions in producing long-lasting shape over time was then evaluated. In addition, we analyzed the structural mechanisms that occur during stretching for native and pretreated hair: we used X-ray microdiffraction coupled with continuous stretching of hair. Consequently, we were able to monitor a beta sheet structure in hair during stretching. The original results obtained during this work, bridging internal molecular mechanisms and macroscopic behavior of hair, will allow to develop new thermomechanical treatments at industrial scale.