- La tige pilaire

Le cheveu, tel que nous le voyons : externe au cuir chevelu, est la suite de la tige capillaire, prenant naissance dans le bulbe, au fond du follicule pileux. C’est elle qui est soit raide, soit frisée. Elle est composée de carbone à 50%, d’oxygène à 22%, d’azote à 17%, d’hydrogène à 6%, et de soufre à 5%. Ces atomes font principalement partie de 3 acides aminés : la glycine, la leucine et la cystéine.

 

 

 

 

Cette tige, faite de cellules mortes emplies de protéine appelée kératine, est en fait composée de 3 couches concentriques :

 

 

 

  • la cuticule : fine couche protectrice externe, très kératinisée, composée de cellules en forme d’écailles se superposent les unes aux autres à la manière des ardoises d'une toiture.

 

 Les écailles sont d’une longueur d’environ 60 micromètres, et d’une largeur d’environ 6 micromètres.

  • le cortex : composant principal du cheveu, où l’on trouve de longues et pesantes chaînes de kératine, qui donnent au cheveu leur élasticité, leur souplesse et leur force. Il contient aussi la mélanine, qui donne leur couleur aux cheveux.
  • la moelle : partie centrale de la tige, elle apparaît à la puberté et elle est absente chez les cheveux très fins. Elle est composée d’une substance amorphe, molle et graisseuse.

 

 a. La kératine et ses liaisons dans la tige pilaire 

Le cheveu est donc composé principalement de kératine (à 95%). C’est une substance protéique dure et fibreuse, synthétisée dans les kératinocytes, présents dans le follicule pileux.  La kératine est une protéine constituée par la combinaison de 18 acides aminés. Parmi ceux-ci, on trouve la cystéine, présente à 15% dans le cheveu. Elle est riche en soufre, qui joue un rôle important dans la cohésion du cheveu.

 

En coupant le cheveu dans le sens de la largeur, nous découvrons les cellules du cortex. Appelées cellules corticales, ce sont de longues cellules, unies entre elles par un ciment intercellulaire riche en lipides et protéines.

 


 

 

En s'approchant d'avantage, on découvre que chaque cellule est formée de faisceaux orientés dans le sens de la longueur du cheveu : ce sont les macrofibrilles de kératine.

 

Les macrofibrilles sont elles mêmes composées d'un agglomérat de microfibrilles. 

 

Chaque microfibrille apparaît comme un arrangement d’ éléments enroulés en torsade, les protofibrilles.

 

 

Chaque microfibrille apparait comme une hélice. 

 

 

 

Chacune des 4 chaînes constituant l’hélice de la protofibrille est une molécule de kératine.

 

 

 

 

diagramme de la molécule de kératine

 

 

représentation 3D de la molécule de kératine

 

 

Les différents types de liaisons dans une protéine

 

 

Les liaisons de cohésion dans la kératine

 

Les atomes de ces chaînes sont liés par des ponts ou liaisons plus ou moins résistants :

 

  • les plus solides sont les ponts disulfures, qui mettent en jeu 2 atomes de soufre. Ils se forment lorsque 2 molécules de cystéine s’associent par les groupements SH, et, par l’oxydation du soufre, produisent de la cystine. Il apparaît alors un pont disulfure S-S. Elles se forment entre 2 chaînes de kératine.

 

 

  • moins résistantes par nature, les liaisons hydrogènes se forment à partir d’un atome d’hydrogène et des atomes électronégatifs tels l’oxygène ou l’azote. Ces liaisons donnent à la kératine une forme hélicoïdale. Elles se forment dans une même chaîne de kératine.

 

  • enfin, les liaisons hydrophobes et les liaisons ioniques se forment entre 2 parties de chaînes polarisées : il s’agit d’interactions électriques entre groupements négatifs carboxylate (R-COO-) et groupements positifs (R-NH3+). Lorsque le cheveu est mouillé, l’eau casse ces liaisons ioniques car les groupements positifs deviennent neutres. Il s’en suit un assouplissement et un gonflement de la fibre de kératine. Ces liaisons sont donc très faibles.

 

C’est en agissant sur ces liaisons que l’on peut modifier la forme du cheveu. Ces liaisons ont donc une incidence sur la forme naturelle du cheveu. Quand le cheveu présente une pointe "fourchue", c'est que la cuticule s'amenuise et que les fibrilles de kératine contenues dans le cheveu se mettent à se dresser, à rebiquer. La forme des chaînes de kératine a donc une influence sur la forme du cheveu.

b. Les propriétés de la tige pilaire, dues à la kératine  

On a observé la kératine de la cuticule du cheveu au microscope électronique sous forme de plaques disposées en tuiles. Cette architecture originale explique l’élasticité du cheveu, une fibre naturelle étonnamment solide alors que son épaisseur ne dépasse pas un dixième de millimètre : à poids égal, la kératine est plus forte que l’acier ! Elle est insoluble dans l’eau.

La kératine, composante majeure du cheveu, est élastique. C’est elle qui donne leur souplesse aux cheveux. Les liaisons de kératine sont donc aussi un des facteurs de la forme des cheveux : la forme de ces liaisons est acquise par la racine dans le bulbe et conservée par le cheveu en poussant. La kératine définit la force, l’élasticité, la souplesse et le taux d’humidité du cheveu, donc aussi la forme du cheveu.

En effet, l’élasticité du cheveu diminue quand l’humidité augmente : les cheveux sont raides quand ils sont mouillés. Les cheveux sont plus lourds une fois mouillés : malgré leur hydrophobilité, ils sont perméables. Les molécules d’eau pénètrent à travers les écailles serrées de la cuticule et s’insèrent entre les molécules de kératine. Un cheveu hydraté peut gonfler de 20% et s’allonger de 2% : plus un cheveu est hydraté, plus il est raide. En effet, une des caractéristiques des cheveux frisés est qu’ils sont très secs. En cosmétique, la perméabilité du cheveu est utilisée pour faire pénétrer des produits bénéfiques dans le cheveu. 

Aussi, le cheveu présente une autre propriété due à la kératine : la plasticité. En effet, le cheveu garde pour un certain moment la forme qu’on lui donne. Par exemple, si l’on enroule un cheveu raide autour d’un stylo pendant quelques heures, il gardera sa forme bouclée, puis, progressivement, il reprendra sa forme initiale. Cette propriété est elle aussi exploitée en cosmétique, avec par exemple la méthode du brushing.

De plus, la résistance à la traction du cheveu est 100 grammes. Donc, en théorie, une chevelure constituée de 120 000 cheveux pourrait supporter 12 tonnes ! C’est la kératine qui en est responsable : elle passe de la forme alpha à la forme bêta. Les cheveux frisés ont des « frisures », ils sont irréguliers, c’est-à-dire que leur diamètre varie beaucoup sur la longueur de la tige pilaire : ainsi, à certains endroits, le cheveu est très fin, donc plus fragile. On peut en déduire que les cheveux frisés sont plus fragiles que les cheveux raides. Le cheveu africain, par exemple, casse sous une traction de 60 grammes après un allongement de 40% seulement, alors que le cheveu asiatique casse sous une traction de 100 grammes après un allongement de 55%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kératine alpha

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kératine bêta (allongement jusqu’à la casse)

 

Une autre propriété des cheveux due à la kératine est leur capacité à se charger en électricité statique. En enlevant un vêtement synthétique, on voit nos cheveux se dresser sur nos têtes. Les électrons superficiels des atomes d’un corps sont attirés par un autre. Plus la cuticule est abîmée, plus les échanges de charges électriques seront favorisés. En revanche l’humidité diminue ce phénomène. Les cheveux frisés ayant tendance à avoir la cuticule des cheveux abîmés, et à être très secs, ils sont donc plus souvent électriques. 

 

            De plus, les cheveux bouclés ont une fibre capillaire de forme irrégulière et les cuticules sont soulevées au creux des boucles, et les cheveux sont affaiblis à ces endroits-là, ce qui peut rendre les cheveux frisés rugueux. En effet, la particularité des cheveux bouclés est due à une kératinisation inégale, avec beaucoup de kératine à l’intérieur des boucles, et moins à l’extérieur.

 

 

Ainsi, on voit que l’inégale répartition de la kératine dans la tige pilaire est une caractéristique des cheveux bouclés. La kératine donne aussi au cheveu son élasticité, sa souplesse, qui influent sur la forme du cheveu. Elle fournit au cheveu une grande résistance, qui est cependant moindre chez les cheveux bouclés à cause de leur diamètre inégal.

 

 

La forme des chaînes de kératine a donc une influence sur la forme du cheveu. Cette même kératine détermine aussi les propriétés des cheveux, et donc leur forme.

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