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TEINTURES CAPILLAIRES

Jacques BARON

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Plan de l'étude

1) Le cheveu

1-1) Structure d'un cheveu

1-2) Couleur des cheveux

1-3) Teinture des cheveux

2) Coloration permanente – colorants d'oxydation

2-1) Les produits

2-2) La fixation des colorants sur les cheveux

3) Coloration semi-permanente – Colorants directs

3-1) Principe

3-2) Dénomination des produits

3-3) Familles de colorants directs

3-4) Additifs aux colorants directs

4) Décoloration de la chevelure

5) Teintures naturelles

5-1) Sources de colorants naturels

5-2) Conditions de mise en œuvre

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1) Le cheveu

1-1) Structure d'un cheveu

Le cheveu se compose d'une racine, implantée dans le derme et d'une tige, assez longue, de 0,1 mm de diamètre environ comprenant :

- une région centrale, la région médullaire, qui est pour l'essentiel un tube creux,

- une région moyenne, le cortex, constituée de cellules mortes, de forme allongée, associées à des pigments responsables de la couleur du cheveu : les mélanines,

- d'une partie externe, la cuticule, faite d'écailles, qui sont des cellules plates, sans noyau et non pigmentées.

La tige est kératinisée c'est-à-dire que les cellules du cortex contiennent de la kératine. La kératine est constituée de chaînes d'acides aminés – surtout glycine, leucine et cystéine – organisées en hélice.

Chaîne d'acides aminés

Avec dans R, R',…. de nombreux groupements –CH₂- mais aussi des groupements -COOH, -NH₂, -SH, ….

Liaison peptidique

Organisation en hélice

On remarquera tout particulièrement les ponts disulfures. Ils sont dus à l'association de deux molécules de cystéine, suite à un processus biologique d'oxydation qui se produit pour former la cystine

1-2) Couleur des cheveux

La couleur naturelle des cheveux est due à des pigments, les mélanines, qui sont présents dans le cortex. On distingue l'eumélanine et la phéomélanine.

L'eumélanine est un pigment noir, tirant son origine d'un acide aminé, la tyrosine qui, après oxydation et polymérisation, donne une structure moléculaire en mosaïque comportant de très nombreuses doubles liaisons. Une telle structure entraîne une absorption de toutes les radiations du spectre visible. Il en résulte un composé de couleur noire.

La phéomélanine est un pigment jaune orangé qui a pour origine de la tyrosine et de la cystéine et qui par un processus analogue donne une structure un peu différente.

Les cheveux bruns et noirs sont riches en eumélanine.

Les cheveux blonds et roux sont riches en phéomélanine.

		Les deux mélanines

1-3) Teinture des cheveux

Pour des raisons purement esthétiques on peut vouloir teindre ses cheveux.

On peut envisager deux modes de teinture

Faire une coloration de cheveux qui ont tendance à perdre leur couleur d'origine, c'est à dire qui blanchissent en nombre plus ou moins important au fil du temps. On fera alors une coloration ton sur ton ou dans un ton très voisin susceptible de produire un certain embellissement.

Ce procédé est une teinture temporaire, dite aussi semi-permanente.

Les colorants sont des colorants directs.

Faire un changement radical de la teinte de la chevelure.

Ce procédé est conçu pour faire apparaître la nouvelle couleur tout en estompant la couleur d'origine.

On opère avec des produits appelés "colorants d'oxydation" et nous justifierons ce terme.

On obtient une teinture permanente. Elle est définitive à ceci près que la teinte d'origine réapparaîtra en partant de la base ; c'est ce qu'on appelle "l'effet racine".

Décoloration

Un changement de teinte donne plus facilement de bons résultats si on veut passer du blond au brun, d'une teinte claire à une teinte plus foncée. L'inverse suppose un traitement énergique de décoloration et des produits d'accompagnement pour retrouver des cheveux dans un état final convenable.

Teintures naturelles

Le plus souvent, les produits colorants utilisés sont synthétiques. Leur innocuité est surveillée par des organismes spécialisés.

Cependant, certains consommateurs souhaitent utiliser seulement des produits qui ne sont pas artificiels, c'est à dire non issus de la chimie de synthèse. Nous réserverons une partie de cet exposé aux teintures à base de substances naturelles.

2) Coloration permanente – Colorants d'oxydation

Ne pas confondre avec une "permanente" qui concerne la mise en forme de la chevelure.

2-1) Les produits

Les produits utilisés pour la coloration permanente sont, au départ, des composés pratiquement incolores.

On fait appel à deux molécules : une base et un coupleur, qui sont dénommés "précurseurs".

La base est une diamine aromatique ou un amino-phénol avec des groupements en para (ou parfois en ortho).

Le coupleur est une diamine aromatique, un amino-phénol ou un diphénol avec des groupements en méta.

Pour obtenir le colorant, on effectue une copolymérisation en présence d'un oxydant : l'eau oxygénée à 20 volumes (6% en masse).

Le processus repose sur la réactivité des quinones imines ou des quinones diimines (plus spécialement les formes para).

Quinone-imine	Quinone-di imine

Prenons la p.phénylène diamine comme base et la m.phénylène diamine comme coupleur.

La m-phénylène diamine possède des sommets en para d'un des –NH₂ et en ortho de l'autre –NH₂ .

Ces sommets sont très favorables aux substitutions

D'où réaction avec la p-quinone di imine

Une deuxième oxydation

et une deuxième substitution avec, ici, la p-phénylène diamine réagissant sur l'amino-indamine

Si on avait choisi le résorcinol

comme coupleur, les étapes auraient été

La multiplicité des nuances se manifeste en fonction des molécules qu'on utilise au départ.

Il ne faut pas s'étonner de voir pris en compte des bleus, des verts, …. La teinture mise en œuvre est pratiquement toujours le résultat d'un mélange de plusieurs systèmes base/coupleur.

En mélangeant jaune, rouge et bleu, on obtient une teinte brune plus ou moins foncée selon les proportions. Dans certains cas elle "donne de la chaleur".

Les jaunes interviennent normalement pour les blonds.

Les rouges approfondissent les teintes claires et donnent des auburns très prisés.

La créativité est sans limite.

2-2) La fixation des colorants sur les cheveux

Pour être définitivement fixé le colorant doit pénétrer dans le cortex.

On est en phase aqueuse, ce qui peut détruire des liaisons hydrogène qui existaient entre les groupements peptidiques.

On réalise un pH légèrement basique, entre 9 et 10, grâce à de l'ammoniaque ou de l'éthanolamine, ce qui détruit des liaisons ioniques entre les chaînes polypeptidiques de kératine.

En conséquence :

• Les écailles de la cuticule s'écartent
• La modification de la kératine permet la pénétration des agents colorants dans le cortex.

Sous l'effet du traitement qui fait suite à l'application de la teinture

• Rinçage pour éliminer l'excès de colorant
• Shampoing à pH acide

les phénomènes inverses se produisent :

• La kératine se reconstitue
• Les écailles se referment

le colorant est définitivement emprisonné.

Le colorant est à l'état dispersé.

Il n'y a pas de liaisons chimiques particulières entre le colorant et la kératine. Le colorant est adsorbé (forces de Van der Waals).

Remarque :

Il en est de même entre les mélanines et la kératine.

3) Coloration semi-permanente – Colorants directs :

3-1) Principe

Il s'agit de restaurer la couleur habituelle du cheveu qui a tendance à s'éclaircir au fil du temps à cause de la disparition progressive des mélanines.

Le colorant pénètrera à travers les écailles de la cuticule et se fixera à la périphérie du cortex.

Il sera progressivement éliminé au cours des shampoings successifs, disons cinq ou six.

Sont mises en jeu des molécules chromogènes c'est-à-dire pourvues :

• de groupements chromophores

……

• et de groupements auxochromes

-OH -NH₂ -X -R …….

Ainsi la p-phénylène diamine

est incolore, mais

est rouge, et

est magenta.

3-2) Dénomination des produits

Il est important de repérer ces composés de façon précise car ils sont nombreux et les confusions sont faciles.

Chaque colorant , outre son numéro CAS (Chemical Abstracts Service) qui est attribué à tous les produits chimiques possède un numéro dans le Colours Index (CI) et un numéro attribué par la Commission Européenne (EC) anciennement EINECS ou ELINCS.

Dans le commerce le nom du colorant, en général un nom de couleur suivi d'un numéro, peut-être précédé d'une mention :

HC (High Concentration)

acid

basic

disperse

Il est fait usage de la langue anglaise.

Prenons l'exemple d'un certain jaune

nom : Basic Yellow n° 57

CAS : 68391-31-1

CI : 12719

EC (ex ELINCS) : 269-943-5

Dans l'industrie des cosmétiques on utilise principalement le nom. Ici on a le Basic Yellow 57

Il faut être très attentif à ces indications.

Ainsi il ne faudrait pas confondre :

le HC Violet n° 1 qui est un dérivé de la p-phénylène diamine et le disperse Violet 1 qui est un dérivé anthraquinonique.

3-3) Familles de colorants directs

Voici classés par familles chimiques, des colorants directs parmi les plus connus.

- Azoïques

	HC Yellow 7
	Basic Brown 17
	Yellow 6 ou Sunset Yellow FCF
	Yellow 5 ou tartrazine
	Basic Yellow 57

- Dérivés de p-toluidine

HC Yellow 13

- Dérivés de p-phénylène diamine

	HC Violet 1
	HC Red 10
	HC Blue 2
	HC Red 1

- Dérivés de m-phénylène diamine

HC Yellow 10

- Dérivés d'o-phénylène diamine

HC Yellow 2

- Dérivés d'aminophénols

Rodol 9R (brun orange)

- Dérivés quinoniques

	Disperse violet 1
	HC Blue 14
	Basic Blue 99

Remarque :

Ces colorants peuvent être ajoutés en petite quantité aux "après-shampoings", à raison d'un ou deux par formulation.

3-4) Additifs aux colorants directs

On conçoit que les substances fondamentalement colorantes soient accompagnées de produits facilitant la mise en œuvre et assurant la conservation de la teinture.

Citons quelques uns de ces composés qui remplissent ces fonctions mais ce n'est qu'un aperçu car de longues listes figurent sur les étiquettes des produits du commerce.

NB : Les formules très connues ne sont pas rappelées.

Ingrédients nécessaires à la confection du produit

• Solvants

Eau, éthanol, propan-2-ol, propan-1,2-diol (propylèneglycol),

hexyldécanol (2-hexyldécan-1-ol)

• Dispersants

Cocamido propyl bétaïne

La bétaïne ordinaire a pour formule

Le produit servant à la synthèse du dispersant est l'huile de noix de coco d'où l'appellation "cocamido".

Dans cette huile le principal constituant correspond à l'acide laurique (C₁₂) d'où ci-dessus la représentation de la lauramido propyl bétaïne

• Emulsifiants

Acide laurique (C₁₂)

Polysorbate-20 à base d'acides gras et d'oxyde d'éthylène

structure d'un polysorbate ( x+y+z+w = 20) où l'acide gras est R-COOH

• Gélifiants, épaississants

Hydroxy éthyl cellulose

Alcool stéarylique (C₁₈)

CH₃-(CH₂)₁₆-CH₂OH

• Stabilisateurs d'émulsion

Hydroxy éthyl cellulose

Remarque : qu'un ingrédient joue plusieurs rôles n'est pas exceptionnel.

• Stabilisateurs de pH

Ammoniaque

Ethanol amine H₂N-CH₂-CH₂OH

Acide lactique CH₃-CHOH-COOH

Acide citrique

• Conservateurs

Ø Protection contre l'oxydation : tocophérol

Ici l'α-tocophérol

Il existe trois autres molécules très voisines : les tocophérols β,γ,d.

Ø Protection contre les UV : salicylate de benzyle

Ø Protection contre les micro-organismes (biocides) : p-hydroxybenzoates d'alkyle (Parabens)

R étant Me, Et, Prop, But.

• Parfums

L'extraction de parfums naturels ne suffit pas au regard des besoins. Pour une diffusion à grande échelle on utilise des produits synthétiques odorants.

Il peut s'agir de la copie d'une molécule naturelle, par exemple le citronellol

Il peut s'agir aussi de succédanés.

Ainsi l'extraction des principes odorants du muguet est très difficile ; on les remplace par des molécules ayant à peu près la même odeur :

le terpinéol

ou l'acétate de 3-phénylpropyle

Concernant plus spécialement les cheveux

On peut mentionner des hydratants et des conditionneurs

• Hydratants

Ils sont moins importants que dans des produits de protection de la peau mais ils aident à maintenir l'eau intérieure du cheveu et permettent d'éviter de laisser des cheveux trop secs.

Deceth-5

PEG-50 palmamide hydrogéné

avec x+y = 50

R correspond aux différents acides gras de l'huile de palme :

44% d'acide palmitique

35% d'acide oléique

10%d'acide linoléique

les acides oléiques et linoléiques sont hydrogénés.

• Agents filmogènes – démêlants

C'est ce qu'on appelle des agents conditionneurs.

Il s'agit de polymères (ou de copolymères) dont le motif constitutif comporte une ou plusieurs fonctions ammonium quaternaire.

Exemple :

Les longues molécules de polyquaterniums ne peuvent pas pénétrer dans la kératine mais elles peuvent y adhérer superficiellement.

Au pH de traitement par les teintures (9-10) la kératine est plutôt chargée négativement (-COO^- des groupes terminaux des chaînes de polypeptides ou des diacides aminés comme l'acide aspartique et l'acide glutamique) ; en outre, les ions

peuvent établir des liaisons ion-dipôle avec les groupements

par exemple. Il peut y avoir d'autres possibilités.

De ce fait se met en place un film lisse avec pour conséquences :

Ø des cheveux brillants

Ø des cheveux faciles à démêler, parce que le film empêche les frictions des parties qui seraient rugueuses

Ø protection contre l'extérieur : le peigne glisse.

Remarque : Ajoutons que les polyammoniums quaternaires sont aussi de bons antistatiques mais cela ne concerne que les cheveux secs. Par frottement se développe de l'électricité statique. Les charges

font baisser la quantité de charges négatives. Alors les charges (+) prédominent et se repoussent ; il en résulte une coiffure qui a du volume.

Rappelons pour finir que certains ingrédients jouent plusieurs rôles.

Un exemple parmi beaucoup d'autres :

le chlorure de stéaryl diméthyl benzyl ammonium

est émulsifiant, antistatique et biocide.

4) Décoloration de la chevelure

La décoloration consiste à détruire les mélanines par oxydation sous l'effet de l'eau oxygénée.

Pour atteindre les mélanines, l'oxydant doit franchir les hélices de kératine, qui risquent d'être endommagées. On évite une action trop brutale de l'eau oxygénée en ajoutant de l'acide phosphorique H₃PO₄ qui la stabilise.

Avec en plus du monohydrogénophosphate de sodium Na₂HPO₄ il s'exerce un effet tampon.

On ajoute un agent épaississant comme l'alcool cétéarylique, mélange d'alcool cétylique (C₁₆) et stéarylique (C₁₈) issu de l'huile de noix de coco et qui est aussi un émulsionnant et un stabilisant.

Le cheveu devient rêche.

Après la décoloration, il faut faire un lavage et un shampoing acide qui referme les écailles et, de ce fait, rend le cheveu lisse.

5) Teintures naturelles

5-1) Sources de colorants naturels

De très nombreuses substances d'origine végétale sont susceptibles de fournir des colorants. Certaines appliquées dans des conditions qui n'altèrent pas le cheveu, donnent de bons résultats ; mais le dépôt étant superficiel, la teinture est temporaire et s'estompera après quelques shampoings.

Voici des plantes utilisées de nos jours à cet effet.

En principe pour chacune nous indiquerons successivement

Ø le nom de la plante

Ø la partie à utiliser

Ø la substance colorante

C'est sur la nature de cette dernière que repose la classification des teintures que nous allons énumérer.

Principales familles chimiques de colorants naturels pour la teinture des cheveux

• Naphtoquinones

Henné

Ø arbuste de quelques mètres de haut ; importantes plantations en Inde, Egypte, Soudan.

Ø feuilles (séchées)

Ø teinture brun roux due à la lawsone

Brou de noix

Ø Le brou est l'enveloppe verte, charnue, qui entoure la coque de la noix encore sur l'arbre.

Ø La teinture, brun assez foncé, est due à la juglone (mélangée à des tanins)

• Anthraquinones

Garance

Ø plante grimpante

Ø la racine

Ø teinte rouge orangée due à l'alizarine

Rhubarbe

Ø plante à très grandes feuilles ondulées

Ø le rhizome

Ø teinte jaune orangé due au chrysophanol

• Quino chalcone

carthame

Ø plante herbacée cultivée notamment en Méditerranée orientale

Ø fleurs orangé vif

Ø la carthamine est un C-glycoside ; c'est une quino-chalcone liée à deux molécules de β-D-glucose

• Anthocyanes

Ø les plantes à anthocyanes sont très répandues. Il est commode d'utiliser sureau (baies mûres), myrtilles, mûres des ronces, …. qui teignent facilement en bleu foncé.

Ø les aglycones sont des anthocyanidines ; la structure fondamentale est le cation flavylium

R₁ est –OH ou ose

R₂ est –H, -OH ou ose

R₃, R₄ -H, OH ou –OCH₃

En milieu acide ces substances sont rouges.

En milieu basique, elles deviennent bleu-noir.

Exemple : la cyanidine, extrêmement répandue :

• Colorants des bois rouges

Bois de campêche

Ø l'arbre à campêche est un grand arbre, très répandu au Mexique, notamment dans la baie de Campêche qui lui a donné son nom.

Ø on extrait à partir des copeaux un concentré dont le principal constituant est l'hématoxyline. Cette substance devient rapidement rouge à brun foncé à l'air ; il se forme de l'hématéine.

Les formules stéréochimiques ont été établies à une époque relativement récente et on leur donne le nom d'homoisoflavonoïdes.

• Dérivés curcuminoïdes

Curcuma

Ø plante herbacée des pays tropicaux

Ø on extrait du rhizome une matière colorante jaune contenant principalement de la curcumine

• Indigo

Indigotier – Pastel

Ø On peut tirer l'indigo

¾ du pastel (Isatis tinctoria), grande plante herbacée à fleurs jaunes, longtemps cultivé en France, à l'est de Toulouse. On utilise les feuilles.

¾ de l'indigotier (Indigofera tinctoria), buisson pouvant atteindre un mètre, à fleurs rose violacé, qui pousse spontanément dans les régions tropicales. On peut utiliser toutes les parties aériennes de la plante.

Ø Au départ, on a à faire à des hétérosides d'indoxyle incolores. L'union de deux molécules d'indoxyle, à l'air, donne l'indigo

Indoxyle	Indigo

Ø l'indigo sert à approfondir la couleur de cheveux déjà foncés ; il donne des reflets bleus à une chevelure noire.

• Bétalaïnes

Ø les bétalaïnes sont les pigments rouge violacé de la betterave rouge. On distingue les bétacyanines et les bétaxanthines. Les bétacyanines sont les plus importantes.

Ø c'est évidemment la racine qu'on utilise. En faisant bouillir la racine coupée en morceaux, on obtient un jus rouge rosé violacé. Il contient de la bétacyanine, hétéroside de la bétanidine.

Bétanidine

5-2) Conditions de mise en œuvre

On peut opérer de façon artisanale avec les plantes dont on dispose aisément.

Mais des produits existent dans le commerce ; les résultats sont alors plus satisfaisants avec des mélanges de colorants naturels.

Par exemple, henné + teinture de bois de campêche + indigo.

Et il arrive qu'on ait ajouté des produits artificiels pour faciliter l'application. Par exemple de la cocamide diéthanol amine (cocamide DEA)

d'origine à la fois végétale et synthétique, puisque issue de la réaction de la diéthanol amine avec l'huile de noix de coco ; elle a un pouvoir émulsifiant et stabilisant.

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