Pourquoi le fer à repasser efface-t-il les plis ?
― La vapeur défait les « liaisons » des fibres, qui se reforment à plat en séchant
Le fer à repasser donne l'impression d'écraser les plis sous le métal chaud. Mais le vrai héros n'est pas la chaleur : c'est l'eau. L'eau défait un instant de petites liaisons à l'intérieur des fibres, qui se reforment à plat pendant le séchage. Le pli ne disparaît que si ce « défaire, puis reformer » a bien eu lieu.
Un matin, vous sortez une chemise de la machine à laver et vous l'avez laissée sécher en boule. Une fois sèche, elle est toute froissée.
Vous vous précipitez pour la repasser, mais à sec, les plis résistent. Pourtant, dès que vous l'humidifiez un peu au vaporisateur ou que vous utilisez la vapeur, elle s'aplatit d'un coup.
La chaleur seule ne suffit pas ; avec de l'eau, ça marche. Ce besoin d'eau cache le vrai secret du pli.
Deux étapes expliquent la disparition du pli
Les fibres de coton sont de longues molécules alignées, reliées entre elles par de petites « liaisons ». Un pli, c'est une forme courbée où ces liaisons se sont reformées. Quand l'eau pénètre, ces liaisons se défont et la fibre s'assouplit.
Tant que le tissu est souple, le poids du fer l'aplatit. En chassant l'eau dans cette position, les molécules reforment leurs liaisons à plat. Une fois complètement sec, cette forme plate est « figée ».
Le fer à repasser n'est donc pas un outil qui écrase les plis. C'est un outil qui, en un seul geste, combine « défaire », « fixer la forme » et « figer ».
Un pli, c'est une trace de liaisons reformées en position courbée
Les fibres de coton et de lin sont faites du même composant que les parois des cellules végétales : une molécule où des glucoses s'enchaînent comme les maillons d'une chaîne. À la surface de cette molécule, de nombreux points attirent faiblement les molécules voisines. Ici, nous les appelons des « liaisons ».
Quand on plie le tissu, la position des molécules les unes par rapport aux autres se décale. Si le tissu reste plié assez longtemps, de nouvelles liaisons se forment à cet endroit décalé. La forme courbée ainsi conservée, c'est le pli. Les plis persistent surtout après le lavage parce que le tissu, mouillé et ses liaisons défaites, a été roulé en boule puis a séché dans cette forme.
Regardez la figure 1. À gauche, à l'état froissé, les molécules restent pliées, reliées par des liaisons en pointillés. Au centre, des gouttelettes d'eau rondes s'insèrent entre les liaisons, tandis que le fer, en haut, appuie sur le tissu. À droite, l'eau s'échappe comme l'indiquent les flèches du haut, et les molécules reforment leurs liaisons en pointillés sous une forme droite.
Pourquoi est-ce si difficile à sec ?
Dans le coton sec, les molécules se tiennent fermement par leurs liaisons. Pour les défaire, il faudrait une température très élevée — le tissu brûlerait avant.
Mais quand l'eau pénètre, ses molécules prennent la place du partenaire de liaison. Les liaisons entre molécules se relâchent, et le tissu s'assouplit à une température bien plus basse. C'est pourquoi la vapeur ou le vaporisateur sont efficaces. La vapeur, en se condensant en eau au contact du tissu, cède aussi beaucoup de chaleur d'un coup, ce qui réchauffe rapidement le tissu.
Enfin, il faut du temps pour chasser l'eau. Si l'on retire le fer alors que le tissu est encore humide, il peut reprendre n'importe quelle forme. La plus grande partie du temps de repassage sert simplement à évaporer l'eau du tissu. La figure 2 montre la relation entre la quantité d'eau ajoutée et le temps nécessaire pour l'évaporer.
Sur les étiquettes d'entretien, le symbole du fer avec 3 points autorise jusqu'à 200 °C, 2 points jusqu'à 150 °C, 1 point jusqu'à 110 °C. Le coton et le lin absorbent bien l'eau et résistent à la chaleur : ils ont droit à 3 points. Le polyester, lui, absorbe très peu d'eau, donc l'eau ne défait pas ses liaisons. Il s'assouplit uniquement sous l'effet de la chaleur, change de forme à plus basse température, et fond en devenant brillant s'il est trop chauffé.
Le pli d'un pantalon en laine est créé en l'humidifiant à la vapeur, en le maintenant aplati, puis en le séchant. Par temps humide ou après la pluie, l'eau relâche à nouveau les liaisons, et le pli s'efface peu à peu. À l'inverse, suspendre un vêtement en laine froissé dans une salle de bains pleine de vapeur aide à effacer les plis.
En résumé
Un pli est une trace laissée par des molécules de fibre dont les liaisons se sont reformées en position courbée. Le fer à repasser défait ces liaisons grâce à l'eau et à la chaleur, aplatit le tissu sous son poids, puis fige cette forme plate en chassant l'eau. C'est pourquoi la chaleur seule ne suffit pas, et pourquoi l'humidité fait la différence.
Ce qui efface le pli, ce n'est pas la chaleur, c'est l'eau.
Le fer à repasser défait, maintient à plat, sèche : il redéfinit la forme.
Le mécanisme par lequel l'eau défait les liaisons des fibres est le même que celui expliqué dans pourquoi le papier mouillé se déchire plus facilement. Pour en savoir plus sur la capacité de la vapeur à transporter la chaleur, voir pourquoi une brûlure à la vapeur est pire qu'à l'eau chaude.
- Prenez deux mouchoirs en coton et froissez-les tous les deux fermement dans la main.
- Repassez l'un à sec, l'autre après l'avoir légèrement humidifié au vaporisateur, à la même température et avec le même nombre de passages.
- Le mouchoir humidifié devrait s'aplatir bien mieux. Essayez aussi d'arrêter le fer sur celui-ci alors qu'il est encore un peu humide : vous verrez le pli revenir légèrement une fois refroidi.
Le fer à repasser devient très chaud. Si un enfant essaie, un adulte doit rester à proximité, et il ne faut pas approcher la main de la sortie de vapeur.
Pour en savoir plus ― vocabulaire, formules, liens avec les manuelsDu collège à l'université : chaque niveau est indiqué clairement
- Collègeprogramme des sciences au collège
- Lycéeprogramme de « chimie » ou « physique » au lycée
- Lycée+approfondissement du lycée, ou encadré de manuel
- Universitécontenu non vu au lycée, relevant d'une filière universitaire (physique des polymères, génie textile)
- Recherchepas encore considéré comme établi même à l'université : sujet en cours d'étude par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Cellulose : composant principal du coton, du lin et du papier. Une molécule où le glucose s'enchaîne en longue chaîne.
- Liaison hydrogène : ce que le texte appelle « liaison », une attraction faible entre molécules. En présence d'eau, les molécules d'eau prennent la place de ce partenaire.
- Chaleur de vaporisation (chaleur latente) : chaleur nécessaire pour transformer l'eau en vapeur. Environ 2260 joules par gramme d'eau.
CollègeLycéeCalcul : combien de temps pour évaporer l'eau d'une chemise ?
Pour fixer le pli, il faut chasser l'eau contenue dans le tissu. Estimons ce temps à partir des échanges de chaleur.
| En symboles | t = m × L ÷ P |
| En mots | Temps d'évaporation = masse d'eau × chaleur de vaporisation par gramme ÷ puissance du fer |
| Origine de la formule | Conservation de l'énergie. La chaleur cédée par le fer chaque seconde (sa puissance), multipliée par le temps, doit égaler la chaleur nécessaire pour vaporiser l'eau : c'est un équilibre. |
| Symbole | Signification et unité |
|---|---|
| t | Temps nécessaire pour évaporer l'eau (secondes) |
| m | Masse d'eau contenue dans le tissu (grammes) |
| L | Chaleur pour vaporiser 1 gramme d'eau (joules par gramme) |
| P | Puissance du fer (watts = joules par seconde) |
| Poids d'une chemise en coton (environ) | environ 200 g |
| Eau ajoutée au vaporisateur ou à la vapeur (environ) | 10 % du poids de la chemise |
| Chaleur de vaporisation de l'eau (100 °C) | environ 2260 J/g |
| Puissance d'un fer domestique (environ) | 1200 W |
| Masse d'eau ajoutée | 200 × 0,1 = 20 g |
| Chaleur pour vaporiser cette eau | 20 × 2260 = 45200 J |
| Temps nécessaire avec le fer | 45200 ÷ 1200 ≈ 38 s |
| Comparaison : chaleur pour faire passer l'eau de 20 °C à 100 °C | 20 × 4,2 × 80 = 6720 J |
| Rapport entre chaleur de vaporisation et chaleur de chauffe | 45200 ÷ 6720 ≈ 6,7 fois |
Même si toute la chaleur servait à l'eau, il faudrait environ 38 secondes. En réalité, une partie de la chaleur se perd dans l'air ou la planche à repasser, donc quelques minutes par chemise est tout à fait normal. Et la plus grande partie de cette chaleur ne sert pas à chauffer l'eau, mais à la transformer en vapeur.
LycéeLycée+Comment l'eau prend la place des « liaisons »
LycéeLes molécules de cellulose portent de nombreux groupes hydroxyle (une paire oxygène-hydrogène) alignés. Les groupes hydroxyle de molécules voisines se lient par liaison hydrogène, ce qui maintient la forme de la fibre. L'eau peut elle aussi former des liaisons hydrogène avec les groupes hydroxyle : en pénétrant dans la fibre, elle remplace une partie des liaisons entre molécules par des liaisons avec l'eau.
Lycée+Les fibres de coton comportent une partie cristalline, où les molécules sont bien alignées, et une partie amorphe, où elles sont désordonnées. L'eau pénètre surtout dans la partie amorphe, qui serait aussi responsable de la « courbure » du pli. Le coton, dans une atmosphère standard, contient environ 8,5 % d'eau en poids (taux d'humidité officiel).
UniversitéPlastification et transition vitreuse
La partie amorphe d'un polymère change, à une certaine température, d'un état « rigide comme du verre » à un état « souple comme du caoutchouc ». Cette température s'appelle la température de transition vitreuse. Lorsque de petites molécules comme l'eau s'y insèrent et abaissent cette température, on parle de plastification. La température de transition vitreuse de la cellulose sèche serait très élevée, mais elle baisse fortement en présence d'eau. On peut voir le repassage comme une opération qui humidifie le tissu pour fixer sa forme au-dessus de cette température, puis le sèche et le refroidit pour redescendre sous cette température et figer la forme. Le polyester, qui n'absorbe pas l'eau, doit dépasser cette température par la chaleur seule. Le plissage permanent exploite ce principe par thermofixation.
📖 Pour la démonstration des formules et pour aller plus loin : Transition vitreuse (Wikipédia, en japonais) / Liaison hydrogène (Wikipédia, en japonais)
RechercheCe qu'on ne sait pas encore clairement
- Quelle partie de la molécule détermine le « retour » du pli ? Ce qui se passe à la frontière entre partie cristalline et partie amorphe est difficile à mesurer, et les recherches se poursuivent.
- De nouvelles méthodes de traitement anti-plis. Les chemises infroissables créent des ponts chimiques entre molécules pour empêcher les liaisons de se défaire. On recherche des méthodes de pontage plus sûres et moins agressives pour le tissu.
- La vitesse de pénétration de l'eau. La vitesse à laquelle l'eau de la vapeur se diffuse au cœur de la fibre varie selon l'épaisseur et le tissage, et aucune estimation unifiée n'est encore établie.
Ce que décrit cet article reste donc « l'explication telle qu'on la comprend aujourd'hui ». Même dans les tâches ménagères quotidiennes, il reste des mouvements moléculaires non encore élucidés.
Liens avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière / chapitre | Partie de l'article concernée |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, changements d'état et chaleur | La chaleur nécessaire pour vaporiser l'eau, le calcul du temps d'évaporation |
| Lycée | Chimie, composés macromoléculaires (cellulose), liaison hydrogène | La nature du pli et comment l'eau prend la place des liaisons |
| Lycée+ | Chimie, propriétés des fibres (hygroscopie) | Parties cristalline et amorphe, taux d'humidité officiel |
| Université | Physique des polymères, génie textile | Transition vitreuse, plastification, thermofixation |
| Recherche | Recherche sur les fibres et matériaux polymères | Retour du pli et traitements anti-plis |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Humidifier avant de repasser, ne pas relâcher avant séchage complet, étendre le linge encore humide pour le défroisser |
- Norme industrielle japonaise JIS L 0001, « Symboles d'entretien des textiles et leurs modes d'emploi »
- Société japonaise des textiles (繊維学会), éd., Manuel des textiles (『繊維便覧』), Maruzen Publishing
- J. W. S. Hearle, W. E. Morton, Physical Properties of Textile Fibres, Woodhead Publishing
- Wikipédia, « Transition vitreuse » (ガラス転移点, en japonais)
- Wikipédia, « Liaison hydrogène » (水素結合, en japonais)
※ Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Les chiffres donnés sont des ordres de grandeur pour aider à comprendre le mécanisme. Pour la température du fer, suivez les étiquettes d'entretien des vêtements et le mode d'emploi du fabricant.