Morphologie, cycle de vie et propriétés du cheveu

Nos cheveux réagissent à leur environnement en fonction de leurs caractéristiques propres.
Si à l’œil nu, il n’est pas possible de déceler leur structure, ils sont pourtant bien composés de différentes « couches » qui doivent faire l’objet de soins particuliers pour ne pas être endommagées afin d’éviter le tant redouté « Bad hair day » !
Partons donc à la découverte de la morphologie de nos cheveux, bien plus complexe qu’il n’y paraît, ainsi que de leurs constituants vitaux :

Tout d’abord au risque de paraître morbide, sachez que la partie visible du cheveu, ce que les spécialistes nomment la tige, est une matière biologiquement morte. C’est sous l’épiderme, dans le bulbe, que la vie bouillonne et que le cheveu se fabrique au gré de réactions chimiques et biologiques complexes et incessantes, initiées dès la vie embryonnaire.

Le bulbe (=follicule pileux) est en effet la véritable partie vivante du cheveu. Il est inséré sous le cuir chevelu, dans le derme. C’est ici que se produisent les cellules qui font « grandir » le cheveu. C’est également, sous le cuir chevelu que le sébum (substance huileuse) est secrété (par les glandes sébacées) afin de lubrifier le cheveu pour le rendre souple et brillant (en cas de surproduction celui-ci devient par contre gras et luisant…). Le bulbe pileux est relié au reste de l’organisme par le biais de petits vaisseaux sanguins. Ce sont eux qui apportent l’oxygène, les acides aminés, les sels minéraux et les vitamines indispensables à la croissance capillaire.

La tige, la partie visible de notre cheveu est, quant à elle, formée de trois couches successives.
Véritable fibre naturelle, elle est constitué à 95% de kératine. Elle se développe en zones concentriques à partir du follicule pileux. Chacune des zones de ce follicule joue un rôle au cours du renouvellement, du développement et de la sénescence du cheveu.
Vu en coupe, le cheveu comprend plus précisément trois couches concentriques :

– Tout d’abord, la cuticule (épaisseur de 3,5 à 4,5 µm), couche la plus externe, est constituée de plaques cornées (=kératine) en forme d’écailles, étroitement imbriquées les unes dans les autres, comme les tuiles d’un toit ou les écailles d’un poisson. Ces écailles sont reliées par des céramides, substances huileuses principalement constituées d’acides gras essentiels. Ce sont les céramides qui scellent entre elles les écailles, comme le ciment assemble les briques d’un mur. Ainsi maçonnée, la cuticule présente une surface imperméable et lisse, qui permet au cheveu de refléter la lumière (effet de brillance), de conserver son hydratation interne et de se protéger des agressions extérieures.

C’est en définitive 3 à 10 épaisseurs de cellules qui constituent la cuticule.
Cette gaine épithéliale externe du cheveu présente une composition voisine de l’épiderme. La gaine épithéliale interne est riche en glycoprotéines et contient la partie nourricière nécessaire au développement du cheveu. Ce sont ces gaines qui, en durcissant, déterminent la forme définitive du cheveu. Elle forme une protection imperméable qui recouvre la tige du cheveu. Afin de mieux comprendre, placez un cheveu dans un verre d’eau. Si la cuticule est intacte, le cheveu flotte ; sinon, il coule. Un bon test pour évaluer la qualité (sa porosité) de votre cuticule et donc de votre cheveu !
C’est en effet de l’état de la cuticule que vont dépendre les propriétés cosmétiques de la fibre.

Un cheveu sain, grossi au microscope, ressemble à un épi de blé.

– Ensuite vient le cortex qui constitue son cœur. Il représente 90% du poids total du cheveu et forme la partie structurale primaire de la tige du cheveu. Il contient les chaînes de protéines souffrées (appelées Kératines, souples et riches en lipides). Ces longues et pesantes chaînes sont ce qui donne au cheveu sa force et son élasticité. Dans ces cellules kératiniques on trouve les fibrilles (diamètre 0,2 µm) disposées longitudinalement.
Ceci donne au cheveu une constitution formée d’hélices. Le cortex absorbe l’eau facilement et c’est pourquoi les cheveux très décolorés sont poreux. Ils ont perdu leur couche de cuticule, exposant leur cortex hydrophile. En cas d’agression abusive (brossages, défrisages, colorants…) les fibrilles perdent leur cohésion et le cheveu devient cassant et fourchu.
En effet le cortex est hydrophile : le cheveu est perméable à l’eau et aux manipulations cosmétiques, malgré les écailles (plus ou moins) étanches de sa cuticule. Pour teindre un cheveu, ces écailles doivent se soulever pour laisser le produit colorant pénétrer le cortex. Si l’opération est trop souvent répétée, la cuticule se détériore, le cheveu devient terne, trop hydrophile et poreux.
Ses seules protections naturelles sont une fine couche de sébum et la cuticule. C’est aussi dans le cortex que se trouvent les grains de mélanines qui déterminent la couleur de la chevelure.

– Enfin, dernière couche, la moelle, sans activité particulière (qui peut cependant être absente des cheveux très fins). Elle est constituée de protéines différentes (cellules sans noyau, empilées les unes sur les autres) de celles de l’écorce. .
Cette région médullaire est la partie centrale creuse de la tige du cheveu. La région médullaire est comme un petit tunnel au centre de la tige du cheveu. Elle n’est pas nécessairement continue et peut être présente au hasard.

Naissance, vie et mort d’un cheveu
Le parcours d’un cheveu dans le temps suit toujours trois phases. Pendant quelques années (3 à 7), il pousse, c’est la phase anagène. Puis, pendant trois semaines, il est « inactif », le follicule pileux régresse, c’est la phase catagène. Il attend encore trois mois, période de retraite passive à la fin de laquelle il est expulsé, c’est la phase télogène. Et un nouveau cycle recommence, prenant naissance au même endroit. Résultat: chaque jour, on perd entre 50 et 100 cheveux, ce qui est tout à fait normal.
À l’âge adulte, le cheveu a la forme d’une fibre cylindrique torsadée. Sa composition résiste remarquablement à la dégradation chimique, mécanique et photochimique.

Composition d’un cheveu et propriétés :
Si le cheveu contient de l’eau, des lipides, des traces d’éléments minéraux et de la mélanine, c’est la kératine qui en est son constituant principal. La kératine est une protéine formée à partir d’acides aminés dont l’un d’entre eux est la cystéine. Son organisation au sein du cortex évoque l’image d’un cordage ou d’un câble.

Voici la composition chimique détaillée du cheveu :
– Carbone, hydrogène, oxygène, azote, soufre.
– Oligo-éléments : Fer, cuivre, zinc, iode.
– Acides aminés : 20 sortes différentes.
– Protéines : Environ 50 % de protéines amorphes et environ 50 % de protéines hélicoïdales.
– Lipides : Ils représentent 3% de sa composition. Produits au niveau du bulbe pilaire, ils sont formés de stérols, d’acides gras et de céramides. Présents essentiellement dans le ciment intercellulaire du cortex et de la cuticule , ils donnent au cheveu une certaine imperméabilité et assurent la cohésion des cellules de la fibre capillaire.
Les glandes sébacées, annexées au follicule pileux, fournissent le sébum. Ce mélange de triglycérides, de cires et de squalène forme un film à la surface de la peau et lubrifie le cheveu, préservant ainsi sa souplesse et sa brillance.
– Eau : Environ 12 % du poids du cheveu.

L’élasticité d’un cheveu dépend de plusieurs facteurs génétiques, du degré d’humidité ; elle régresse avec l’âge. Selon son origine, le cheveu est plus ou moins résistant : le cheveu afro, fortement enroulé, est beaucoup plus fragile que le cheveu asiatique.
La résistance à la traction est de 50 à 100 millinewtons par cheveu, soit l’équivalent de 5 à 10 g.
Le pouvoir d’hydratation du cheveu lui permet d’absorber jusqu’à 30% de sa masse en eau.
A l’état mouillé, il peut gonfler de 20 à 30% et s’allonger de 10% en moyenne. Autant de propriétés exploitées en cosmétique.

La solidité du cheveu est due à différents types de liaisons entre les chaînes polypeptidiques :
Tout d’abord il existe des attractions de type électrique entre des parties de chaîne chargées négativement (groupement carboxylate R-COO-) et des parties chargées positivement (groupement ammonium R’-NH3+). Cette attraction se manifeste principalement en milieu faiblement acide (pH aux environs de 4). Lorsque le cheveu est mouillé par l’eau ou par une solution basique, ces liaisons ioniques sont rompues car les parties cationiques R’-NH3+ deviennent neutres. Il s’en suit un gonflement et un assouplissement de la fibre de kératine.

Puis viennent les liaisons hydrogène. Elles apparaissent entre un atome d’hydrogène d’une chaîne peptidique et un atome d’oxygène appartenant à un groupe carboxyle d’une autre chaîne peptidique. Lorsque le cheveu est mouillé une partie de ces liaisons H est rompue. Ce phénomène est d’autant plus important que l’eau est plus chaude.

Il existe aussi des liaisons peptidiques transversales entre deux chaînes peptidiques. Ces liaisons sont rompues (hydrolysées) sous l’action de solutions fortement acides ou bien fortement basiques.

Enfin citons les liaisons par ponts disulfures. Comme la kératine du cheveu comprend un grand nombre de résidus cystine (15 à 17%), il apparaît de nombreux ponts disulfure qui maintiennent la cohésion des hélices. En effet deux molécules de cystéine (qui est un des acides aminés constituant la kératine et contenant du soufre) peuvent s’associer par les groupements -SH pour donner la cystine, il apparaît alors un pont disulfure –S-S-.

Porosité

Les traitements antérieurs faits à la tige du cheveu déterminent l’état du cheveu et sa porosité. Plus la cuticule est endommagée, plus le cheveu sera poreux. Lorsque vous faites une coloration, la couche protectrice de la cuticule doit se soulever afin de laisser le gel colorant pénétrer le cortex du cheveu. Ceci permet une couleur qui est plus naturelle et qui dure plus longtemps. Si la cuticule a été endommagée par une décoloration excessive, des applications de produits chimiques trop forts ou des applications trop fréquentes, certaines mesures devront être prises pour s’assurer que la couleur aura l’air naturel. Des cheveux trop poreux risquent de devenir cassants, rêches et sont enclins à s’emmêler dans les pointes.
Plus un cheveu est bouclé, plus il est poreux (écailles relevées en raison de ses spirales).

Source : CNRS

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