Il y a tellement de réponses à cette question qu’il faudrait un livre entier sur le sujet !

Avant de parler des molécules qui constituent la colle, demandons-nous ce qu’est une colle, avec un exemple simple qui ne nécessite apparemment ...pas de colle : Répandons de l’eau sur une vitre rugueuse (p.ex. verre anti-reflets) et recouvrons-la avec une deuxième vitre rugueuse ; après quelques heures dans le congélateur, les 2 vitres adhèrent fortement l’une à l’autre ; l’eau a joué le rôle de colle !

A l’échelle microscopique, la surface des vitres (et de la plupart des matériaux) est un ensemble de cavités et d’aspérités (comme une maquette des Alpes) ; placées l’une sur l’autre, elles ne se touchent que par les sommets de leurs aspérités, c’est-à-dire sur une surface très faible. En ajoutant de l’eau, les cavités se remplissent, ce qui permet l’adhésion des 2 vitres car la surface de contact devient très grande ; l’eau gelée jouera le rôle de joint stable et assurera une forte cohésion à l’ensemble.

Une colle fonctionne toujours sur ces deux principes : Un liquide « mouille » les surfaces et assure leur adhésion, puis la solidification de l’adhésif permet la formation d’un « joint » qui assure la cohésion de l’ensemble.

Plusieurs substances d’origine végétale (caoutchouc, amidon de patates, dextrines, cellulose, gommes arabiques ou agar-agar, polysaccharides extraits des algues) ou animale (gélatines, albumines du sang, caséine du lait, collagène des poissons) ont un pouvoir adhésif. Sinon, la plupart des adhésifs sont synthétiques (voir quelques noms de molécules en fin de texte).

Les molécules adhésives sont généralement dissoutes ou dispersées dans un solvant ; des additifs peuvent être ajoutés (p.ex. des agents épaississants). Lorsqu’on applique la colle sur un objet à réparer, la phase liquide remplit les cavités et assure un contact étroit entre les surfaces (adhésion), puis le solvant s’évapore et les molécules adhésives se solidifient et forment le joint (cohésion). L’évaporation est plus rapide avec un solvant organique qu’avec de l’eau.

La vitesse à laquelle la colle va coller dépend de nombreux paramètres (composition et porosité des surfaces, évaporation du solvant, forme des molécules adhésives, présence d’additifs, température).

Certaines colles sont du type « réactives » : La molécule adhésive est produite au moment de l’utilisation de la colle. Avec la colle Araldit (résine époxyde à 2 composants, inventée en Suisse en 1946), deux « briques élémentaires » sont mélangées en présence d’un catalyseur, ce qui induit la combinaison des briques en une nouvelle molécule, plus longue et adhésive. Avec la colle Cyanolyte (colle instantanée –superglue– à base de cyanoacrylate, inventée aux USA durant la 2ème guerre mondiale), une seule « brique élémentaire » est combinée à elle-même, sous l’action de l’humidité de l’air, pour former un long polymère adhésif qui joint les deux surfaces à coller.

Les molécules adhésives peuvent aussi être thermofusibles (inventées aux USA en 1940) : Dans ce cas, il n’y a pas de solvant et la colle est appliquée à chaud (100-180°C, ce qui fait fondre sa masse) et se solidifie à froid pour former le joint d’adhésion.

Le ruban adhésif (scotch) est un film plastique enduit d’un solide adhésif mou qui se déforme aisément et épouse la surface sur laquelle le ruban est posé ; en colmatant les cavités et aspérités de la surface, il adhère et permet à l’ensemble de tenir de manière solidaire.

Chimiquement, l’adhésion a lieu car les molécules adhésives qui constituent la colle créent des liaisons plus ou moins fortes ou subissent des forces d’attraction plus ou moins grandes avec le matériau. Plus la liaison ou l’attraction est stable, et plus il faudra fournir une force élevée pour séparer les deux pièces qui ont été scellées au moyen de l’adhésif. Dans le cas de la colle instantanée Cyanolite, une masse de 1 tonne peut tenir sur une surface collée de 2 centimètres carrés !

Finalement, on trouve des « colles » dans le règne animal : les geckos et les insectes ont des pattes munies de poils microscopiques, dont la taille est inférieure à la rugosité des surfaces sur lesquelles l’animal se déplace ; les poils remplissent les creux de la surface et permettent à la patte d’adhérer temporairement, de la même manière que les longues molécules adhésives des colles comblent les cavités des surfaces.

Il faut remonter à environ 200'000 ans pour trouver les premières traces de l’utilisation d’adhésifs par l’homme (résidus de goudrons utilisés pour lier entre eux des fragments de pierres) ; Ötzi, l’homme congelé découvert en 1991 dans le Tyrol et ayant vécu il y a environ 4500 ans, possédait des armes collées avec un mélange de gommes végétales et d’ocre.

Liste de quelques molécules synthétiques courantes dans les adhésifs : colles phénoliques, urée-formol, mélamine, colles vinyliques ou acryliques, styrène-butadiène, éthylène-vinylacétate, acrylonitrile, élastomères de type polychloroprène, polyisoprène, polybutadiène ou néoprène.