Quelle est la température d’un film de savon ?

L’évaporation est connue pour provoquer un refroidissement, à l’instar de la transpiration. Des physiciens ont mesuré la température de films de savon pour montrer que ceux-ci peuvent être jusqu’à 8°C plus froid que la température de l’environnement.

Nous avons tous effectué dans notre enfance l’expérience de la fragilité des films de savon et autres bulles. Cette observation fait l’objet de recherche car les mécanismes provoquant l’éclatement ne sont pas encore tous élucidés. Nous savons cependant que les raisons tiennent d’une rencontre entre la physique et la chimie. D’une part, l’amincissement des films est un paramètre crucial dans la rupture des objets savonneux, ce qui revêt de la mécanique des fluides, et d’autre part, les interfaces sont maintenues par des molécules tensioactives dont les propriétés sont également importantes. Afin de progresser sur ces questions, des physiciens du Laboratoire de Physique des Solides se sont intéressés à la température des films de savon pour montrer qu’un refroidissement allant jusqu’à 8°C peut être mesuré. Ces résultats sont en accord avec un modèle attribuant ce refroidissement à l’évaporation, ce qui a fait l’objet d’une publication dans la revue Physical Review Letters.

Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé un mélange de liquide vaisselle, d’eau et de glycérol, un solvant non-volatil. Ce dernier composé permet de limiter la vitesse d’évaporation du mélange et ainsi de la contrôler. Le film de savon est formé sur un cadre filiforme circulaire d’un diamètre compris entre 4 et 12 mm. La spécificité de ce cadre est d’être constitué de deux fils de métaux différents, chacun formant une demi-périphérie. Connu sous le nom d’effet Seebeck, il est possible de mesurer la température du film de savon via une mesure de tension électrique. Les températures ainsi mesurées ont pu être confrontées avec succès à un modèle combinant l’énergie requise par l’évaporation et les transferts thermiques par diffusion et radiation. Ainsi, plus les films ont une teneur initiale faible en glycérol ou plus l’atmosphère est sèche, plus le refroidissement est important. Les variations de température qui ont été mesurées sont suffisamment significatives pour laisser penser à de possibles effets induits tels que des variations de viscosité, de tension de surface ou encore de cristallisation de certaines molécules de savon. Il est envisageable que ces effets induits jouent un rôle sur la vie des films et des bulles, dont l’importance devra être éclaircie par de futures recherches.

Figure. Film de savon sur un capteur de température ayant un diamètre de 12 mm. Auteur : François Boulogne.

Référence
Measurement of the Temperature Decrease in Evaporating Soap Films
F. Boulogne, F. Restagno, E. Rio
Physical Review Letters
doi: 10.1103/PhysRevLett.129.268001

Sélectionné pour un Synopsis dans Physics (American Physical Society)
Fait marquant de l’Institut de Physique

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François Boulogne