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L’éclatement d’un film de savon vertical est un phénomène déterministe


La compréhension de la stabilité des bulles de savon reste un défi pour les scientifiques. Actuellement, on ne sait pas prédire la taille maximale d’une bulle de savon et seul un savoir assez empirique permet d’avoir une recette pour faire de grosses bulles. Pour comprendre ce phénomène, les physiciens ont cherché à le simplifier en étudiant non pas des bulles, mais des films plans. Les travaux réalisés jusqu’à présent sur des films horizontaux ont montré que l’éclatement de ces derniers est ultimement régi par le hasard. Qu’en est-il pour les films verticaux, tirés vers le bas par leur propre poids ?

C’est à cette question qu’ont répondu des physiciens du LPS. En mesurant et en modélisant le temps de vie de films verticaux, ils ont montré que l’éclatement est dans ce cas parfaitement déterministe et qu’il dépend de la vitesse de formation, de la nature et de la concentration en molécules de savon utilisées ainsi que de la viscosité de la solution. Ils ont montré que c’est le gradient de concentration des molécules de savon entre haut et bas du film qui a un effet stabilisateur. Ce travail, publié dans la revue Soft Matter ouvre la voie à de nouvelles modélisations de la moussabilité des solutions d’agents tensioactifs très largement utilisés dans l’industrie.


 

Pour réaliser ce travail, les chercheurs ont construit un dispositif expérimental leur permettant une analyse systématique de la production et du claquage de films de savon verticaux. Un cadre métallique de 2 cm de large et 4 cm de haut est tiré hors d’un bain d’eau savonneuse avec des vitesses comprises entre 0.01 et 10 mm/s. Ils ont alors mesuré le temps de vie ainsi que la longueur maximale des films fabriqués et observé que, contrairement au caractère aléatoire de l’éclatement des films horizontaux, celui des films verticaux est déterministe. En outre, la dépendance du temps de vie avec l’épaisseur s’est avérée surprenante : ce sont les films les plus minces les plus stables (en durée de vie) mais ce sont aussi ceux qui sont les plus courts au moment de leur rupture. Typiquement, pour des films assez rigides, un film tiré à 6 mm/s pourra atteindre 3 cm alors qu’un film tiré à 0.6 mm/s ne fera que 6 mm. Ceci a conduit à proposer un scénario de rupture des films : les molécules de savon ne sont pas réparties de façon homogène lors du tirage des films, elles sont moins nombreuses dans la zone de film fraîchement créée ce qui provoque une force qui tient le poids du film, grâce à un effet physique connu sous le nom d’effet Marangoni. Le poids du film devient de plus en plus grand au fur et à mesure de son allongement. Il finit donc par atteindre une longueur maximale à laquelle son poids devient si important que la force de Marangoni est trop faible pour supporter le film. Ce travail a en outre permis, pour la première fois, de mesurer la différence de tension de surface entre le haut et le bas du film et de montrer que cette différence de tension de surface augmente linéairement avec la vitesse de tirage.

 

Contact :
Emmanuelle Rio

Référence :
A study of generation and rupture of soap films
L. Saulnier, L. Champougny, G. Bastien, F. Restagno, D. Langevin et E. Rio
Soft Matter, 10, 2899-2906, (2014).

Brève de l’INP