Pourquoi le savon mousse-t-il ? (2/3)

Et surtout, pourquoi un vrai savon mousse-t-il moins qu’un savon industriel

Pourquoi les bulles de savon sont-elles rondes ?

Nous avons vu comment les bulles de savon se forment, mais pourquoi sont-elles toujours rondes ? « Et bien Jamy » (on aurait presque pu le faire en vidéo !), c’est tout simplement grâce à la tension superficielle. C’est une force qui existe au niveau de toute interface entre deux milieux différents (entre un solide ou un liquide et un gaz).

EXPLICATION :
Allez chez votre mamie à la campagne et approchez-vous de la surface d’une mare (si vous en trouvez une). Vous y verrez peut-être des insectes « marcher sur l’eau » comme s’ils se déplaçaient sur une sorte de feuille élastique. Ce phénomène est directement lié à la tension superficielle.
« Celle-ci est liée aux liens des molécules qui composent l’eau. Imaginons que ces molécules aient six liens – ou ponts – avec les molécules voisines : un pour la molécule au-dessus, un pour celle qui se trouve dessous, un pour la molécule à gauche, un pour celle à droite, un pour celle en avant et un dernier pour celle qui se trouve en arrière. Les molécules qui sont situées à la surface d’une mare n’ont pas de voisines au-dessus d’elles, donc le lien restant va à une molécule voisine sur la surface.
Autrement dit, chaque molécule située à l’interface eau-air a un lien à compléter l’attirant au final vers une autre molécule de surface. Ces forces supplémentaires lient plus fermement les molécules de surface dans tous les liquides (elles sont plus attirées côté liquide que côté air). L’effet se produit lorsque l’eau rencontre l’air ou un autre gaz. Résultat, la surface est « tendue comme une arbalète » ! D’où le terme de tension de surface ou plus communément, tension superficielle… »

 

 

Schéma des forces s’exerçant sur une bulle de savon :

L’effet se présente également dans une bulle de savon. Lorsque la bulle se remplit de gaz, elle tend donc, naturellement, à prendre la forme qui lui permet d’enfermer un volume d’air donné dans une surface d’aire minimale ; tout le monde a pu constater qu’il s’agit d’une sphère, mais constater n’est pas démontrer et les mathématiciens, Archimède en tête, s’y sont longtemps cassés les dents. Il fallut attendre 1882 pour que le mathématicien allemand Hermann Amandus Schwarz prouve que parmi toutes les surfaces enfermant un volume donné, la sphère est bien celle qui présente l’aire minimale.
Dans les bulles de savon, un équilibre est atteint entre la tension superficielle du film de savon (qui tente de faire rétrécir la bulle) et la pression extérieure de l’air (qui tente de faire exploser la bulle). Voilà pourquoi faire une telle bulle fait appel à une certaine habileté : la bulle risque d’éclater ou de s’effondrer si l’équilibre n’est pas atteint.

(Source de cette partie : http://savontpe.free.fr/?page_id=13#IIIA consulté le 21/09/2017)

Pour aller plus loin sur la tension superficielle

« Au niveau moléculaire dans les liquides, il existe des forces intermoléculaires assurant la cohésion du liquide, les forces de Van Der Waals. Dans certains de ces liquides, comme l’eau par exemple, il existe des interactions supplémentaires, supérieures à celles de Van der Waals : les liaisons hydrogènes.

Les molécules d’eau présentes à l’intérieur du liquide sont attirées entre elles : chaque molécule d’eau attire les molécules qui l’entourent. Elles subissent des interactions de très courtes portées (interactions de Van Der Waals attractives) qui se font dans toutes les directions, et s’annulant donc dans toutes les directions. Le résultat des forces liées à ces interactions est donc nul.

Les molécules présentes à la surface du liquide, c’est-à-dire à l’interface entre l’eau et l’air, n’ont aucune molécule au-dessus d’elles pour équilibrer les forces qui les emmènent vers l’intérieur. Elles ne peuvent donc être attirées que vers les molécules en dessous et celles les entourant à la surface, en créant des liaisons fortes entre elles.

La somme des forces d’attraction donne une force résultante non nulle et tournée vers l’intérieur du liquide. On la nomme « force de tension superficielle ».

La tension superficielle explique qu’un liquide comme l’eau cherche à minimiser la superficie de sa surface. Ainsi, de petites quantités d’eau forment des gouttes au lieu de s’étaler à l’infini.

Ce principe est utilisé par les bulles de savon. Les tensioactifs présents dans l’eau savonneuse abaissent la tension superficielle. Lorsque l’on crée des bulles, elles vont tenter d’utiliser le moins de surface possible, soit la forme sphérique. C’est le principe de minimisation. » (https://sites.google.com/site/lesbullesdesavontpe/3-la-tension-superficielle consulté le 02/09/2017)

A la page suivante, on vous explique pourquoi
un savon dit « naturel » mousse moins qu’un « savon » industriel !

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