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Vie et mœurs d'une bulle
Après avoir vu comment sont constituées les bulles de savon, nous allons étudier qu'est ce qui fait qu'une bulle est plus ou moins solide, puis pourquoi les bulles éclatent et enfin les expériences que nous avons faites sur la recherche du lien entre la durée d'une vie d'une bulle et la taille de celle-ci. 1) Solidité d'une bulle de savon Une bulle peut être plus ou moins solide, cela dépend principalement de la composition des produits utilisés pour faire les bulles. En effet, on a vu précédemment qu'il fallait des molécules de tensio-actif pour former les bulles. Mais on peut voir qu'un produit vaisselle est plus efficace que le savon pour former des bulles résistantes car il contient plus de molécules de tensio-actifs. On peut également voir que certains produits vaisselles sont plus efficaces que d'autres pour former des bulles solides cela dépend de sa composition et surtout de sa quantité de molécules de tensio-actifs. Car plus il y aura dans le produit vaisselle ces molécules, plus la solution sera visqueuse et donc cela augmentera le temps de vie de la bulle. En effet, les molécules de tensio-actifs ralentissent la disparition de la bulle : nous savons que les monocouches du film de savon forment des parois qui contiennent l'eau. Mais grâce à ces molécules, l'écoulement de l'eau entre ces deux couches se fait plus lentement, les filmes de savon restent plus longtemps séparés l'un de l'autre. Ces molécules de tensio-actifs rendent aussi les monocouches plus élastiques ; donc plus il y a de molécules amphiphiles, plus la bulle est résistante. Mais la solidité d'une bulle de savon peut aussi dépendre d'autres facteurs, comme la taille de la bulle ou encore des ingrédients présents dans le produit utilisé. En conclusion, on peut dire que les molécules de tensio-actifs rendent les bulles plus solides, " résistantes ". Nous allons maintenant voir pourquoi une bulle de savon éclate. 2) Éclatement d'une bulle de savon L'éclatement d'une bulle de savon peut être dû dans un premier temps à la rupture de la membrane de la bulle s'il y a une perturbation brutale (c'est-à-dire si l'on touche la bulle et que de l'air rentre). La bulle éclate alors car la pression à l'intérieur augmente. En dehors de l'éclatement par contact direct avec une bulle, on peut observer qu'une bulle au bout d'un certain temps éclate d'elle-même. Nous allons essayer d'expliquer pourquoi : dans un premier temps on peut voir que les molécules de tensio-actifs empêchent l'éclatement d'une bulle car les deux couches de molécules, située autour de la couche d'eau, ce repoussent entre elles. En effet, si l'eau à l'intérieur de la bulle s'écoule, les deux têtes hydrophiles vont se rencontrer et comme deux pôles identiques se repoussent, les couches vont donc se repousser entre elle. Comme on a pu le voir précédemment l'écoulement de l'eau dans la bulle joue un rôle très important dans l'éclatement de la bulle. Car l'eau entre les deux films de savon est en mouvement, donc l'eau s'écoule et la bulle devient plus fine à cause de cette perte d'eau. Ainsi la bulle est moins solide, elle éclate. L'écoulement de l'eau peut se faire plus ou moins rapidement cela dépend notamment du temps car si le temps est sec l'eau s'évapora plus vite. Donc cela accélèrera la perte de l'eau entre les couches de molécules de tensio-actifs. Dans un second temps, on peut voir que les forces de pression à l'intérieur de la bulle ainsi que celles à l'extérieur sont également une cause d'éclatement. En effet, une bulle renferme un certain volume de gaz, donc elle est constamment soumise aux forces de pression intérieure qui dilatent la bulle, l'étirent. Cette force " pousse " les parois pour l'écarter et donc pour agrandir la bulle, tandis que les forces de pression intérieure contractent la bulle pour la rendre plus petite. Donc la bulle est soumise à des forces qui essayent de l'étirer et de la contracter simultanément : la bulle est en équilibre au niveau des forces. Comme on peut le voir sur le schéma.
En effet, la bulle s'étire jusqu'à ce que les pressions intérieures et extérieures à la bulle soient identiques. Cette dernière acquiert donc une certaine stabilité. Si en quelque endroit de la bulle, l'interface entre les deux couches d'air ne sont pas similaires ( ex : écoulement de l'eau ), les pressions appliquées au film n'influent pas de la même manière dessus : un point " moins épais " par exemple sera plus fragile. La bulle éclatera. En conclusion, on peut dire que l'éclatement d'une bulle de savon est dû aux forces de pression mais aussi à la quantité de molécules de tensio-actifs qui la forment. Nous allons maintenant voir les expériences que nous avons faites entre la taille et la durée d'une vie d'une bulle. 3) La recherche d'un lien entre taille et durée de vie Nous avons tenté de trouver un lien entre la taille d'une bulle et sa durée de vie. Pour cela nous avons procédé à quelques expériences : nous avons mesuré la durée de vie d'une bulle en fonction de différentes tailles. Pour cela nous avons utilisé un cristallisoir rempli d'eau, sur lequel on créait une bulle à l'aide d'une paille (diamètre 5 mm) trempée préalablement dans le produit (composé de 2/3 de volume d'eau, 1/6 de liquide vaisselle, 1/6 de glycérine. Les bulles formées étaient donc des demies sphères car il est plus facile de faire tenir une telle bulle sur de l'eau qu'une sphère suspendue dans l'air (elle toucherait le sol et éclaterait trop vite). Comme il nous fallait des mesures de volumes qui correspondaient à une bulle sphérique, nous avons calculé le rayon d'une demie sphère de volume identique à une sphère. Soient r' le rayon de la demi sphère, r le rayon de la sphère et V le volume total :  On peut schématiser l'expérience :
Nous avons mesuré le temps de vie d'une bulle pour des diamètres de 5cm, 10 cm et 12.5 cm. Pour chaque diamètre, nous avons réalisé une dizaine de mesures afin d'obtenir des moyennes représentatives. On remarque que plus le volume de la bulle est important, plus elle dure longtemps. Cela apparaît sur le graphique :
On pourrait tenter supposer avant l'expérience que la durée de vie augmente avec la diminution de son volume, puisqu'il y aurait moins de molécules de tensio-actifs pour créer les deux monocouches. Or on obtient le résultat inverse. Donc ce n'est pas au niveau de ces molécules que l'on peut expliquer ces résultats. On peut alors supposer que l'écoulement de l'eau dans la bulle est le principal facteur expliquant ce phénomène. Car plus la bulle est grande, plus l'eau met longtemps à s'écouler ou à s'évaporer. Donc l'eau reste plus longtemps entre les deux couches de tensio-actifs et la bulle éclate moins vite. Remarque : nous n'avons pas mesuré des volumes plus grands pour un problème de taille du cristallisoir. Mais on pourrait supposer que si l'on prenait des bulles de rayon nettement plus grand, on obtiendrait des bulles qui durent moins longtemps car la couche de molécules de tensio-actifs serait trop fine (le produit utilisé ne conviendrait pas pour faire des bulles géantes). En effet, les bulles ne contiennent qu'une quantité limitée de tensio-actifs en solution. Donc une fois toutes ces molécules utilisées dans les deux monocouches, la bulle ne peut plus s'étirer sous risque d'éclater. On peut donc dire qu'il existe un lien entre durée d'une vie d'une bulle et la taille. Conclusion La solidité d'une bulle est due principalement aux molécules de tensio-actifs, l'éclatement quant à lui tient de l'écoulement de l'eau et des forces. Enfin, d'après nos expériences, il existe bien un lien entre taille et durée de vie d'une bulle. |
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