Comment faire vivre une bulle le plus longtemps possible ?

Comment faire vivre une bulle le plus longtemps possible ?

 Quelles sont les proportions optimales de la solution à bulles qui permettent une durée maximale de leur vie ?

Qui ne s’est jamais émerveillé devant la formation d’une bulle ? Enfants dans l’âme, nous avons décidé d’étudier ces sphères qui intriguent petits et grands. Notre objectif : faire vivre le plus longtemps possible nos bulles. Après approfondissement du sujet, nous verrons que cela revient à nous demander : quelle est la solution à bulle « parfaite », c’est-à-dire la mieux proportionnée, qui permettra à nos bulles de vivre le plus longtemps possible ?

 Il faudra commencer par comprendre le mécanisme de formation des bulles : Pourquoi et comment se forme les bulles ? Pourquoi éclatent-elles ?

 Ainsi, sur quels « facteurs de vie » pourrions-nous avoir une influence ?

 Enfin, en bons scientifiques, nous validerons (ou non !) expérimentalement nos ébauches et hypothèses. Une expérience adaptée, dont nous modéliserons les résultats, nous permettra de conclure.

I. Mieux connaitre les bulles

Définition :

Une bulle est un « globe formé d’une lame mince d’eau savonneuse rempli d’air et qui peut tenir en suspension dans l’atmosphère » selon Le Grand Dictionnaire Larousse

Principe de formation d’une bulle

Les éléments à l’origine d’une bulle sont les tensioactifs. En effet, les bulles peuvent être formées sans savon, rien qu’avec de l’eau et de l’air. Mais encore faut-il qu’elles durent. C’est ici qu’intervient le savon : celui-ci est un composé tensioactif, caractérisé par ses molécules amphiphiles. Ces dernières sont composées de deux parties :

-Une tête polaire (COO-) hydrophile

-Une chaine carbonée (de 10 à 20 atomes de carbone) hydrophobe.

Cette molécule est donc à la fois attirée et repoussée par l’eau (molécule bipolaire). Les molécules de tensioactifs vont «emprisonner» la fine couche d’eau entre deux monocouches de savon (une à l’intérieur de la bulle, une à l’extérieur).

Pourquoi la bulle explose-t-elle ?

Il existe deux causes à l’éclatement naturel d’une bulle : l’évaporation et le drainage.

Ces deux phénomènes amincissent la pellicule d’eau au sommet de la bulle entrainant la rencontre des deux couches de savon. La pression intérieure étant supérieure à la pression extérieure de la bulle (1), on parle d’une explosion, et non d’une implosion.

(1) :

Pint étant la pression à l'intérieur de la bulle.

Pext étant la pression à l'extérieur de la bulle.

γ étant la tension superficielle.

R étant le rayon de la bulle de savon

Dans le but de prolonger la durée de vie d’une bulle, nous allons surtout tenter de minimiser la cause principale de son éclatement : le drainage (l’évaporation pouvant être négligée).

Le drainage :

Le drainage est l’écoulement de l’eau à l’intérieur de la paroi de la bulle de savon, du fait de la gravité, conduisant à un amincissement du sommet de la paroi. Les têtes polaires de tensioactifs (de même signe) entrent en contact et se repoussent entrainant l’éclatement de la bulle.

II. Quels facteurs pouvons-nous faire varier lors de la création de bulle ?

Composition du produit à bulle : ralentir le drainage ?

Nous avons vu que l’explosion de la bulle était principalement due au drainage de l’eau présente dans sa membrane. Y a-t-il un moyen de ralentir ce phénomène de drainage ? Sur quoi peut-on jouer pour empêcher l’eau de s’écouler ?

Ne pouvant modifier la gravité, la viscosité nous est apparue comme le facteur le plus évident. Il nous fallait donc une substance peu couteuse que nous pouvions nous procurer facilement. La glycérine répondait parfaitement à nos attentes.

Ainsi, en ajoutant de la glycérine à la solution d’eau savonneuse, on augmente la viscosité de l’eau, ralentissant ainsi son écoulement dans la paroi de la bulle. Théoriquement, la durée de vie de cette dernière sera prolongée.

On a aussi découvert qu’en rajoutant du sucre, l’évaporation de l’eau était ralentie. Une spatule de sucre en poudre sera donc ajoutée à chaque solution.

La question est de savoir dans quelles proportions nos quatre produits –eau, savon, glycérine, sucre– devraient être introduits. Il est dans nos capacités de faire varier la composition du produit à bulle : nous nous consacrerons donc à la comparaison de solutions à différentes proportions.

Conditions extérieures

On peut émettre l’hypothèse que la température, la pression, l’humidité ont peut-être également une certaine influence sur la vie de la bulle. Par exemple si l’air est très humide, on peut supposer que les molécules d’eau volatiles pourraient venir « alimenter la bulle » en s’intégrant à la membrane, et ainsi la durée de vie de la bulle se verrait prolongée (c’est le principe des « bulles infinies » auxquelles on rajoute constamment de l’eau).

Mais il nous est difficile de faire varier ces facteurs, puisque nous n’avons pas beaucoup de moyens. Nous avons donc décidé de poser ces facteurs comme à peu près constants, et de réaliser nos expériences dans les mêmes conditions (même lieu…) pour pouvoir comparer nos résultats.

On posera : -pression = 1atm

- température = 19°C

Taille de la bulle

Est-ce que la taille de la bulle influence sa durée de vie ? Il est dans nos cordes de faire varier la taille des bulles, d’une manière relative (disons entre 1cm et 15cm de diamètre) grâce à des hochets de différentes tailles. Il nous suffira alors de modéliser la durée de vie en fonction de la taille pour déterminer si celle-ci

...