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Vous faites certainement partie de ceux qui adoraient souffler dans l’anneau d’un flacon à bulles de savon lorsque vous étiez enfant. Vous admiriez sûrement également les bulles gigantesques à l’aide desquelles certains artistes de rue se produisent. Mais la réalité de ces bulles est tout autre et bien plus complexe. En effet, une étude récente réalisée par des physiciens de l’université Emory, à Atlanta aux États-Unis, a permis de montrer quelle est la recette parfaite pour obtenir des bulles géantes qui s’étendent longuement sans éclater.
La dynamique des fluides et les bulles de savon géantes
Justin Burton, physicien spécialisé en dynamique des fluides, est à l’origine de cette étude publiée dans APS Physics. Ses travaux ont également été soutenus par la National Science Foundation’s of Materials Research.
La dynamique des fluides est l’un des points de recherches les plus importants du laboratoire du physicien. “Les processus de la dynamique des fluides sont visuellement beaux et ils sont partout sur notre planète, de la formation et de l’éclatement des gouttelettes et des bulles à l’aérodynamique des avions et au renversement des profondeurs des océans du monde”, explique Justin Burton.
Le physicien s’est inspiré d’artistes de rue de Barcelone capables de créer des bulles aussi longues que des voitures. “Ces bulles avaient le diamètre d’un hula hoop et étaient aussi longues qu’une voiture. Elles étaient également belles, avec des changements de couleur du rouge au vert aux tons bleutés à leur surface. Cette étude met définitivement de l’amusement dans la science fondamentale”, ajoute-t-il. Selon le physicien, ces effets de couleur arc-en-ciel prouvent que l’épaisseur d’un film est similaire à la longueur d’onde de la lumière, ou à seulement quelques micromètres. À la vue de ces performances époustouflantes, il s’est demandé comment un film aussi fin pouvait s’étendre sur une distance aussi longue sans éclater. Il a alors débuté des analyses en laboratoire et dans son jardin.
Comment créer la bulle de savon géante la plus parfaite
À la recherche de la recette permettant d’obtenir les bulles géantes les plus parfaites, Justin Burton a découvert un projet récent : le Wrap Bubble Wiki. Un projet qui aiderait à créer “la bulle parfaite”. En plus de l’eau et du liquide vaisselle, la recette de ce projet comprenait souvent des polymères, des ensembles constitués de plusieurs macromolécules. Le plus courant d’entre eux était le guar naturel, une poudre utilisée en tant qu’additif dans certains plats, ou le polyéthylène glycol industriel (PEO), un lubrifiant utilisé dans certains médicaments.
En suivant les conseils de Wrap Bubble Wiki, Justin Burton a poursuivi ses expériences en laboratoire à l’aide de deux étudiants, coauteurs de l’étude. “Nous avons essentiellement commencé à faire des bulles et à les faire éclater, et à enregistrer la vitesse et la dynamique de ce processus. Se concentrer sur un fluide dans ces moments les plus violents peut vous en révéler beaucoup sur sa physique sous-jacente.” Par ailleurs, les films de savon absorbent considérablement la lumière infrarouge. Cela leur a donc permis de mesurer l’épaisseur des films. De plus, Justin Burton et son équipe ont mesuré le poids moléculaire de plusieurs polymères utilisés pour fabriquer des bulles. Ils ont également déterminé jusqu’à quel point une bulle peut s’étirer sans éclater.
Les polymères : le secret des bulles géantes
Résultat : les polymères sont l’ingrédient secret permettant de créer des bulles gigantesques qui s’étirent longuement sans éclater. Cette étude prouve donc qu’une recette pour faire des bulles de savon n’est bonne que si elle est composée de polymères. “Nous avons fait de la physique pour expliquer pourquoi et comment les polymères peuvent étirer un film fluide jusqu’à 100 mètres carrés sans se casser. Dans la bonne recette, le polymère permet au film de savon d’atteindre un état idéal, visqueux et extensible, sans se déchirer. Ses longues molécules s’entremêlent les unes aux autres pour former un maillage extensible et résistant”, explique Justin Burton.
D’après leurs expériences, mélanger différentes longueurs de polymères conduisait à un film de savon plus solide. “Des polymères de différentes tailles s’emmêlent plus que les polymères de taille égale, renforçant l’élasticité du film. C’est une découverte fondamentale de physique.”
Les résultats de cette étude permettraient également d’améliorer l’écoulement des huiles qui coulent dans les tuyaux industriels ou encore l’élimination de mousses polluantes qui se développent dans les ruisseaux et les rivières.