Les bulles de savon
Jean-Philippe Costet

Avant de passer à table, il va de soi de se laver les mains avec du savon. Tout d’un coup, un enfant forme un anneau avec ses doigts et fait s’envoler une bulle ; cela donne des idées aux autres qui s’y mettent tous.

Ils ont essayé d’en faire des plus grosses, des « qui montent » et se sont demandés pourquoi elles étaient rondes et pourquoi elles avaient ces couleurs... et il a bien fallu chercher avec eux à répondre à leurs questions... Tu ne savais pas à ce moment-là que tu allais t’embarquer avec eux dans l’exploration de la tension superficielle des liquides, de la géométrie des surfaces minimales, des interférences lumineuses, des forces de pression, de la viscosité de l’air et des liquides, en passant par l’hygrométrie de l’air ! Ce n’est peut-être pas la peine non plus de dépoussiérer ton encyclopédie de sciences physiques en douze volumes pour leur prendre la tête avec des équations géantes. Ce qui nous paraît important, c’est d’expérimenter sur ces phénomènes, d’essayer de mettre des mots sur ce que l’on comprend et de discuter de ses découvertes avec les autres.

Forme et formation des bulles

Essayer des anneaux ronds, mais aussi carrés, triangles... Quelle est la forme des bulles ? Essayer des anneaux petits et grands, en fil de fer gros ou petit, en rotin, recouvert de laine... Qu’est-ce qui fait qu’un anneau marche bien ? Comment sont faits ceux du commerce ? Essayer de décomposer les étapes de la formation d’une bulle de savon. Avec un gros anneau, apprendre le geste pour former la bulle. Quelle est la vitesse du courant d’air qui permet de former une bulle ? Mêmes essais avec un petit anneau ? Les anneaux permettent d’attraper une bulle formée pour l’observer.

Le comportement d’un liquide au contact d’un solide

Comment se comporte une goutte d’eau au contact du verre, de la cire ?
Comment se comporte un liquide dans un tube en verre ? entre deux plaques de verre très proches l’une de l’autre ? Comparer à chaque fois l’eau et l’eau savonneuse
Observer un film d’eau savonneuse formé avec un bord rigide et un bord en fil à coudre. Quelle est l’action du film sur le fil ? (Observer avec et sans film)
Attraper une bulle avec des gants en laine : il faut accompagner la bulle dans son mouvement.
Fabriquer un rideau de savon (Deux baguettes reliées par des brins de laine ; on fait tremper le tout dans la solution et on soulève une des deux baguettes horizontalement) si on ne tend pas les baguettes, quelle forme prennent les fils ?
Essayer l’expérience de l’aiguille qui flotte sur l’eau (on la pose d’abord sur un papier à cigarettes que l’on fait couler). Comment cela se passe sur de l’eau savonneuse ?

Le comportement d’un liquide au contact de l’air

Observer un pinceau sec, le même pinceau dans l’eau, puis le même mouillé dans l’air, et enfin mouillé d’eau savonneuse.
Observer la formation d’une goutte au bout d’un compte-gouttes, avec de l’eau, avec de l’eau savonneuse. Pourquoi la goutte reste-t-elle accrochée ? Quand se détache-t-elle ?

La pression dans les bulles

Observer à la surface de l’eau savonneuse les intersections de bulles. Quelle est la forme de la paroi entre 2 bulles de même taille ?
Entre une grosse et une petite ? Faire communiquer avec une paille une grosse bulle et une petite.

Les films liquides

Observer un film de grandes dimensions à plat. Essayer de déformer le film. Quelle forme prend-il ? Poser une bulle sur un film. Quelle forme prend-elle ? Former des films sur des supports à géométrie variables (petites baguettes articulées, reliées par des petits morceaux de tuyaux souples).Observer comment les films se déplacent et se reforment quand les baguettes bougent. Le collage de bulles dans ces films donne de très jolis résultats ! A la surface, d’un solution savonneuse, rechercher des "points de rencontre" entre 3 bulles, 4 bulles... Est-ce qu’on trouve des angles droits ? Essayer de mesurer les angles que forment les parois de contact

La couleur des bulles

Observer les couleurs d’une bulle : au début de sa vie et ensuite... Peut-on prédire quand elle va exploser ? Essayer l’observation avec des lumières colorées.
Observer les couleurs sur un film plan vertical. Comment évolue la coloration si on ré-apporte du liquide en haut du film ?

Idées de défis

Former un film vertical qui tienne le plus longtemps possible... Voire indéfiniment ?
Utiliser des ventilateurs pour former les bulles et des coussins d’air pour les sustenter.
Concevoir des machines à bulles
Souffler une bulle dans une autre
Inventer des instruments de mesure pour comparer objectivement les propriétés des solutions.

Six recettes sur la solution d’eau savonneuse

Voici six « recettes » recueillies dans différents bouquins, à tester avec les différents savons que pouvez trouver... Il faut être méthodique et observer l’influence de chacun des composants et voir à partir de quel moment l’excès d’un produit devient nuisible .

Autres tentatives : ajouter un peu de sucre ?
Laisser reposer la solution : c’est mieux ou pas ?

Recette 1
1 cuillère à soupe de savon de Marseille en poudre
1 cuillère à soupe de glycérine
1/4 litre d’eau

Recette 2
50% eau
40% liquide vaisselle
5% glycérine

Recette 3
2 à 3 cuillères à soupe de produit à laver la vaisselle
1 cuillère à soupe de glycérine
4 litre d’eau

Recette 4
0,2 l eau
0,1 l glycérine
15g de sel

Recette 5
1 cuillère à café de produit à laver la vaisselle
1/3 litre d’eau

Recette 6
60 ml liquide vaisselle
140 ml glycérine
25 ml eau de javel
775 ml eau déminéralisée

Pourquoi faut-il du savon pour avoir des bulles ?
Dans le liquide qu’est l’eau, il y a une attraction forte entre les molécules qui la composent. Donc, l’eau “cherche” à former des gouttes. Si on essaie de l’étaler, de la mettre en film, elle “ne se laisse pas faire” et reforme des gouttes. Autrement dit, elle essaye d’avoir une surface minimale au contact de l’air. Si on ajoute du savon dans cette eau, la force existe toujours mais elle diminue ; on pourra étaler plus facilement un film d’eau sans qu’il casse.

Pourquoi une bulle est-elle sphérique ?
Une bulle est une goutte dans laquelle on a piégé de l’air. La paroi tire dans toutes les directions pour diminuer sa surface ; elle donne à l’air emprisonné une forme de sphère car c’est la forme géométrique qui a la plus petite surface pour un volume donné ; le film est en équilibre instable : à la moindre petite fuite, il se déchire et redevient une goutte...

Pourquoi les bulles sont-elles fragiles ?
Le film de la bulle est très mince. Si la moindre poussière crée un petit trou, l’équilibre est rompu et les forces de tension superficielles terminent la destruction de la bulle. L’hygrométrie de l’air a une influence sur les bulles.
Si l’air est sec, le film s’évapore, la paroi s’amincit et la bulle éclate.

Pourquoi les bulles sont de toutes les couleurs ?
Vous savez que la lumière blanche donne un arc-en-ciel. Chaque couleur a une longueur d’onde différente. Les couleurs de la bulle de savon dépendent de l’épaisseur de la membrane. Comme l’eau est pesante, elle a tendance à descendre et l’épaisseur de la membrane est plus mince en haut qu’en bas de la bulle. L’épaisseur de la membrane varie sans arrêt et les couleurs de la bulle changent.

D’où viennent les couleurs des bulles ?
La lumière naturelle est composée de différentes couleurs. Quand cette lumière traverse la paroi mince d’un film liquide, il se produit un phénomène (dit d’interférence) qui a pour conséquence qu’à certains endroits, des couleurs apparaissent et d’autres pas.

Comment se comporte le liquide au contact des solides ?
Il y a une force d’accrochage du liquide à certains solides : le film “tire” sur les parois et se déplace jusqu’à ce qu’il occupe une surface minimale. Si on lui applique une contrainte, il se déforme car il est élastique, mais il tend toujours à avoir une surface minimale.

Pourquoi certains jours les bulles ne tiennent pas ?
L’hygrométrie de l’air a une influence sur les bulles. Si l’air est sec, l’eau de la bulle s’évapore beaucoup, la paroi s’amincit, et la bulle éclate plus vite !

Dossier n°8 des Cahiers de l’Animation Vacances-Loisirs, Jouer et comprendre


08/11/2006

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