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Les bulles de savon sont des objets « fragiles » apparemment simples qui nous sont familiers. Beaucoup de processus industriels nécessitent pourtant une connaissance approfondie de ces objets bien plus organisés qu'ils n'y paraissent. Nous montrerons qu'après le drainage de l'eau, les parois des bulles ont des structures très ordonnées dont on utilisera le fort potentiel d'auto-organisation pour confiner des nanoparticules de natures diverses, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles applications.
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Formation d'une bulle et d'un film1. Composants chimiques des bulles
Jean-Jacques BENATTAR est chercheur au CEA-Saclay-DSM
Il est très important de comprendre qu'une bulle ou, plus simplement, un film ne peut se former qu'en présence de molécules tensioactives. Il est totalement impossible de former une « bulle d'eau » ou même un film stable pendant plus de quelques fractions de seconde.
Pour faire des bulles ou des films, il est en effet impératif d'opérer avec une solution aqueuse contenant des savons ou, plus généralement, des tensioactifs au-dessus d'une certaine concentration, dite concentration micellaire critique (cmc) (encadré 1), au-delà de laquelle les molécules tapissent la surface de la solution avec laquelle le film va être formé.
Les tensioactifs, appelés encore détergents, agents actifs de surface ou surfactants (surface acting agent – les savons en font partie), sont des molécules amphiphiles, c'est-à-dire comportant deux parties antagonistes, une partie qui aime l'eau (hydrophile) et une autre qui la déteste (hydrophobe) (figure ). En fonction de leur structure et de leur composition, ces molécules ont un pouvoir émulsionnant, adoucissant, mouillant ou détergent.
Quand on ajoute progressivement des molécules tensioactives dans un solvant (par exemple l'eau comme dans la figure ), celles-ci vont d'abord commencer par migrer vers l'interface eau-air (surface de la solution) en exposant leur partie hydrophobe vers l'air et leur partie polaire vers la solution, de façon à « tapisser » l'interface ; lorsque l'interface est saturée en molécules (à partir d'une certaine concentration
appelée cmc – concentration micellaire critique), les molécules restent dans le liquide et s'organisent sous forme d'agrégats comportant de 30 à 100 monomères : les micelles. Les micelles (du latin mica : « parcelle ») sont des « agrégats » de molécules qui s'organisent de façon à exposer leur partie hydrophile vers l'extérieur en contact avec l'eau et à assembler les parties hydrophobes au centre de cet assemblage.
Le groupement lipophile, c'est-à-dire la partie hydrophobe, peut être issu de matières premières oléochimiques dérivées du colza, du tournesol, de la palme, etc. La partie hydrophile peut provenir de coproduits de l'industrie de l'amidon ou du sucre (betteraves à sucre, dérivés du maïs ou autres céréales). Ces molécules...
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