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Lire l’articleINTRODUCTION
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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Films colorés et films « noirs »2. Formation d'une bulle et d'un film
Les bulles sont obtenues en injectant de l'air sur un cadre trempé au préalable dans une solution d'eau savonneuse comme savent le faire naturellement les enfants. En réalité, les bulles sont approximativement des sphères constituées d'un film. Ce film, très mince (et qui le devient de plus en plus en se drainant), est stabilisé par une bicouche de molécules de savon mais, plus généralement, de molécules tensioactives amphiphiles (cf. § ) qui enserrent une lamelle d'eau liquide de grande épaisseur comparée aux molécules de la taille du nanomètre (figure ).
2.1 Rôle des molécules tensioactives : pourquoi un film d'eau n'est-il pas stable ?
Lorsque l'on essaie d'obtenir un film en trempant un cadre ou un anneau dans de l'eau pure, sous l'action de la gravité, aucun film d'eau ne résiste, car aucune force ne vient s'opposer au propre poids du film d'eau. Par contre, lorsque l'on utilise une solution savonneuse, il est très facile de former un film stable. Quelle est donc la différence entre les deux situations ? Elle réside en fait dans une notion très importante : l'abaissement de la tension superficielle par l'adsorption de molécules tensioactives à l'origine d'une pression de surface (appelée force de Langmuir – encadré 2) qui va s'opposer à la gravité [1] [2].
La tension de surface γ est définie comme la force qu'il faut appliquer le long d'une ligne de longueur unité perpendiculaire à la surface d'un liquide en équilibre pour provoquer l'extension de cette surface ou encore comme le travail exercé par cette force par unité de surface. Elle se mesure en newtons par mètre (N · m–1) équivalant à des joules par mètre carré (J · m–2), qui correspondent à une unité d'énergie de surface.
On peut définir cette énergie d'interface comme le surplus d'énergie chimique par rapport au cas où ces molécules se trouveraient à l'intérieur du liquide et non à sa surface. Cette tension de surface résulte de forces s'exerçant vers le...
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