(photo: D. Weaire, La Recherche) Films stabilisés par des tensioactifs (ou protéines, particules..) Bord de Plateau MOUSSES AQUEUSES.

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1 (photo: D. Weaire, La Recherche) Films stabilisés par des tensioactifs (ou protéines, particules..) Bord de Plateau MOUSSES AQUEUSES

2 Newton 1704 Couleur des films de savon Kelvin 1884 Forme des bulles Plateau 1873 Films de savon

3 Mousses Cosmétiques Mousses alimentaires

4 Mousses anti-incendies Mousses détergentes

5 Mousses de polymères élastique dure

6 Mousses métalliques Mousses de verre

7 Propriétés géométriques des mousses Energie du système = tension superficielle  x Aire totale Aire des bulles minimale Et à 3D ? Cas idéal : bulles identiques et fraction d’eau négligeable (mousse “sèche”)

8 Science Classics 94’

9 Lois de Plateau mousse sèche (bulles polyédriques) Éléments : - films - arêtes ou bords de Plateau - noeuds - 3 films en 1 arête - 4 arêtes en 1 nœud - angles du trièdre r noeud bord de Plateau

10 Empilement désordonné de sphères  ~ 0,36  = Volume du liquide Volume de la mousse Fraction liquide: Analogies avec les milieux granulaires Mousse sèche “solide ”, module élastique G ~  /R ~ 100 Pa “fond” facilement

11 Le Tensioactif Tensioactif : Chaîne carbonée, insoluble dans l’eau Tête polaire, soluble dans l’eau

12 N + -CH 3, Br - CH 3Tensioactifs partie hydrophobe partie polaire Exemples eau air monocouche eau micelle C 12 DTAB CiEjCiEj C 12 CiCi SDS SO 4 -, Na + CH 3 (CH 2 -CH 2 -O) j H

13 Oil on Water To William Brownrigg London, Nov. 7, 1773. there the Oil tho' not more than a Tea Spoonful produced an instant Calm, over a Space several yards square, which spread amazingly, and extended itself gradually till it reached the Lee Side, making all that Quarter of the Pond, perhaps half an Acre, as smooth as a Looking Glass. Amortissement dû à l’élasticité de surface de la couche monomoléculaire d’huile Benjamin Franklin Amortissement des ondes de surface par les tensioactifs

14 Les films de savon

15 Balance à film Pression de disjonction  d =  P = Pg - P L  à l’équilibre

16 Stratification

17 Confinement de sphères entre surfaces D’après J.Israelachvili Intermolecular and surface forces

18 Importance du confinement Implications importantes Micro et Nanofluidique (minilaboratoires) Si le rapport Surface/Volume est grand, les propriétés de surface deviennent dominantes Autre exemple : Colloïdes fluorescents B.Dubertret, ESPCI Diamètre 2nm 6nm

19 Les Mousses

20 Bulles polyédriques Bulles sphériques g ( photo D.Durian, UCLA)

21 Drainage des Mousses  Fraction liquide contenue dans les films négligée  Forces en jeu: capillarité, gravité, dissipation visqueuse mousse = réseau interconnecté de canaux milieu poreux avec pores variables

22 Etude par diffusion multiple de la lumière Intensité transmise: I t ~ d/  1/2 d: taille des bulles  : fraction de liquide valable lorsque L >20d

23 Drainage forcé: principe Description plus simple du drainage : onde soliton Z VfVf QQQQQ Vs = Q/S

24 Modèle du Trinity College (1993) Écoulement Poiseuille dans un canal Modèle de Harvard (1999) Écoulement bouchon dans un canal Dissipation visqueuse dans les canaux. Dissipation visqueuse dans les noeuds. Transitions dues à l’élasticité ou à la viscosité de surface à clarifier  VQVQVQVQ1/2 VQVQVQVQ1/3

25 Solutions mixtes SDS / dodécanol rapport des masses: K = m SDS /m dod le dodécanol augmente la viscoélasticité de surface surfaces mobiles surfaces rigides K grand K petit M.Durand, G.Martinoty, DL, PRE 99

26 Rhéologie des mousses Dilatance Cisaillement entre deux plaques La mousse se comporte comme un sable mouvant, l’eau est aspirée dans régions cisaillées

27 Rupture des films Un mécanisme possible : fluctuations de densité des monocouches contrôlé par l ’élasticité de la couche de tensioactif °° °° °° °° ° ° ° ° °°° °°° Problème loin d’être clair pour l’instant, sans doute plusieurs mécanismes différents, suivant la mousse (ex : antimousses)

28 Conclusions Les mousses sont des systèmes intrinsèquement instables dont le comportement est très riche : drainage, mûrissement, rhéologie, destruction … Leurs propriétés sont très liées à celles des films de savon Ces derniers sont des systèmes modèles de confinement Un domaine de Nanofluidique à explorer ! La Microgravité permettra d’étendre le domaine de mesure (fraction liquide, autres espèces stabilisantes) Un grand merci à mes collaborateurs, et parmi eux : Marc Durand Mahassine Safouane Cesar Marquez Sébastien Marze Hernan Ritacco Et tout spécialement Arnaud Saint Jalmes