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LA TENSION SUPERFICIELLE
Qu'est-ce que la tension superficielle?
Dans le cadre de l'étude des gouttes de liquide, de leur forme et de leur taille, nous avons du étudier une force appelée tension superficielle (encore appelée tension interfaciale, ou tension de surface).
Il existe différents tests pour prouver la présence de la tension superficielle, notamment un test très simple à réaliser chez soi, qui consiste à faire flotter un trombone sur l'eau grâce à la tension superficielle de cette dernière.
En effet, même si on pourrait tout d'abord être tenté d'expliquer ceci par la poussée d'Archimède, cette réaction ne peut s'expliquer par cette force, puisque l'on ne peut voir les effets de la la poussée d'Archimède que sur les solides de densité plus faible que l'eau. Or, le trombone composé d'acier est plus dense que l'eau. Ce qui veut dire que la poussée d'Archimède n'intéragie pas avec le trombone et que cette expérience est une preuve parmis tant d'autre de l'existence de la tension superficielle.
Nous avons par la suite, dans notre expérimentation, rajouter du liquide vaisselle. Le liquide vaisselle est connu pour avoir des propriétés tensioactives, c'est-à -dire qu'il abaisse la tension superficielle. Après avoir ajouté le liquide vaiselle, on observe tout simplement que le trombone coule: la tension de surface est donc à l'origine de ce phénomène.
Ainsi, on retrouve la tension interfaciale quand on observe la surface d'un liquide dans un récipient en verre. On observe que le liquide tente de "grimper" le long des parois du récipient. Ce phénomène, appelé capillarité, est encore plus visible quand on utilise des tubes fins en verre, aussi nommés capillaires. Selon la valeur de la tension superficielle, et de la longuer du rayon du tube capillaire, le liquide étudié va plus ou moins mouiller et donc "grimper" ou non sur les parois latérales du capillaire. Il est intéressant de noter que la courbure à la surface du liquide, appelé ménisque, peut être plus ou moins concave ou convexe en fonction de la tension superficielle.
La tension superficielle est aussi utilisée par la nature, comme on peut le voir avec l'exemple des gerris, insectes plus communément appelées araignées d'eau, qui se servent de la tension superficielle de l'eau, de leur faible masse, ainsi que des poils hydrophobes (que l'eau ne mouille pas) présents sur leurs pattes pour flotter sur l'eau et mener une existence plus ou moins paisible.
Dans tous les liquides, chaque molécule subit l’attraction de ses voisines proches. Cette attraction est électrostatique est elle appelée force de Van der Waals. Le résultat de ces forces d'attractions est nulle à l'intérieur d'un liquide. Mais à la surface, ces forces ne s'annulent pas, en effet les molécules d'eau situées à la surface d'un liquide n'attirent pas l'air. Le résultat des forces à la surface est donc dirigée vers l'intérieur du liquide puisque les molécules vont se lier plus fortement avec leur voisines. C'est ainsi grâce à ce phénomène que la tension superficielle est créée, que les gouttes ont une forme sphérique, et qu'elle ne s'étale pas. L'énergie de la tension superficielle se calcule en J/m², en N/m, ou plus rarement en dyne/cm.
Concrètement, la tension superficielle ne permet pas simplement de faire flotter des trombones, elle permet d'expliquer un grand nombre de phénomènes de la vie de tous les jours, et peut s'appliquer à énormément de domaines:
Ces cas de figures ne sont que de simples exemples de l'application de la tension superficielle comme tant d'autres, car chaque jours, nous avons affaire à la tension de surface sans nous en rendre compte: les canards, pour ne pas mouiller leurs plumes, les enduises d'une substance grasse (donc hydrophobe); lorsque nous lavons nos assiettes, nous utilisons du liquide vaiselle pour diminuer la tension superficielle de l'eau, et donc laver de manière plus efficace; nous ressortons de la douche les cheveux tous raides, et ce même si nos cheveux sont plus ou moins ondulés, puisque les films d'eau enveloppants les cheveux fusionnent entre eux afin d'exposer le moins de surface à l'air libre; un chateau de sable va tenir debout parce que les grains de sable humides vont s'accrocher entre eux grâce à la tension superficielle; les peintres en bâtiment et les imprimeries, afin de minimiser la dose nécessaire des peintures et encres utilisées en grandes quantités, tout en gardant leurs efficacités, se servent des produits à propriétés tensioactives pour abaisser la tension interfaciale, et donc appliquer plus facilement l'encre et la peinture; l'Homme aussi est directement exposé à la tension superficielle, puisque la dilatation des poumons requiert un travail considérable. En effet, la tension de surface présente dans le liquide recouvrant la surface des alvéoles pulmonaires est très élevée. Le surfactant sécrété par des cellules sécialisées réduit la tension superficielle à la surface interne des alvéoles pulmonaires, et par conséquent facilite la dilatation des poumons.
Conclusion:
Nous savons maintenant ce qu'est exactement la tension superficielle, comment est-ce que l'on peut la mettre en évidence, et quelques exemples d'applications de celle-ci comme par exemple avec le phénomène de capillarité décrit auparavant. Mais ce que nous ne savons pas encore, et qui va être primordial dans notre TPE, c'est de savoir comment mesurer cette force.