II. Forme

Il y a beaucoup d’éléments qui adoptent une forme géométrique stable. Une bulle de savon forme une sphère parfaite, lisse à l’échelle atomique et très peu déformable. Ainsi on comprend que la surface d’un liquide est donc comme une membrane tendue, caractérisée par une tension superficielle (ou tension de surface), qui s’oppose à ses déformations.

A) Formation d'une bulle de savon

La tension superficielle ou énergie de surface, est la tension qui existe à la surface de séparation de deux milieux.

Ce phénomene peut être comparer au gonflage d'un ballon de baudruche mis a part que le film d'eau savonneuse est constitué de liquide et que l'énergie mise en jeu pour gonfler le ballon de baudruche est plus importante.

Une bulle de savon se forme donc grâce à du savon, en effet, lorque l'on souhaite former une bulle de savon, on doit étirer sa surface et donc l'agrandir. Pour celà, nous avons besoin d'avantage d'énergie puisque nous avons besoin d'un nombre plus important de molécule sur l'interface.

Dans le cas d’une bulle de savon, qui est une mince couche de liquide emprisonnant une poche de gaz (air), celle-ci garde sa cohésion grâce à la tension superficielle.

B) Pourquoi une bulle de savon est-elle ronde ?

Pour le liquide savonneux la forme stable est une goutte sphérique. Une bulle est un système hors d’équilibre donc instable : à la moindre petite fuite, elle se déchire et redevient une goutte.

C’est pour cela que les bulles ont une durée de vie aussi limitée et qu’elles éclatent aussi facilement à la moindre perturbation.

Elles sont formées par des gouttes de liquide savonneux et doivent donc subirent les effets de la tension superficielle et se plier à sa règle : minimiser l’aire de la surface totale.

Pour cela, elles doivent prendre la position la plus économique, celle qui minimise son état d’énergie, et engendrer une surface minimale.

Aussi, plus la taille de la surface est petite, moins l'on a besoin de molécules en surface et plus le système sera favorisé

Une bulle de savon tend donc naturellement à prendre la forme qui lui permet d'enfermer un volume d'air donné dans une surface minimale.

Le tabeau suivant nous indique que la surface la plus petite qui enferme un volume donné est la sphère.

Le cas d’une bulle de savon est particulier, car le liquide à la forme d’une pellicule et il y a donc deux surfaces de contact avec l’air, à l’intérieur et à l’extérieur de celle-ci. Le volume d’air emprisonné étant fixe, on retrouve le même principe que précédemment : ces surfaces devront être les plus petites possibles et compatibles avec le volume donné. La surface minimum autour du volume fixe est donc la sphère. Par conséquent, d’après ce qui a été dit, pour le liquide savonneux la forme stable est une goutte sphérique.

Nous venons de voir que la forme sphérique de la bulle est liée à une minimisation de l'énergie déployée lors de la formation, et donc à une recherche d'une forme contenant le volume le plus grand pour une surface donnée parmi tous les solides.

Etude de la durée de vie d'une bulle de savon en fonction de son périmetre :

Grâce à ce diagramme en batons, on constate que la durée de vie d'une bulle de savon dépend de son diamètre. En effet, moins le diamètre d'une bulle est élevé, et plus sa durée de vie sera longue, pour un même produit utilisé.