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"Depuis plus de 100 ans, des particules sont utilisées pour stabiliser les émulsions et les mousses", indique Anand Bala Subramaniam, chercheur à Harvard. "Cependant, nous avons démontré que non seulement les particules sont utiles pour conserver les bulles plus longtemps, mais aussi qu'elles en changent fondamentalement les propriétés. Au lieu de se comporter comme une surface fluide qui s'écoule pour équilibrer des tensions inégales, 'l'armature' de particules sur la surface des bulles contrebalance en fait les tensions inégales inhérentes à des formes non sphériques".
D'abord des saucisses...
La tension superficielle donne à toutes les bulles leur forme parfaitement sphérique en minimisant la surface pour un volume donné. D'ordinaire, si deux bulles fusionnent, le produit est une bulle plus grande mais toujours sphérique. Mais quand des particules sont fortement ancrées à leur surface, c'est une bulle stable en forme de saucisse qui se forme après la réunion.
"La bulle veut réduire sa surface en retrouvant une forme sphérique, mais l'ancrage fort des particules l'en empêche", explique Bala Subramaniam. "Les particules sont fermement tassées et poussent fortement les unes contre les autres, ce qui permet à la surface de la bulle d'équilibrer les forces induites par une forme non sphérique".
Puis des haricots
Bien que les particules soient comprimées, elles ne sont cependant pas complètement collées les unes aux autres, ajoute Bala Subramaniam. C'est cette absence de liens permanents qui a permis aux chercheurs de réorganiser et de remodeler les bulles initialement en forme de saucisse en des formes de haricots, de disques ou de tores.
Le phénomène de bulles irrégulières est observé dans la nature; les bulles d'air dans l'eau océanique sont souvent non sphériques, elles sont déformées par des impuretés superficielles. Le concept peut aussi être utile pour mieux comprendre le fonctionnement d'autres systèmes tels que les membranes biologiques.
Bala Subramaniam et son équipe ont démontré la généralité du phénomène qui est compatible avec un large éventail de types de particules, comprenant le polystyrène, le polymethylmethacrylate, l'or et l'oxyde de zirconium. Une grande diversité dans la taille des bulles a également été constatée, les plus grandes bulles "blindées" pouvant atteindre environ 10.000 fois la taille des plus petites.
La capacité à faire varier la forme des bulles ou des gouttes dans des produits comme les crèmes glacées, les mousses à raser ou diverses crèmes peut fournir un moyen de modifier la consistance ou la texture de ces produits. Les bulles non sphériques pourraient aussi trouver des applications en médecine en tant que transporteurs de médicaments ou de vitamines à l'intérieur du corps.