L'écume c'est joli, mais la formation de cette mousse passagère à la surface de certains mélanges de liquides agités peut s'avérer très problématique pour leur écoulement et leurs propriétés. C'est le cas notamment des lubrifiants pour moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique,...) de voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...) électriques ou de certaines huiles utilisées dans l'industrie agroalimentaire. Bien que ce phénomène de moussage soit connu, aucune explication claire ni d'outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son...) pour contrôler son apparition n'ont jamais été donnés. Des chercheurs du PIC (Total/CRNS/Sorbonne Université/ESPCI) ont récemment trouvé l'origine de cet effet. Leurs travaux, publiés dans Physical Review Letters, permettent d'entrevoir des solutions pour contrôler le moussage et les problèmes d'écoulement et de lubrification dans de nombreux mélanges d'hydrocarbures.
On entend par écume la formation d'une mousse transitoire à la surface d'un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) agité. La mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) nous en donne de très beaux exemples, notamment au printemps (Le printemps (du latin primus, premier, et tempus, temps, cette saison marquant autrefois le...) lorsque les protéines organiques dues à la décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils...) du plancton (Homère désignait les animaux errant à la surface des flots par plankton, du grec...) sont très présentes. L'ébullition (L’ébullition est la formation de bulles lors d’un changement violent d’un corps...) d'un liquide sucré, comme la confiture, s'accompagne également d'une formation d'écume plus ou moins épaisse et durable liée à la cristallinité du sucre (Ce que l'on nomme habituellement le sucre est, dès 1406, une "substance de saveur douce...). Bien que le phénomène soit tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) autre et beaucoup moins bien compris, une couche d'écume peut aussi apparaître de façon imprévisible lorsqu'on agite un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) de liquides pourtant miscibles.
Un exemple très problématique est le moussage des mélanges d'huiles lubrifiantes utilisées dans les boites de vitesses des moteurs de voitures électriques. Comme on peut s'y attendre, une huile pure même secouée ne mousse pas. Dans ce cas, en effet, les films liquides formés entre les bulles d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) s'amincissent et se rompent si rapidement qu'on ne peut observer les bulles à l'oeil nu. En revanche, ce phénomène est considérablement ralenti dans certains mélanges de liquides pour lesquels on peut observer la formation d'écume. Des scientifiques du Laboratoire Commun PIC (Total/CNRS/Sorbonne Université/ESPCI) ont étudié ce phénomène et en donnent une explication quantitative à partir de mesures expérimentales et modélisation de la tension (La tension est une force d'extension.) de surface de ces mélanges en fonction de la concentration.
Un premier constat important est que les concentrations de chaque liquide du mélange sont très légèrement différentes entre le volume et la surface malgré leur miscibilité. Qui plus est, lorsque la tension de surface du mélange varie de façon non linéaire en fonction de la concentration d'une des deux liquides, le mélange aura tendance à mousser. Les chercheurs en déduisent un comportement de type "tensio-actif" du liquide à la plus faible tension de surface qui stabilise la formation de mousse transitoire sous agitation (L’agitation est l'opération qui consiste à mélanger une phase ou plusieurs...). Ces travaux, publiés dans Physical Review Letters, apportent un éclairage dans le domaine des écoulements de fluides complexes et devraient permettre d'améliorer les lubrifiants pour moteurs, l'écoulements du pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de...) dans les pipelines ou encore certaines transformations de l'industrie agro-alimentaire.
Quand mélanger fait mousser
Référence:
H.-P. Tran, M. Arangalage, L. Jørgensen, N. Passade-Boupat, F. Lequeux, and L. Talini,
Understanding Frothing of Liquid Mixtures: A Surfactantlike Effect at the Origin of Enhanced Liquid Film Lifetimes, Phys. Rev. Lett, 21 Octobre 2020. DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.178002