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Les peintres français Jean Siméon Chardin et Édouard Manet ont tous deux créé des peintures bien connues représentant des enfants soufflant des bulles à travers des tubes en forme de paille, bien que peints à plus d’un siècle d’intervalle. Ces représentations réalistes de la dynamique des bulles ont maintenant inspiré deux physiciens de l’Université Grenoble Alpes en France, qui ont mené leurs propres expériences sur les bulles de savon, pour en savoir plus sur les premières étapes de formation de la dynamique des bulles. Ils décrivent leurs résultats expérimentaux dans un article à paraître le 22 mai dans la revue Physical Review Fluids.
Les bulles peuvent sembler frivoles, mais il existe une physique sous-jacente complexe, et leur étude est depuis longtemps une science sérieuse. Dans les années 1800, le physicien belge Joseph Plateau a décrit quatre lois fondamentales de la tension superficielle qui déterminent la structure des films savonneux. La tension superficielle est la raison pour laquelle les bulles sont rondes ; cette forme a la plus petite surface pour un volume donné, elle nécessite donc le moins d’énergie pour être maintenue. Au fil du temps, cette forme ressemblera plus à un ballon de football qu’à une sphère parfaite car la gravité tire le liquide vers le bas (« grossissement »).
Plus récemment, des physiciens français ont élaboré en 2016 un modèle théorique du mécanisme exact de formation des bulles de savon lorsque des jets d’air frappent un film savonneux. Les chercheurs ont découvert que les bulles ne se formaient qu’au-delà d’une certaine vitesse, qui dépend de la largeur du jet d’air. En 2018, nous avons rapporté comment les mathématiciens du laboratoire de mathématiques appliquées de l’Université de New York avaient affiné la méthode pour souffler la bulle parfaite sur la base d’une série d’expériences avec des films minces et savonneux. En 2019, des physiciens du MIT et de l’Université de Princeton ont démontré comment développer uniformément des bulles sphériques en les confinant dans un tube étroit. L’interaction entre les parois du tube et la bulle rend l’ensemble du système moins sensible aux irrégularités des conditions initiales.
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En 2020, les physiciens ont déterminé qu’un ingrédient clé pour créer des bulles gigantesques est le mélange de polymères de différentes longueurs de brins. Cela produit un film de savon capable de s’étirer suffisamment pour former une bulle géante sans se casser. La variation de la longueur des brins de polymère a donné un film de savon plus solide. L’année dernière, des physiciens français ont créé des « bulles éternelles » à partir de particules de plastique, de glycérol et d’eau. La bulle la plus durable a survécu pendant 465 jours.
Idéalement, les scientifiques aimeraient pouvoir former des bulles de taille et de forme uniformes, comme les gouttelettes de liquide qui se forment à partir d’un robinet qui goutte. Cela pourrait aider à contrôler la formation de gouttes et de bulles dans des applications telles que la microfluidique, l’impression à jet d’encre ou l’imagerie médicale. Les gouttelettes et les bulles commencent par l’écoulement de l’eau ou de l’air qui s’allonge dans un col, puis se pincent du flux principal pour s’effondrer en sphères. C’est ce qui se passe chaque fois que vous plongez une baguette soufflante dans la solution à bulles et que vous soufflez doucement à travers le film qui se forme le long de l’anneau.
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Mais la formation de gouttelettes et de bulles sont des processus physiques inverses. La formation de gouttelettes sur un robinet qui goutte est un processus universel d’un point de vue physique. Cela signifie que les gouttelettes auront une taille et un espacement assez uniformes, même s’il existe des différences dans les conditions initiales, telles que la viscosité de l’eau, la tension superficielle ou la taille de l’ouverture du robinet. Cependant, mélangez de l’air ou du gaz dans une grande cuve de liquide (comme injecter de l’air dans un jacuzzi), et des bulles se formeront de manière plus aléatoire et dispersée.
Marc Grosjean et Elise Lorenceau, co-auteurs de ce dernier article, ont voulu en savoir plus sur les facteurs sous-jacents à la formation des bulles, en particulier dans les premiers stades moins étudiés. Ils étaient particulièrement intrigués par les bulles qui persistent lorsqu’elles sont attachées à un tube en forme de paille au lieu de se pincer, comme le montrent les peintures de Chardin et Manet. Celui de ce dernier Garçon soufflant des bulles (1867) représente un garçon – modelé par le fils illégitime de la future épouse de Manet, qui apparaît dans plusieurs autres œuvres de l’artiste – soufflant des bulles de savon, à l’époque un symbole commun de la nature éphémère de la vie. Parmi les influences de Manet figurait celle de Chardin Bulles de savon peintures; il existe trois versions peintes entre 1733 et 1734. Il y a aussi un petit garçon faisant des bulles dans Chardin La lavandière.