20 Février 2012

2012 : l'eau se fait mousser en micropesanteur

Au sol les mousses, comme la mousse de bière par exemple, ont une durée de vie courte du fait notamment du poids du liquide qui tend à les ramener dans la partie basse du récipient. La durée de vie des mousses peut être augmentée en ajoutant un « agent moussant » au liquide comme du savon dans l’eau par exemple. Mais en aucun cas, l’eau pure ne donne de mousse sur terre ! Il a été montré très récemment que la suppression du poids du liquide en micropesanteur permet d’obtenir une mousse d’eau pure, ce qui n’avait jamais été observé auparavant.
Image de mousse

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2012 : l'eau se fait mousser en micropesanteur.

Les mousses sont des dispersions d’air dans l’eau. Présentes dans la vie de tous les jours, elles peuvent tout aussi bien permettre de contrôler la texture des aliments ou des cosmétiques ou être un produit indésirable dans la production industrielle. Pour contrôler leur stabilité en vue de leurs applications très variées, il est important de pouvoir maîtriser les mécanismes à l’origine de la courte vie des mousses. Entrent en compétition :

  • le drainage (écoulement du liquide entre les bulles),
  • la coalescence (fusion de deux bulles),
  • et le mûrissement (transfert de gaz en raison de la différence de pression de gaz entre bulles voisines).

Afin d’étudier le mûrissement et la coalescence en s’affranchissant du drainage, des expériences ont été effectuées en microgravité, dans des vols paraboliques et dans la Station Spatiale Internationale (ISS). La possibilité de fabriquer des mousses et leur stabilité, au sol et en microgravité ont été comparées.

La figure ci-dessous montre le dispositif expérimental qui a été utilisé pour créer les mousses : un piston force la solution à travers un brusque rétrécissement de section permettant la fabrication de bulles.

Le dispositif a provoqué un résultat tout à fait inattendu mais que l’équipe scientifique a maintenant expliqué : l’existence de mousses d’eau pure en microgravité.

En effet, au sol, pour fabriquer de la mousse, on ajoute systématiquement un tensioactif (molécule type savon) qui protège les bulles contre le mûrissement et la coalescence.

En l’absence de tensioactifs (voir figure ci-contre (a), les inclusions d’air fusionnent instantanément et on n’observe pas de mousse d’eau.

Au contraire, en microgravité, un liquide bulleux a pu être observé après agitation d’eau pure (figure (b). Grâce à l’absence de drainage une quantité d’eau suffisante est maintenue entre les bulles et les empêche de s’approcher suffisamment pour coalescer.

Ce résultat est très prometteur car il montre que l’on peut observer des mousses contenant beaucoup d’eau (« humides ») sur des temps longs dans l’ISS.

Il sera alors possible d’étudier le phénomène de mûrissement (très lent, donc inaccessible en vol parabolique) avec des mousses humides et grâce à un dispositif beaucoup plus élaboré qui sera installé dans le Laboratoire d’Etude des Fluides (FSL) de la Station Spatiale Internationale (ISS) d’ici 2015. Ce mûrissement devrait s’avérer très différent de celui des mousses sèches observées au sol.

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