10. Les phénomènes de surface
10.J. Introduction
VI. Les fluides
225
L'expérience montre que les trois formes de la matière peuvent coexister, y compris pour une même substance (eau/glace/vapeur). On appelle «interface» les
surfaces qui limitent soit les différents états d'une même substance soit encore de
différentes substances non miscibles (goutte d'huile dans de l'eau). On parle ainsi
d'interface solide/solide, solide/liquide, solide/gaz, liquide/liquide, liquide/gaz.
Les gaz se mélangent parfaitement et il n'existe pas d'interface gaz/gaz.
Les interfaces solide/solide peuvent être illustrées par les différents grains accolés
la plupart du temps par des joints de grains de forme irrégulière (par exemple les
différents grains d'un granit). Par contre, dès que l'on observe les interfaces liquide/liquide, ou liquide/gaz, celles-ci prennent systématiquement des formes géométriques simples: surface d'eau plane, gouttes d'eau ou bulles sphériques, etc.
Ces formes spécifiques résultent de l'existence de forces s'exerçant sur les interfaces et dont l'origine est microscopique. Si on regarde la figure 20 symbolisant
l'interface entre un liquide et un gaz, il est clair que les molécules se rassemblent
sous forme compacte dans le liquide sous l'effet des forces d'interaction moléculaires.
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--~o 0 ü 0 ü 0 o 0 o 0 ô°0°o 0 00üC?o 0 o~o°O~oC?OO
00000000000000000
Figure20.
Dans le liquide, ces forces sont plus importantes que dans le gaz. Une molécule A
profondément enfoncée dans le liquide subit de la part de ses voisines des forces
moléculaires importantes mais dont la résultante est nulle. Une molécule du gaz
éloignée de l'interface, subit essentiellement de la part de ses voisines des forces
moléculaires moins importantes que celles qui caractérisent le liquide mais dont la
résultante est également nulle. Une molécule située au voisinage immédiat de
l'interface, subit cependant une force d'attraction plus importante de la part du
liquide que de la part du gaz. Elle est donc soumise à une force qui l'empêche de
quitter le milieu liquide. Remarquons également que ces forces ont naturellement
tendance à diminuer l'aire de l'interface liquide/gaz.
10.2. Mise en évidence et définition de la tension superficielle
Pour mettre en évidence l'existence des tensions superficielles, nous considérons
un cadre rectangulaire dont l'un des côtés AB peut être mobile. Il est possible de
10.J. Introduction
VI. Les fluides
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L'expérience montre que les trois formes de la matière peuvent coexister, y compris pour une même substance (eau/glace/vapeur). On appelle «interface» les
surfaces qui limitent soit les différents états d'une même substance soit encore de
différentes substances non miscibles (goutte d'huile dans de l'eau). On parle ainsi
d'interface solide/solide, solide/liquide, solide/gaz, liquide/liquide, liquide/gaz.
Les gaz se mélangent parfaitement et il n'existe pas d'interface gaz/gaz.
Les interfaces solide/solide peuvent être illustrées par les différents grains accolés
la plupart du temps par des joints de grains de forme irrégulière (par exemple les
différents grains d'un granit). Par contre, dès que l'on observe les interfaces liquide/liquide, ou liquide/gaz, celles-ci prennent systématiquement des formes géométriques simples: surface d'eau plane, gouttes d'eau ou bulles sphériques, etc.
Ces formes spécifiques résultent de l'existence de forces s'exerçant sur les interfaces et dont l'origine est microscopique. Si on regarde la figure 20 symbolisant
l'interface entre un liquide et un gaz, il est clair que les molécules se rassemblent
sous forme compacte dans le liquide sous l'effet des forces d'interaction moléculaires.
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Dans le liquide, ces forces sont plus importantes que dans le gaz. Une molécule A
profondément enfoncée dans le liquide subit de la part de ses voisines des forces
moléculaires importantes mais dont la résultante est nulle. Une molécule du gaz
éloignée de l'interface, subit essentiellement de la part de ses voisines des forces
moléculaires moins importantes que celles qui caractérisent le liquide mais dont la
résultante est également nulle. Une molécule située au voisinage immédiat de
l'interface, subit cependant une force d'attraction plus importante de la part du
liquide que de la part du gaz. Elle est donc soumise à une force qui l'empêche de
quitter le milieu liquide. Remarquons également que ces forces ont naturellement
tendance à diminuer l'aire de l'interface liquide/gaz.
10.2. Mise en évidence et définition de la tension superficielle
Pour mettre en évidence l'existence des tensions superficielles, nous considérons
un cadre rectangulaire dont l'un des côtés AB peut être mobile. Il est possible de