TPE - Les bulles de savon cristallisées
Lycée Fénelon Sainte-Marie - 1ère S - février 2015
Mathilde Jordan, Pauline Oldra, Augustin Rungeard, Charles Sauvage
Conclusion

En conclusion, la bulle de savon est composée d’eau entourée de molécules de tensio-actifs. Ces dernières favorisent la formation des bulles, ralentissent leur disparition et les empêchent d’éclater.


Nous avons constaté, grâce à plusieurs expériences, que les paramètres de taille, de capillarité et de pression influencent directement l’éclatement d’une bulle de savon. La tension superficielle et les forces de pression intérieures ou extérieures qui s’exercent sur cette bulle permettent sa cohésion globale. En outre, nous avons démontré que l’eau majoritairement présente dans cette bulle peut cristalliser sous forme de dendrites en raison de la sursaturation de l’eau dans la membrane.

Si la cristallisation de la bulle est prouvée comme étant « physiquement  possible » grâce à l’expérience, la démontrer à l’aide de calculs, au niveau d’études où nous sommes, s’avère particulièrement complexe.


Le sujet des bulles attire beaucoup les scientifiques comme, par exemple, le mathématicien suisse Steiner qui s'est lui-même inspiré des bulles de savon pour définir le problème d'optimisation dit "arbre de Steiner" (graphe qui recouvre un ensemble donné de points de l'espace métrique tel que la distance totale sur ses bords soit minimale). Un film de savon minimalise effectivement naturellement son aire entre des points donnés. 

Outre les nombreux théorèmes mathématiques et physiques qui s’appliquent à la bulle de savon, des réflexions actuelles sont engagées notamment dans le domaine appliqué de la prédiction environnementale. Le recours à l’analyse des bulles de savon a permis de comprendre le phénomène de mouvement des ouragans et du degré d’intensité des typhons.

Des physiciens du Laboratoire ondes et matière d'Aquitaine (CNRS/université de Bordeaux) ont réalisé une expérience peu commune: ils ont utilisé des bulles de savon pour modéliser les écoulements atmosphériques. En effet, l'étude détaillée de la vitesse de rotation des tourbillons sur les bulles a permis d'en tirer une loi qui régit de façon précise l'évolution de leur intensité et de proposer un modèle simple pour prévoir celle des cyclones.


En outre, l’attraction envers les bulles de savon n’est plus seulement limitée à la science ou à l’enfance  car elle touche également le domaine de la création et de l’art.

L’artiste Lana Agyan, s’inspirant des photos d’Anne Geddes, a revu l’interprétation traditionnelle du lit. Le prototype du lit « bulle » pour bébé de 0 à 5 mois (qui sera commercialisé en septembre prochain), n’est pas un jouet futuriste mais un lit cocon. Inspiré du culbuto russe « Nevalyashka » qui reproduit les émotions maternelles, il est en plexiglas recouvert d’un revêtement nanotechnologique spécifique permettant une meilleure transparence optique, repoussant la saleté, et pouvant être nettoyé sans utiliser de détergents chimiques. Dû à l’effet photocatalytique de nanoparticules de dioxyde de titane, contenues dans la base du polymère liquide, le revêtement dégrade la poussière, la pollution de l’air, et neutralise toute odeur, avec une simple exposition au soleil.

Au-delà de l’âge de 5 mois, il peut être utilisé pour ranger les jouets ou servir de balançoire intérieure.

Vidéo explicative de l'intéret de l'étude des bulles pour prévoir les typhons.

Les artistes et photographes Fabien Oefner (31 ans, suisse) et Angela Kelly (américaine) se sont tous deux intéressés aux bulles : l’un avec la création de la série Iridient, en 2012, où il saisit des bulles en train de se former ou d’exploser, l’autre au travers de photographies de bulles glacées réalisées lors des vagues de froids qui touchèrent les Etats-Unis.

Ces photos nous permettent, d’ailleurs, d’observer magnifiquement le phénomène physique de cristallisation des bulles de savon.
bulle de savon cristallisée filmée par sony.