Tout le monde aime les bulles, quel que soit leur âge — plus c’est gros, mieux c’est. Mais pour souffler de très grosses bulles à l’échelle d’un record mondial, il faut un mélange de bulles très précis. Les physiciens ont déterminé qu’un ingrédient clé est le mélange de polymères de longueurs de brins variables, selon un nouvel article dans Physical Review Fluids. Cela produit un film de savon capable de s’étirer suffisamment fin pour faire une bulle géante sans se casser.

Les bulles peuvent sembler frivoles, mais il existe une physique sous-jacente complexe, et leur étude a donc longtemps été 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 moindre surface pour un volume donné, elle nécessite donc le moins d’énergie pour se maintenir. Au fil du temps, cette forme commencera à ressembler davantage à un ballon de football qu’à une sphère parfaite, car la gravité tire le liquide vers le bas (« grossissement »).

Les bulles et les mousses restent un domaine de recherche actif. Par exemple, en 2016, des physiciens français ont élaboré un modèle théorique pour le mécanisme exact de la formation de bulles de savon lorsque des jets d’air frappent un film savonneux. Ils ont constaté que les bulles ne se formaient qu’au-dessus d’une certaine vitesse, qui dépend à son tour de la largeur du jet d’air. Si le jet est large, il y aura un seuil plus bas pour former des bulles, et ces bulles seront plus grandes que celles produites par des jets plus étroits, qui ont des seuils de vitesse plus élevés. C’est ce qui se passe, du point de vue physique, lorsque nous soufflons des bulles à travers une petite baguette en plastique: le jet se forme à nos lèvres et est plus large que le film savonneux suspendu dans la baguette.

En 2018, nous avons rapporté comment des mathématiciens du Laboratoire de mathématiques appliquées de l’Université de New York avaient affiné la méthode pour souffler encore plus la bulle parfaite sur la base d’expériences similaires avec des films minces savonneux. Ils ont conclu qu’il est préférable d’utiliser une baguette circulaire avec un périmètre de 1,5 pouce et de souffler doucement à une vitesse constante de 6,9 cm / s. Soufflez à des vitesses plus élevées et la bulle éclatera. Utilisez une baguette plus petite ou plus grande, et la même chose se produira.

Mais qu’en est-il de souffler des bulles gigantesques ou des films de savon longs et minces qui peuvent s’étendre sur deux étages? Justin Burton, co-auteur du dernier article et physicien à l’Université Emory spécialisé en dynamique des fluides, a été intrigué par le sujet lors d’une conférence à Barcelone. Il a vu des artistes de rue produire des bulles géantes du diamètre d’un cerceau et aussi longues qu’une voiture.

Il était particulièrement intrigué par l’arc-en-ciel changeant de couleurs à la surface des bulles. Cet effet est dû aux motifs d’interférence créés lorsque la lumière se réfléchit sur les deux surfaces du film. Pour Burton, c’était aussi une indication que l’épaisseur du savon n’était que de quelques microns, soit à peu près l’équivalent de la longueur d’onde de la lumière. Il a été surpris qu’un film de savon puisse rester intact lorsqu’il était étiré si mince dans une bulle géante et a commencé à faire ses propres expériences, à la fois dans le laboratoire et dans sa propre cour.

En parcourant le Wiki sur les bulles de savon en accès libre, il a remarqué que la plupart des recettes privilégiées pour la solution à bulles comprenaient un polymère — généralement du guar naturel (un additif alimentaire épaississant courant) ou un lubrifiant médical (polyéthylène glycol).

En utilisant ces recettes comme guide, « Nous avons essentiellement commencé à faire des bulles et à les éclater, et nous avons enregistré la vitesse et la dynamique de ce processus », a déclaré Burton. « Se concentrer sur un fluide à ses moments les plus violents peut en dire long sur sa physique sous-jacente. »

Le but ultime était de déterminer les proportions parfaites pour qu’un mélange de bulles produise des bulles gigantesques: quelque chose avec un peu d’étirement, mais pas trop, où le fluide s’écoule un peu, mais pas trop — en d’autres termes, les Boucles d’or des mélanges de bulles.

Comme l’écrit Lissie Connors à Physics Buzz:

Pour leur expérience, les chercheurs ont créé divers mélanges d’eau, de savon et de polymères à longue chaîne pour faire leurs bulles. Malheureusement, souffler une bulle de 100 m3 est une mauvaise utilisation de l’espace de laboratoire et assez difficile à mesurer avec précision, de sorte que les films de savon ont été créés à l’aide d’une ficelle de coton et que l’épaisseur a été mesurée à l’aide de la lumière infrarouge. En plus de mesurer l’épaisseur, ils ont également suivi la durée de vie de chaque film.

Burton et son équipe ont conclu que ce sont les brins polymères qui étaient la clé de la production de bulles géantes, confirmant la sagesse collective en ligne. « Les brins de polymère s’enchevêtrent, quelque chose comme une boule de poils, formant des brins plus longs qui ne veulent pas se séparer », a déclaré Burton. « Dans la bonne combinaison, un polymère permet à un film de savon d’atteindre un « point doux » visqueux mais également extensible — mais pas si extensible qu’il se déchire. »

L’équipe a également constaté que la variation de la longueur des brins de polymère donnait un film de savon plus robuste. « Les polymères de différentes tailles deviennent encore plus enchevêtrés que les polymères de taille unique, renforçant l’élasticité du film », a déclaré Burton.  » C’est une découverte fondamentale de la physique. »

Vous pouvez trouver la recette de bulles géantes de Burton dans la barre latérale. Mais soyez averti: certains facteurs ne peuvent pas être contrôlés dans un environnement réel (contrairement à l’environnement de laboratoire de Burton), comme les niveaux d’humidité.

DOI: Fluides de revue physique, 2020. 10.1103/ PhysRevFluids.5.013304 (À propos des DOIs).