Des chercheurs de la Tokyo Metropolitan University ont résolu un mystère de longue date derrière le drainage du liquide de mousses. Les modèles de physique standard surestiment fortement la hauteur des mousses nécessaires pour que le liquide draine le fond. Grâce à une observation attentive, l'équipe a constaté que les limites sont fixées par la pression requise pour réorganiser les bulles, et non simplement pousser du liquide à travers un ensemble statique d'obstacles.
Leur approche met en évidence l'importance de la dynamique pour comprendre les matériaux doux. L'étude est publiée dans le Journal of Colloïd and Interface Science.
Lorsque vous pulvérez de la mousse sur un mur, vous verrez souvent des gouttelettes de liquide traînant par le fond. En effet, les mousses sont une collection dense de bulles reliées par des murs de liquide, formant un labyrinthe complexe de chemins interconnectés. Il est possible pour le liquide de voyager le long de ces chemins, laissant la mousse ou sucer du liquide qui est mis en contact avec la mousse.
Cette «limite d'absorption» est déterminée par une quantité connue sous le nom de «pression osmotique», qui reflète le changement d'énergie lorsque les bulles sont écrasées ensemble, modifiant la zone de contact entre le liquide et le gaz.
Ou c'est ce que les gens pensaient. Au fil des ans, les scientifiques ont été perplexes par de simples calculs qui montrent à quelle hauteur une certaine mousse doit être pour cette limite. Bien que la pression osmotique seule, déterminée à partir de tailles de bulles et de tension de surface, puisse montrer que vous avez besoin d'un mètre environ de hauteur de mousse avant que cette limite ne soit remplie, les chercheurs pourraient voir qu'une mousse de dizaines de centimètres de haut permettra facilement la fuite de liquide.
Des produits de nettoyage aux produits pharmaceutiques, les mousses font partie de la vie quotidienne; Pour concevoir des produits optimisés pour des applications spécifiques, par exemple les mousses qui résistent au drainage, il est essentiel que nous comprenions les mécanismes physiques au travail.
Une équipe dirigée par le professeur Rei Kurita de Tokyo Metropolitan University a examiné le drainage en mousses simples. L'équipe a utilisé divers tensioactifs pour créer une bibliothèque de différentes mousses avec différentes propriétés, les sandwichs entre les plaques transparentes et les tenir debout pour révéler ce qui se passe à l'intérieur pendant qu'ils s'écoulent, voire pas du tout.
Premièrement, ils ont découvert un comportement universel où la hauteur à laquelle commence le drainage est inversement proportionnelle à la fraction liquide de la mousse, indépendante du type de tensioactif ou de la taille de la bulle. Leur analyse de la limite donne une « pression osmotique efficace » à laquelle la limite d'absorption est remplie, « significativement plus faible » que ce qui est attendu de la taille des bulles et de la tension de surface.
Pour en revenir à la planche à dessin, l'équipe a regardé directement à l'intérieur de la mousse avec une caméra vidéo.
Pour les mousses qui viennent de se rendre au point de drainage, ils ont découvert que le liquide ne poussait pas simplement le dédale de connexions, mais faisant réorganiser les bulles elles-mêmes. Ils ont constaté que la limite où le drainage se produit est déterminée non pas par la tension de surface mais «la limite d'élasticité», la quantité de pression requise pour réorganiser les bulles. Surtout, ce modèle donne des hauteurs pour la vidange des mousses qui correspondent à la réalité.
Ce résultat bouleverse l'image fondamentale de la façon dont nous regardons le drainage en mousse, d'une image statique du liquide se déplaçant à travers les lacunes, à une image dynamique où les lacunes elles-mêmes peuvent se déplacer. L'équipe espère que leurs résultats inspireront de nouvelles perspectives sur le comportement des matériaux mous, ainsi que les approches de conception de meilleurs produits en mousse.
