Tensions de surface
1 Ph´nom`nes capillaires e e

Lors de son voyage lunaire, le Capitaine Haddock fait une exp´rience remarquable. Il observe e qu’une goutte d’eau (certes un peu alcolis´e) en apesanteur est sph´rique (Fig. 1) : le liquide e e minimise ainsi son ´nergie de surface. Les mol´cules d’une phase condens´e (solide ou liquide) e e e sont en effet soumises ` des forces coh´sives avec leurs voisines. Cr´er une interface revient a e e donc ` perdre une partie des cette ´nergie de coh´sion, cette ´nergie ` payer est l’´nergie de a e e e a e surface Es . Elle est proportionnelle ` l’aire de l’interface A et ` un coefficient γ d´nomm´ a a e e tension de surface : Es = γA Cette tension de surface est ` l’origine des ph´nom`nes capillaires sont omnipr´sents ` l’´chelle a e e e a e submillim´trique: formation des gouttes de pluie, mouillage (ou non-mouillage) d’un substrat e par un liquide, mont´e de m´nisques sur des solides impr´gnation des mat´riaux poreux ou e e e e sustentation d’insectes ` la surface d’une mare. L’objectif de ce TP est de mesurer cette a quantit´ par les techniques les plus courantes. En toute rigueur, une tension de surfaces e met en jeu les deux compos´s pr´sents de part et d’autre de l’interface, liquide/gaz, liquide e e 1/liquide 2, liquide/solide ou solide/gaz. La diff´rence entre ces valeurs dicte par exemple le e mouillage d’un solide par un liquide. Nous nous limiterons ici ` la mesure de la tension de a surface entre certains liquides et l’air que nous noterons simplement γ. Son unit´ de mesure e est le N/m o` J/m2 . u

Figure 1: Exp´rience du Capitaine Haddock e Note sur les angles de contact G´n´ralement une goutte de liquide d´pos´´ sur un solide ne s’´tale pas compl´tement (on e e e ee e e parle dans ce cas de mouillage partiel. On observe alors une calotte sph´rique caract´ris´e e e e par un angle de contact θ (Fig. 2). Cet angle est li´ aux tensions de surfaces entre le liquide, e l’air et le solide, via la relation de Young