TENSION SUPERFICIELLE
Bibliographie : Quaranta I p. 39 et suivantes ; p. 386 et suivantes Bruhat : Mécanique ; ch. 20 Fleury Mathieu : Mécanique Physique ; ch. 18 Pérez : Thermodynamique ; ch. 21 I INTRODUCTION 1.1 Origine microscopique Lorsqu'on compare les prévisions théoriques de la mécanique des fluides, notamment celles de la statique des fluides, à ce que l'on observe réellement, on constate dans certaines conditions des écarts importants. On interprète ces désaccords en introduisant des forces supplémentaires qui apparaissent à l'interface séparant le liquide du gaz environnant. Ces forces, appelées forces de tension superficielles, ont pour origine l'attraction moléculaire de type Van Der Waals dont l'énergie varie en r-6 (cf. Pérez : Electromagnétisme).

Alors qu'au sein du liquide les forces qui s'exercent sur une molécule proviennent principalement d'une douzaine d'autres molécules et se compensent par symétrie, il n'en est pas de même sur la surface ; ici, une molécule n'est soumise qu'aux actions d'environ six molécules dont la résultante est orientée vers le liquide. 1.2 Caractéristiques des forces de tension superficielles La non compensation des forces de Van Der Waals à l'interface liquide-gaz fait que cette interface est soumise à une force dirigée vers le liquide dont l'expression peut se mettre sous la forme r r F = A.l.n lr: longueur de l'interface n : normale à l'interface dirigée vers le liquide A : tension superficielle du liquide (mN.m-1) La constante A dépend du fluide qui surmonte le liquide ; si le fluide est un gaz, A varie peu. Par contre si le fluide est un liquide, A change complètement. L'expression ci dessus est valable pour une interface ; dans de nombreux cas, on sera amené à en considérer deux (lames minces, bulles …) → la force à prendre en compte sera alors 2.A.l Un calcul simple (cf. Pérez p. 385) montre que le travail de la force de tension superficielle peut se mettre sous la forme : W = A . S ou S est la surface de