- Gouttelette
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Goutte (physique)
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Une goutte d'eau sur la feuille d'une plante fortement hydrophobe
GoutteEn physique, une goutte est une petite quantité de liquide où la tension de surface est importante.
Sommaire
Forme d'une goutte
Goutte dans l'air
Article détaillé : Forme d'une goutte de pluie.Pour une goutte d'eau de faible dimension (typiquement 1 mm), la tension de surface est la force dominante. Si elle est déposée sur une surface fortement hydrophobe, elle adopte une forme sphérique. Du point de vue des forces en présence (tension superficielle), cet état d'équilibre correspond à un minimum énergétique et à une structure où la somme des forces (lié à la tension superficielle) est nulle.
Pour une petite goutte où la tension de surface est la force principale, l'énergie est proportionnelle à sa surface. Or, pour un volume donné la forme géométrique qui minimise sa surface est une sphère et c'est donc la forme géométrique qui minimise l'énergie dans le cas de notre goutte. Ceci permet d'expliquer la sphéricité des petites gouttes.
Une argumentation équivalente basée sur les forces en présence permet d'arriver à ce même résultat. En effet la force lié à la tension de surface est proportionnelle à la courbure de la surface de la goutte (pression de Laplace). Sachant que l'équilibre mécanique correspond à une structure pour laquelle la résultante des forces est nulle. Or la seule forme géométrique qui offre une courbure constante sur toute sa surface est une sphère, c'est donc une structure pour laquelle la goutte est à l'équilibre.
Finalement, une goutte dans l'air, pour peu qu'elle soit suffisamment petite sera toujours sphérique, comme une bulle. En particulier, les gouttes de plus ont toutes un diamètre inférieur à 3 mm (la longueur capillaire) et sont toutes sphériques.
Goutte sur un solide
Il existe une très grande diversité de forme de goutte (sphérique, en larme, etc...). Ce sont les forces en présence (poids, tension de surface, force liée à la cinétique pour une goutte en mouvement) qui en déterminent la forme.
Un goutte statique déposée sur un solide peut être décrite de la même manière qu'une goutte dans l'air. Ainsi, si elle est suffisamment petite, la seule force qui détermine sa forme est la tension de surface. Par contre, l'angle de contact avec lequel la goutte repose sur le solide dépend des conditions de mouillage. Au final, la goutte aura donc une forme de calotte sphérique (voir figure ci-contre).
Forme d'une goutte déposée sur un liquide en fonction de sa taille (comparée à la longueur capillaire lc.Si la goutte d'eau est plus grande, typiquement d'une taille supérieure à la longueur capillaire, celle-ci est aplatie par la gravité et devient une flaque (voir figure ci-contre).
Goutte en mouvement
Lorsqu'une goutte est en mouvement, sa forme est beaucoup plus compliquée et dépend de la géométrie. Ainsi, une goutte qui tombe d'un robinet aura une forme de larme avant de se détacher et de prendre une forme sphérique.
Une goutte ruisselant sur une vitre pourra prendre des formes très différentes. À très faible vitesse, elle se déforme à cause de l'hystérèse de l'angle de contact. À très grande vitesse, la goutte pourra elle aussi se déformer et prendre la forme d'une larme voire déposer des gouttelettes derrière elle.
Émulsions
Le paradis des gouttes (et de leurs applications) se situe très probablement dans les émulsions. En effet une émulsion est une solution liquide ou gazeuse contenant des microgoutellettes en suspension. Les exemples les plus courants d'émulsions sont les nuages ou le brouillard (suspension de gouttelette d'eau dans l'air), la mayonnaise et les crèmes (suspension de goutelette d'huile dans une phase aqueuses), et toute forme de mousse (goutellette d'air dans une phase liquide) comme dans la crème chantilly, le bain moussant.
Des gouttelettes sont utilisées comme micro-réacteur chimique ou biochimique et des méthodes sont développées pour couper des gouttes, en mélanger le contenu, y contrôler une cristallisation ou une réaction chimique, etc.
Voir aussi
Bibliographie
- Gouttes, bulles, perles et ondes, P-G. de Gennes, F. Brochard-Wyart, D. Quéré, (Belin Echelles, 2002) (ISBN 2701140552)
Liens externes
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