TENSION SUPERFICIELLE ET SURFACE D'UNE FEUILLE SUPERHYDROPHOBE:
Après avoir étudié la forme de la feuille de capucine, nous nous sommes demandés en quoi cette surface particulière permettait à la feuille de « repousser » les liquides. Nous avons alors pris connaissance de la tension superficielle. Toutefois, cette notion étant assez compliquée pour
notre niveau, nous ne l'avons pas totalement expliquée.
I/ Principe de la tension:
Un liquide, comme l'eau, est composé de plusieurs molécules s'attirant . A l'intérieur de ce liquide, les forces d'attraction s'exerçant sur les molécules s'annulent entre elles.
Cependant, à la surface du liquide, les forces des molécules en contact avec l'air ne peuvent se compenser, ce qui va attirer les molécules à l'intérieur et va consommer de l'énergie ( l'énergie d'interface , ou énergie de surface), qui sera plus grande en fonction de la surface du liquide.
Pour éviter de dépenser trop d'énergie, le liquide va alors tenter de prendre une forme sphérique, afin de réduire au maximum sa surface en contact avec les autres milieux . La tension superficielle est la force permettant au liquide de minimiser son énergie d'interface,et donc de prendre cette forme.
La tension superficielle pemet également de déterminer l'angle de contact entre le liquide et la surface sur laquelle il est posé, et ainsi la mouillabilité du liquide sur cette surface (la capacité du liquide à s'étaler sur la surface).
Tension superficielle s'exerçant sur un liquide posé sur une surface
Source:https://phyexpdoc.script.univ-paris-diderot.fr/projets_/sites_02_03_2/bulles/bulles.html
theta correspond à l'angle de contact.
Lorsqu'une goutte est posée sur une surface, trois tensions superficielles (ou tensions de surface) s'exercent sur elle :Les vecteurs y correspondent au trois tensions de surfaces différentes : solide/liquide , liquide/air et solide/air. Toutefois, deux d'entre elles s'annulent : solide/air et solide/liquide. La tension de surface correspond donc à la tension superficielle liquide/air ;
Lorsque la tension superficielle du liquide est supérieure à celle du solide, la goutte va prendre une forme sphérique. Les plantes superhydrophobes vont donc tenter de diminuer leur tension superficielle, grâce, en partie, à la cire sur leur surface.
Nous avons donc réaliser une expérience mettant en évidence la tension superficielle:
Trombone posé sur l'eau, avec et sans savon.
Nous l'avons réalisé nous-même. Il s'agit d"'une expérience sur la tension superfiCIelle (erreur lors du montage de la vidéo)
Lorsque le trombone est posé sur de l'eau sans savon, il flotte, car sa tension superficielle est inférieure à celle de l'eau.
En revanche, lorsqu'on ajoute du savon, la tension superficielle de l'eau diminue,et le trombone coule:
C'est donc la variation de la tension superficielle qui a déterminé si le trombone coulait ou non
II/ Loi de Cassie :
Toutefois, la cire seule ne suffit pas à expliquer la superhydrophobie des feuilles. Nous avons alors pris connaissance d'un phénomène appelé « Loi de Cassie ».
Selon Cassie, lorsqu'un liquide repose sur une surface crénelée (une succession de creux et de bosses, à l'échelle microscopique, comme observé précédemment sur la feuille de capucine), le liquide ne repose que sur les bosses et « flotte » sur une poche d'air au niveau des creux, ce qui permet d'augmenter l'angle de contact entre la surface et l'eau, c'est pourquoi on l'appelle également « l'effet fakir ».
Différence de forme d'un liquide en fonction de la rugosité de la surface sur laquelle il est posé
Source:https://lh4.ggpht.com/X79L1Dv-eGcyEqHfy2WCiu8xa37QfvgICwBcy76ik9KlgY1Cpyjw_RACSJBYIIgzshEnBw=s85
Or, la surface des plantes superyhydrophobes est parsemée de bosses, elles-même recouvertes d'autres bosses afin de minimiser davantage la surface. C'est donc cette loi qui va permettre en grande partie de faire diminuer la tension superficielle de la feuille, donc de donner à la goutte sa forme sphérique, qui va la faire glisser à la surface de la plante, et ainsi garder la feuille au sec.
De plus, la densité des papilles influe également sur l'efficacité : une forte concentration augmente l'effet lotus.