« Expériences autour de l’eau » : Jour 3 ou l’eau se met en boule

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Il  y a parfois des termes TRÈS compliqués, qui cachent des choses TRÈS compliquées, mais que l’on peut fabriquer TRÈS simplement.

Une surface “hydrophobe” est une surface qui “a peur de l’eau”. Lorsqu’on va poser une goutte d’eau dessus, elle ne va pas s’étaler, mais au contraire, rester bien ramassée sur elle-même. Par exemple, les poêles recouvertes d’un revêtement noir (les poêles “Tefal” par exemple), ont une surface hydrophobe :

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A gauche, une goutte sur une poêle sans revêtement hydrophobe, à droite, avec revêtement : la goutte s’étale nettement plus à gauche !

Déposer une goutte sur une surface, c’est d’ailleurs LA méthode pour mesurer l’hydrophobie : moins elle s’étale, plus la surface est hydrophobe !

Essayez ! vous aurez peut-être des surprises ! Prenez par exemple  :
– un tissu un peu épais bien tendu,
– une poêle “Tefal”,
– un jouet en plastique
– l’écran d’un smartphone tactile (si son propriétaire est d’accord !)
– un morceau de bois …

 Et envoyez vos plus belles photos, elles seront publiées sur Kidiscience !

Les surfaces hydrophobes, c’est bien. Les surfaces ULTRA hydrophobes, c’est mieux ! Certains matériaux repoussent tellement l’eau, qu’elle ne s’étale plus du tout sur la surface, et forme des gouttes quasiment sphériques ! Dans la nature par exemple, on peut observer ce phénomène au niveau des feuilles de lotus :

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Ça te dirait de passer maintenant aux travaux pratiques, et de réaliser toi-même une surface ultra-hydrophobe ?

L’expérience : réaliser une surface ultra-hydrophobe

Note préliminaire : cette expérience est à réaliser sous contrôle d’un adulte.

La recette est simple, il te faut :
– Une plaque de verre bien plate (comme le fond d’un plat à gratin par exemple), bien propre, et bien sèche,
– Une bougie allumée.

En approchant la plaque de verre de la flamme, en l’étouffant presque, de la suie se dépose sur le verre (attention à ne pas te brûler bien sûr !).
Recouvre la plaque d’une couche bien noire, bien uniforme de suie… Et c’est prêt !!

Pour tester la surface, il suffit de faire tomber délicatement une goutte d’eau sur la suie. Elle va rester quasiment sphérique, et si tu inclines la surface, elle va tout simplement rouler dessus, sans rien mouiller !

Voici une petite vidéo, qui te montre comment procéder.

Voilà le résultat : une jolie bille d’eau sur la suie !

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Le seul problème, c’est que le revêtement de suie est fragile, et se décolle : l’eau transperce la couche, et s’étale entre la suie et le verre. Mais comme cette surface est facile à refaire, on peut s’amuser de longs moments !!

Quelques explications :

En sciences physiques, tout est une question d’équilibre. Plusieurs phénomènes ont lieu lorsqu’on dépose une goutte sur une plaque :

  • Les molécules qui constituent l’eau s’attirent entre elles, et c’est la raison pour laquelle l’eau ne s’étale jamais totalement ! Elle “préfère” rester ramassée sur elle-même.

  • La gravité, au contraire, fait que l’eau tombe. Et devrait s’étaler au maximum sur la surface, pour être le plus bas possible.

  • Plus la surface est hydrophile (c’est-à-dire qu’elle “aime l’eau”), plus l’eau va s’étaler : les molécules d’eau sont attirées par la surface.

  • Plus la surface est hydrophobe (qui craint l’eau), moins l’eau va s’étaler : les molécules d’eau vont être repoussées par la surface.

Pour les deux premiers points, on ne peut pas faire grand chose.

Par contre, on peut choisir des surfaces, constituées de molécules qui vont plus ou moins attirer ou repousser l’eau. Le téflon qui recouvre les poêles est très hydrophobes, grâce à la présence de nombreux atomes de fluor qui repoussent les molécules d’eau (un peu comme deux aimants se repoussent lorsqu’on ne les met pas dans le bon sens).

Par contre, le verre non traité est hydrophile, grâce aux nombreux atomes d’oxygène qui le constitue, et qui aiment les molécules d’eau (un peu comme deux aimants s’attirent, dans le bon sens cette fois !)

Un dernier paramètre est important pour l’hydrophobie, c’est la forme microscopique de la surface. Par exemple, les feuilles de lotus sont constituées de petits reliefs sur lesquelles l’eau ne peut pas bien s’accrocher : la goutte d’eau reste sous forme d’une boule, et glisse sur la surface !

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Ici , une goutte d’eau sur une feuille de lotus (il s’agit d’une reconstitution, non d’une image réelle). On voit l’intérêt : la goutte d’eau entraîne les poussières, mais glisse sur la feuille sans y adhérer, ce qui lave la feuille de lotus ! (Source Wikipédia)

La suie cumule les deux éléments de l’hydrophobie : elle est constituée quasi exclusivement de carbone, qui la rend hydrophobe, et en plus, elle présente une structure microscopique très irrégulière, avec plein de trou, un peu comme la feuille de lotus… Une parfaite surface ULTRA hydrophobe !!

Nous avions déjà un peu parlé de cette notion d’hydrophobie, hydrophilie dans quelques articles ICI (le lait qui joue avec les couleurs) et LA (capturer le brouillard)

A demain pour la suite…

 Texte : Mr Pourquoi –  Pourquoi le ciel est bleu
Dessin : Stéphanie DUBUT (Stef Comics)

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