Flotte ou coule ?

Aujourd’hui, nous te proposons une petite expérience simple. Elle va te permettre de comprendre une des propriétés particulières de l’eau.
Voici en quoi elle consiste.

Matériel à réunir :
Un verre d’eau
Un petit morceau de papier absorbant (un petit bout de mouchoir par exemple)
Du liquide vaisselle
Une aiguille ou un trombone

Première partie de l’expérience
Découpe un petit morceau de papier absorbant un peu plus grand que la taille de ton aiguille ou trombone. Place ton objet dessus et dépose délicatement le tout sur la surface de l’eau.
Normalement, dans un premier temps, tu devrais observer ceci.
Le papier absorbe rapidement l’eau mais l’aiguille reste à la surface.
Après quelques temps, le papier gorgé d’eau tombe au fond du verre, tandis que l’aiguille est toujours bien en place à la surface de l’eau.
Tu peux observer la même chose avec le trombone.

Commentaire 
Tu vois donc qu’un objet en acier, matériau pourtant beaucoup plus dense que l’eau, se met à flotter ! Alors que, souviens-toi, dans ce précédent article et cette expérience, nous t’avions expliqué la poussée d’Archimède : elle permet de compenser le poids à condition que la densité de l’objet soit plus faible que celle de l’eau et l’objet flotte.
Donc logiquement ici un objet en acier devrait couler… ce n’est pas le cas ici, pourquoi ?

Suite de l’expérience
Maintenant, tu ajoutes quelques gouttes de liquide vaisselle à l’eau du verre et tu observes.

Que constates-tu ?
Très rapidement, et parfois même assez brusquement, l’aiguille (ou le trombone) « plonge » au fond du verre !

Une petite expérience filmée ici pour mieux te rendre compte !

Commentaire et explications 
Les objets choisis flottent sur l’eau jusqu’au moment où tu as ajouté quelques gouttes de liquide vaisselle.
Pour comprendre ce qui s’est passé, il faut aller voir du côté des molécules, celles de l’eau parce qu’elles ont une particularité : elles s’attirent beaucoup et sont très cohésives (cela signifie qu’elles ont tendance à se lier entre elles). En fait, nous t’avions déjà expliqué ce phénomène (c’est dans l’article « des phénomènes physiques dans la cuisine »).

Cette propriété explique aussi pourquoi les gouttes d’eau prennent souvent la forme d’une jolie sphère.

Bref, les molécules se lient entre elles et cette cohésion est encore plus forte en surface qu’au sein du liquide.
En effet, dans le liquide, chaque molécule subit l’attraction de toutes parts (en dessous, au-dessus, à droite, à gauche, devant, derrière) et les forces s’équilibrent tandis qu’en surface, les molécules n’ont rien au-dessus de leur tête, pas de voisine qui vient compenser les autres forces.

Conséquence : Les molécules de surface, cohésives créent donc une sorte de barrière, un film élastique et on comprend bien que la surface est « sous tension » : les molécules vont assez bien résister aux forces extérieures telles que le poids d’un petit objet (surtout s’il est réparti sur une grande surface, comme pour l’aiguille ou le trombone).
On appelle cette force de résistance des molécules de surface, la tension superficielle.
Elle explique pourquoi certains insectes arrivent à « marcher » sur l’eau…
Avec l’ajout de savon
Le savon, nous l’avions également expliqué dans un précédent article (« Comment le savon lave-t-il ?« ),  est une molécule possédant une partie qui aime se fixer aux molécules d’eau et une autre qui se fixe au gras.

Ainsi, en ajoutant du savon, les molécules d’eau vont alors être séparées par le savon :  donc la tension superficielle est abaissée… Les molécules ne sont plus assez liées pour s’opposer au poids de l’objet qui, plus dense, se met à couler.

Une dernière petite expérience ?
Prends deux verres : l’un rempli d’eau pure (ou presque 😉 , l’autre rempli d’eau avec quelques gouttes de liquide vaisselle. Dépose délicatement une jolie fleur (une pâquerette suffira) dans chacun d’eux.
Si tu attends suffisamment longtemps, tu verras que dans le verre d’eau pure (où les molécules de surface sont très liées),  la fleur n’est jamais recouverte d’eau.
L’autre finit par être submergée.

Voilà, maintenant tu as compris la notion de « tension superficielle » de l’eau. C’est une notion très importante qui a de multiples applications.

Pour la fabrication des peintures par exemple, il faut chercher à diminuer la tension superficielle : si elle est trop forte, la peinture s’étale mal.
Dans le domaine des antiseptiques, c’est la même contrainte. La tension superficielle doit être basse afin que le produit s’étale bien sur la blessure.
Le développement d’insecticides passe également par la recherche d’une faible tension superficielle : si cette dernière est trop élevée, le produit s’étale mal sur la feuille et forme des gouttes qui s’écoulent rapidement vers le sol.

Auteur : Pascale du blog « Le Monde et Nous »
Illustrations (Alien) : Stéphanie de Stefcomics