Film Curieux n°2

Écoulements de Marangoni induits par des tensioactifs solubles

En bref

On injecte une solution de tensioactifs solubles dans de l’eau pure. Les écoulements de surface que l’on observe sont une manifestation macroscopique des propriétés de rhéologie de surface de la solution.

Quelques détails

La solution injectée contient des tensioactifs et de petites gouttes d’huile. Ces dernières permettent de visualiser les écoulements, en réfléchissant la lumière (l’expérience est éclairée par le dessus).

La concentration en tensioactifs est forte au point d’injection, et décroît à mesure qu’on s’en éloigne. Cela induit un gradient de tension de surface, qui donne lieu à un écoulement de surface. On parle d’effet Marangoni. Le disque noir que l’on observe correspond à cet écoulement de surface. Ce disque est d’autant plus large que la solubilité des tensioactifs est faible. L’arrêt de l’écoulement conduit à la génération des paires de tourbillons de surface, arrangées suivant un motif régulier le long du contour de l’écoulement.

L’écoulement observé dépend fortement des propriétés des tensioactifs, et cette expérience pourrait servir de contrôle qualité lorsque l’on cherche des alternatives biosourcées à des tensioactifs issus de la pétrochimie.

Références

sur le disque noir : M Roché, Z Li, IM Griffiths, S Le Roux, I Cantat, A Saint-Jalmes, H A Stone, “Marangoni flow of soluble amphiphiles”, Physical review letters (2014)

sur les tourbillons : Thèse de Gabriel Le Doudic (2022), “Écoulements solutocapillaires en présence d’échange interface-volume : génération de vorticité interfaciale et propulsion”