Evian

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Comment faire vivre une bulle le plus longtemps possible ? ? Quelles sont les proportions optimales de la solution a bulles qui permettent une duree maximale de leur vie ? Qui ne s’est jamais emerveille devant la formation d’une bulle ? Enfants dans l’ame, nous avons decide d’etudier ces spheres qui intriguent petits et grands. Notre objectif : faire vivre le plus longtemps possible nos bulles. Apres approfondissement du sujet, nous verrons que cela revient a nous demander : quelle est la solution a bulle « parfaite », c’est-a-dire la mieux proportionnee, qui permettra a nos bulles de vivre le plus longtemps possible ? Il faudra commencer par comprendre le mecanisme de formation des bulles : Pourquoi et comment se forme les bulles ? Pourquoi eclatent-elles ? ? Ainsi, sur quels « facteurs de vie » pourrions-nous avoir une influence ? ? Enfin, en bons scientifiques, nous validerons (ou non ! ) experimentalement nos ebauches et hypotheses. Une experience adaptee, dont nous modeliserons les resultats, nous permettra de conclure. Mieux connaitre les bulles Definition : Une bulle est un « globe forme d’une lame mince d’eau savonneuse rempli d’air et qui peut tenir en suspension dans l’atmosphere » selon Le Grand Dictionnaire Larousse

Principe de formation d’une bulle Les elements a l’origine d’une bulle sont les tensioactifs. En effet,

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les bulles peuvent etre formees sans savon, rien qu’avec de l’eau et de l’air. Mais encore faut-il qu’elles durent. C’est ici qu’intervient le savon : celui-ci est un compose tensioactif, caracterise par ses molecules amphiphiles. Ces dernieres sont composees de deux parties : -Une tete polaire (COO-) hydrophile -Une chaine carbonee (de 10 a 20 atomes de carbone) hydrophobe. Cette molecule est donc a la fois attiree et repoussee par l’eau (molecule bipolaire).

Les molecules de tensioactifs vont «emprisonner» la fine couche d’eau entre deux monocouches de savon (une a l’interieur de la bulle, une a l’exterieur). Pourquoi la bulle explose-t-elle ? Il existe deux causes a l’eclatement naturel d’une bulle : l’evaporation et le drainage. Ces deux phenomenes amincissent la pellicule d’eau au sommet de la bulle entrainant la rencontre des deux couches de savon. La pression interieure etant superieure a la pression exterieure de la bulle (1), on parle d’une explosion, et non d’une implosion. 1)  : [pic] Pint etant la pression a l’interieur de la bulle.

Pext etant la pression a l’exterieur de la bulle. ? etant la tension superficielle. R etant le rayon de la bulle de savon Dans le but de prolonger la duree de vie d’une bulle, nous allons surtout tenter de minimiser la cause principale de son eclatement : le drainage (l’evaporation pouvant etre negligee). Le drainage : Le drainage est l’ecoulement de l’eau a l’interieur de la paroi de la bulle de savon, du fait de la gravite, conduisant a un amincissement du sommet de la paroi. Les tetes polaires de tensioactifs (de meme signe) entrent en contact et se repoussent entrainant l’eclatement de la bulle.

Quels facteurs pouvons-nous faire varier lors de la creation de bulle ? Composition du produit a bulle : ralentir le drainage ? Nous avons vu que l’explosion de la bulle etait principalement due au drainage de l’eau presente dans sa membrane. Y a-t-il un moyen de ralentir ce phenomene de drainage ? Sur quoi peut-on jouer pour empecher l’eau de s’ecouler ? Ne pouvant modifier la gravite, la viscosite nous est apparue comme le facteur le plus evident. Il nous fallait donc une substance peu couteuse que nous pouvions nous procurer facilement.

La glycerine repondait parfaitement a nos attentes. Ainsi, en ajoutant de la glycerine a la solution d’eau savonneuse, on augmente la viscosite de l’eau, ralentissant ainsi son ecoulement dans la paroi de la bulle. Theoriquement, la duree de vie de cette derniere sera prolongee. On a aussi decouvert qu’en rajoutant du sucre, l’evaporation de l’eau etait ralentie. Une spatule de sucre en poudre sera donc ajoutee a chaque solution. La question est de savoir dans quelles proportions nos quatre produits –eau, savon, glycerine, sucre– devraient etre introduits.

Il est dans nos capacites de faire varier la composition du produit a bulle : nous nous consacrerons donc a la comparaison de solutions a differentes proportions. Conditions exterieures On peut emettre l’hypothese que la temperature, la pression, l’humidite ont peut-etre egalement une certaine influence sur la vie de la bulle. Par exemple si l’air est tres humide, on peut supposer que les molecules d’eau volatiles pourraient venir « alimenter la bulle » en s’integrant a la membrane, et ainsi la duree de vie de la bulle se verrait prolongee (c’est le principe des « bulles infinies » auxquelles on rajoute constamment de l’eau).

Mais il nous est difficile de faire varier ces facteurs, puisque nous n’avons pas beaucoup de moyens. Nous avons donc decide de poser ces facteurs comme a peu pres constants, et de realiser nos experiences dans les memes conditions (meme lieu…) pour pouvoir comparer nos resultats. On posera : -pression = 1atm – temperature = 19°C Taille de la bulle Est-ce que la taille de la bulle influence sa duree de vie ? Il est dans nos cordes de faire varier la taille des bulles, d’une maniere relative (disons entre 1cm et 15cm de diametre) grace a des hochets de differentes tailles.

Il nous suffira alors de modeliser la duree de vie en fonction de la taille pour determiner si celle-ci a une influence reelle. Conclusion : Nous allons commencer par determiner un ordre de grandeur de la taille optimale d’une bulle pour qu’elle vive le plus longtemps. Puis, nous elaborerons plusieurs solutions, en faisant varier les proportions en eau, sucre, savon et glycerine, afin de determiner la meilleure solution possible (sur le critere de la duree de vie de la bulle bien sur). III. Determination experimentale des facteurs influencant la duree de vie de la bulle

Nous allons determiner experimentalement la taille optimale pour que la bulle vive le plus longtemps possible, ainsi que la meilleure solution possible. Precisons nos quelques contraintes : le budget, le temps, les moyens experimentaux. Principe de l’experience : Realiser des solutions dont les proportions eau/glycerol sont differentes et mesurer la duree de vie des bulles, faites a partir de chaque solution, en fonction de leur taille. But : Realiser une courbe representative de la duree de vie d’une bulle en fonction de sa taille, pour chaque solution.

La comparaison de ces courbes nous permettra de repondre a notre problematique, soit a determiner la proportion eau/glycerine optimale pour que les bulles de savon formees aient une duree de vie maximale. Questions pratiques : • Nos quantites ont ete choisies de maniere a avoir assez de solution pour pouvoir tremper le hochet dedans, mais sans gaspiller de glycerine et de savon. • Pour mesurer le diametre des bulles : (plus facile a mesurer que le rayon ou la surface ! ), nous avons plusieurs methodes, plus ou moins faciles a mettre en ? vre et plus ou moins precises : – Avec un double-decimetre, ou avec un petit pied a coulisse : pratique, facile a utiliser car mise en place rapide (il ne faut pas oublier que les bulles sont tres ephemeres ! ) mais precision moyenne : il ne faut pas toucher la bulle au risque de la faire exploser par contact. La mesure se fait donc a quelques millimetres pres. – Par exploitation graphique d’une photographie : Bonne precision si exploitation avec un logiciel comme regavi ou avimeca (necessite d’un temoin-echelle sur la photo).

Mais difficile a mettre en ? uvre : nous avons produit en tout une centaine de bulles, et il etait difficile de prendre une photo « exploitable » pour chacune des bulles. De plus nous avions une contrainte de temps, et cela aurait ete tres long de traiter chaque bulle. • Pour mesurer le temps de vie de la bulle : nous utiliserons un chronometre. Malgre les incertitudes liees au temps de reaction de l’operateur et a la precision du chronometre, cela reste la methode la plus facile a mettre en place. • Concretement, pour former les bulles : Nous avons fabrique un hochet en fil de fer souple recouvert de plastique (les bulles n’aimant pas le fer) – Nous avons forme les bulles par un mouvement ample du bras : souffler a travers le hochet aurait fausse nos resultats puisque la composition de l’air a l’interieur des bulles n’aurait pas ete la meme d’une bulle a l’autre (l’air expire est riche en CO2 par exemple, et varie d’une personne a l’autre), et la difference de gaz interieur/exterieur aurait cree un facteur supplementaire a l’explosion de la bulle (difference de pression…). Nous ne prendrons en compte que les bulles completement formees et donc bien rondes. – Apres creation, nous maintenons les bulles grace au hochet : cela cree un point de contact mais autrement, la bulle tomberait et mourrait par contact avec le sol et non par explosion naturelle. En tenant toutes les bulles de la meme maniere, nous estimons que nous pourrons comparer nos resultats, ce qui est plus important que la valeur numerique en elle-meme. Protocole experimentale Solutions a realiser : Solution n° |1 |2 |3 |4 |5 |6 | |Savon (%) |20 |20 |20 |20 |20 |20 | Glycerine (%) |10 |30 |40 |45 |50 |80 | | Pour chaque solution : Verser 80mL de melange eau/glycerine (pour chaque solution, une proportion differente : voir tableau) dans une cuve et ajouter 20mL de savon. Ajouter une spatule de sucre en poudre. Homogeneiser.

Tremper le hochet dans la cuve afin qu’une paroi tensioactive se forme sur le hochet. Former une bulle de savon d’un mouvement ample du bras. Enclencher le chronometre des que la bulle de savon est formee (= ronde, fermee, detachee du hochet). Maintenir la bulle en l’air grace au hochet, par le bas de la bulle, sans la retourner ou la bouger (modification du drainage). Mesurer le diametre de la bulle avec une regle (ou pied a coulisse). Arreter le chronometre quand la bulle explose. Repeter l’experience 30 fois (minimum) afin d’avoir une courbe acceptable.

Explication de l’experience Le but de l’experience est d’augmente r la duree de vie de la bulle, pour cela nous modifions le pourcentage de glycerine dans la solution aqueuse. Nous avons donc decide pour ne pas utiliser trop de glycerine de diminuer l’eau en fonction de l’ajout de glycerine. Nous aurions pu aussi faire varier les proportions eau/ savon, cependant la cause principale du deces de la bulle etant le drainage et non pas la difference de pression, faire varier l’epaisseur de la paroi n’etait pas utile.

Ainsi nous avons donc, entre les 2 parois de savon, une solution plus visqueuse et moins aqueuse au fil des experiences. Nous obtenons pour chaque solution une courbe de la forme : Temps(Taille)=a*Taille^b Courbes obtenues Solution n°1 [pic] Solution n°2 [pic] [pic] Solution n°4 [pic] Solution n°5 [pic] Pour la solution n°6, l’obtention d’une bulle fut impossible. [pic] Pour voir si t’a tous lu ( Comparaison [pic] Interpretation Grace a la superposition des courbes on voit tres clairement que S4 est tres largement au dessus des autres, presque en dehors du champ.

Elle est donc la solution la plus adaptee pour faire des bulles de plus longue vie. Il faut neanmoins rappeler que les incertitudes du a l’experience et celles donnees par le logiciel Regressi sont enormes. On voit aussi qu’un ajout massif de glycerine n’est ideal pour former des bulles puisque la solution n°5 obtient une courbe en dessous des autres, de plus la formation de bulles fut impossible avec la solution n°6. On peut donc en deduire qu’une bulle a besoin d’eau pour se former.

Record : Fanny Saffroy, medaille d’or. Record Compiegnois : 31min45s +- 15s Discussion des resultats : incertitudes, fiabilite de la methode* On peut voir a l’aide du logiciel que l’ecart type est relativement grand ainsi que les incertitudes sur les variables a et b (voir formule). Cela est du a nos mesures peu precises, mais aussi a un manque d’homogeneisation de nos solutions. Les courbes sont donc peu representatives de la duree de vie d’un bulle en fonction de leur solution.

Conclusion On voit que le drainage, cause d’explosion d’une bulle, peut etre ralenti par un ajout dose de glycerine. On voit que la solution ideale pour ralentir le drainage est a peu pres 20% de savon, 35% d’eau et 45% de glycerine. Avec plus de materiels, on pourrait determiner plus precisement la solution optimum mais aussi faire varier les autres facteurs comme l’humidite de l’air, la temperature, la pression, les particules ambiantes, rajouter d’autres composants a la solution.

Desole pour le retard ! Je pense que la conclusion et la discussion sont relativement similaires… ———————– Ecart relatif Temps(Taille)= 29 % Ecart quad. Temps=264. 2 s a=227 ±19 b=-1. 04 ±0. 11 Ecart relatif temps(Taille)= 25 % Ecart quad. temps=369. 8 s a=887 ±260 b=-0. 71 ±0. 26 Ecart relatif Temps(Taille)= 36 % Ecart quad. Temps=739. 7 s a=15000 ±1200 b=-0. 733 ±0. 570 Ecart relatif Temps(Taille)= 30 % Ecart quad. Temps=331. 6 s a=4266. 1090 b=-2. 13 ±0. 98 [pic]