Des chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo ont découvert deux mécanismes distincts par lesquels les mousses peuvent s'effondrer, donner un aperçu de la prévention/accélération de la rupture de mousse dans les matériaux industriels, par exemple., nourriture, produits de beauté, l'isolation et les produits chimiques stockés. Quand une bulle éclate, ils ont découvert qu'un événement d'effondrement se propage par impact avec le film fuyant et de minuscules gouttelettes dispersées brisant d'autres bulles. L'identification du mécanisme dominant dans différentes mousses peut aider à les adapter à des applications spécifiques.

Les mousses jouent un rôle clé dans une large gamme de produits industriels, y compris les aliments, breuvages, médicaments, produits d'entretien et cosmétiques. Ils ont des applications matérielles telles que l'isolation des bâtiments, intérieurs d'avions et barrières ignifuges. Ils pourraient également être une propriété indésirable d'un produit de moussage dans des produits chimiques stockés pendant le transport. D'un point de vue scientifique, ils constituent aussi une forme unique de matière, un équilibre fin entre le réseau complexe de forces agissant sur le réseau de film liquide qui constitue sa structure et la pression du gaz piégé à l'intérieur. Comprendre le comportement des mousses peut apporter de nouvelles connaissances physiques, ainsi que de meilleures façons de les utiliser.

Naoya Yanagisawa et le professeur agrégé Rei Kurita ont entrepris d'observer comment les mousses s'effondrent. Ils prirent une solution d'eau, glycérol et un tensioactif commun (un agent stabilisant le film) et créé une mousse bidimensionnelle écrasée entre deux morceaux de verre. A l'aide d'une caméra ultra-rapide et d'une aiguille, ils ont pu briser de manière contrôlée une bulle au bord du radeau en mousse et observer l'effondrement collectif de la bulle (CBC). Ils ont identifié deux manières distinctes par lesquelles la rupture d'une bulle au bord a conduit à une cascade d'événements de rupture autour d'elle, un mode de propagation dû à l'absorption du film de la bulle brisée dans le film liquide environnant, et un mode "pénétrant" dû à la libération de gouttelettes de l'événement de rupture qui s'envolent et brisent d'autres bulles.

Alors que les enquêteurs modifiaient la quantité d'eau dans le film, ils ont identifié plusieurs tendances clés dans la façon dont les bulles réagissent à un niveau microscopique. Par exemple, ils ont découvert que plus de liquide dans la mousse entraînait la libération de gouttelettes plus lentes, qui sont incapables de pénétrer les films environnants. Ceci était corrélé à une baisse drastique du nombre de bulles effondrées; Les CBC étaient ainsi sous-tendus de manière cruciale par le mode d'effondrement pénétrant. La vitesse des gouttelettes a été déterminée par la vitesse à laquelle le film a reculé; cette vitesse d'écoulement s'est avérée proportionnelle à la pression osmotique du film, c'est à dire., la pression à laquelle un liquide mis en contact avec la mousse est entraîné dans le réseau du film. L'équipe a montré que les équations de Navier-Stokes, relations clés décrivant le comportement des fluides dans le temps, pourrait être utilisé pour expliquer ces tendances.

Une conclusion clé était que le changement de la viscosité du fluide n'a pas conduit à un changement significatif du nombre de bulles brisées. Les méthodes de stabilisation des mousses reposent généralement sur le changement de la viscosité, pourtant, les découvertes de l'équipe montrent clairement comment le nombre de bulles effondrées et la vitesse du film fuyant ne sont pas affectés. Couplé au rôle dominant joué par le mode pénétrant, les futures stratégies visant à empêcher l'effondrement de la mousse pourraient plutôt se concentrer sur la combinaison de plusieurs tensioactifs pour rendre le film plus résistant à l'impact des gouttelettes.

L'étude a été publiée en ligne dans la revue Rapports scientifiques .