Partout où il y a de l'eau, il y a forcément des bulles qui flottent à la surface. Des flaques d'eau debout, des lacs, et ruisseaux, aux piscines, jacuzzi, fontaines publiques, et toilettes, les bulles sont omniprésentes, à l'intérieur et à l'extérieur.

Une nouvelle étude du MIT montre comment des bulles contaminées par des bactéries peuvent agir comme de minuscules grenades microbiennes, éclatement et lancement de micro-organismes, y compris les agents pathogènes potentiels, hors de l'eau et dans l'air.

Dans l'étude, publié aujourd'hui dans la revue Lettres d'examen physique , les chercheurs ont découvert que les bactéries peuvent affecter la longévité d'une bulle :une bulle recouverte de bactéries flottant à la surface de l'eau peut durer plus de 10 fois plus longtemps qu'une bulle non contaminée. persistant pendant des minutes au lieu de secondes. Pendant ce temps, le capuchon de la bulle contaminée s'amincit. Plus la bulle est fine, plus le nombre de gouttelettes qu'il peut lancer dans l'air est élevé lorsque la bulle éclate inévitablement. Une seule goutte, les chercheurs estiment, peut transporter jusqu'à des milliers de micro-organismes, et chaque bulle peut émettre des centaines de gouttelettes.

"Nous avons découvert que les bactéries peuvent manipuler les interfaces d'une manière qui peut améliorer leur propre dispersion eau-air, " dit Lydia Bourouiba, professeur adjoint de génie civil et environnemental et directeur du Laboratoire de dynamique des fluides de la transmission des maladies.

Le co-auteur de Bourouiba sur le papier est l'étudiant diplômé Stéphane Poulain.

Quelque chose dans l'eau

Bourouiba a passé ces dernières années à générer méticuleusement, imagerie, et caractérisant propre, bulles non contaminées, dans le but d'établir une base de référence du comportement normal des bulles.

"Nous avons d'abord dû comprendre la physique des bulles propres avant de pouvoir ajouter des organismes comme des bactéries pour voir quel effet ils ont sur le système, ", dit Bourouiba.

Comme ça arrive, les chercheurs ont d'abord remarqué l'effet des bactéries un peu par accident. L'équipe était en train de déménager dans un nouvel espace de laboratoire, et dans le shuffle, un bécher d'eau avait été laissé à l'air libre. Lorsque le chercheur l'a utilisé dans des expériences ultérieures, les résultats n'étaient pas ceux que l'équipe attendait.

"Les bulles produites à partir de cette eau ont vécu beaucoup plus longtemps et ont eu une évolution d'amincissement particulière par rapport à celle des bulles d'eau propre typiques, " dit Poulain.

Bourouiba soupçonnait que l'eau avait été contaminée, et l'équipe a rapidement confirmé son hypothèse. Ils ont analysé l'eau et trouvé des preuves de bactéries naturellement présentes à l'intérieur.

L'effet jus

Pour étudier directement l'effet des bactéries sur les bulles, l'équipe a mis en place une expérience dans laquelle ils ont rempli une colonne avec une solution d'eau et de diverses espèces de bactéries, y compris E. coli. Les chercheurs ont développé un système pour générer des bulles avec une pompe à air, un à la fois, à l'intérieur de la colonne, afin de contrôler le volume et la taille de chaque bulle. Quand une bulle remonte à la surface, l'équipe a utilisé une imagerie à grande vitesse couplée à une gamme de techniques optiques pour capturer son comportement, à la surface et lors de son éclatement.

Les chercheurs ont observé que, une fois qu'une bulle contaminée par E. coli a atteint la surface de l'eau, sa propre surface, ou casquette, a immédiatement commencé à maigrir, principalement en s'écoulant dans l'eau, comme une coquille de chocolat fondante. Ce comportement était similaire à celui des bulles non contaminées.

Mais les bulles contaminées sont restées en surface plus de 10 fois plus longtemps que les bulles non contaminées. Et après une période critique, les bulles chargées de bactéries ont commencé à s'éclaircir beaucoup plus rapidement. Bourouiba soupçonnait que ce n'était peut-être pas les bactéries elles-mêmes, mais ce qu'ils sécrètent, qui maintient la bulle en place plus longtemps.

"Les bactéries sont vivantes, et comme tout ce qui vit, ils font des déchets, et que les déchets sont généralement quelque chose qui pourrait potentiellement interagir avec l'interface de la bulle, " dit Bourouiba. " Nous avons donc séparé les organismes de leur 'jus'. "

Les chercheurs ont éliminé les bactéries de leurs sécrétions, puis ont répété leurs expériences, en utilisant les sécrétions de la bactérie. Comme Bourouiba le soupçonnait, les bulles contenant les sécrétions seules duraient beaucoup plus longtemps que les bulles propres. Les sécrétions, le groupe a conclu, doit être l'ingrédient clé pour prolonger la durée de vie d'une bulle. Mais comment?

De nouveau, Bourouiba avait une hypothèse :les sécrétions bactériennes peuvent agir pour réduire la tension superficielle d'une bulle, le rendant plus élastique, plus résistant aux perturbations, et à la fin, plus susceptibles de vivre plus longtemps à la surface de l'eau. Ce comportement, elle a noté, était similaire aux composés tensioactifs, ou tensioactifs, tels que les composés dans les détergents qui font des bulles de savon.

Pour tester cette idée, les chercheurs ont répété les expériences, cette fois en remplaçant les bactéries par des tensioactifs synthétiques courants, et ont constaté qu'ils produisaient également des bulles plus durables qui se sont également considérablement amincies après une certaine période de temps. Cette expérience a confirmé que les sécrétions des bactéries agissent comme des tensioactifs prolongeant la durée de vie des bulles contaminées.

Les chercheurs ont ensuite cherché une explication au changement drastique du taux d'amincissement d'une bulle contaminée. Dans des bulles propres, l'amincissement du chapeau était principalement le résultat du drainage, car l'eau dans le bouchon s'écoule principalement dans le fluide à partir duquel la bulle est née. De telles bulles vivent de l'ordre de quelques secondes, et leur vitesse de drainage ralentit continuellement à mesure que la bulle s'amincit.

Mais si une bulle dure au-delà d'un temps critique, l'évaporation commence à jouer un rôle plus dominant que le drainage, raser essentiellement les molécules d'eau du capuchon de la bulle. Les chercheurs ont conclu que, si une bulle contient des bactéries, les bactéries et leurs sécrétions, faire durer une bulle plus longtemps à la surface de l'eau, suffisamment longtemps pour que l'évaporation devienne plus importante que le drainage dans l'amincissement du capuchon de la bulle.

Au fur et à mesure que le capuchon d'une bulle s'amincit, les gouttelettes qu'il projettera lors de son éclatement deviennent inévitablement plus petites, plus rapide, et plus nombreux. L'équipe a découvert qu'une seule bulle chargée de bactéries peut créer 10 fois plus de gouttelettes, qui sont 10 fois plus petits et éjectés 10 fois plus vite que ce qu'une bulle propre peut produire. Cela représente des centaines de gouttelettes qui ne mesurent que quelques dizaines de microns et qui sont émises à des vitesses de l'ordre de 10 mètres par seconde.

« Le mécanisme [Bourouiba] identifié est également à l'œuvre lorsque des bulles d'écume éclatent à la surface de l'océan, " dit Andrea Prosperetti, professeur de génie mécanique à l'Université de Houston, qui n'a pas participé à la recherche. "La taille de ces minuscules gouttelettes de film détermine dans quelle mesure elles peuvent être captées et transportées par le vent. Ce processus a des implications importantes pour le climat et la météo. Le même processus de base affecte les risques pour la santé des déversements de pétrole dans l'océan :le petit film les gouttes transportent des produits chimiques dangereux de l'huile, qui peuvent être inhalés par les personnes et les animaux dans les régions côtières. Donc, ces humbles, de minuscules gouttes ont des conséquences démesurées dans de nombreux processus cruciaux pour la vie."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.