Un événement de réarrangement dans une mousse monodisperse. Notez comment les bulles se déplacent dans la même direction le long de la même rangée, ou exactement dans la direction opposée dans des rangées adjacentes sur de longues distances (la longueur de corrélation). Crédit :Université métropolitaine de Tokyo
On trouve des mousses partout, dans les savons et les détergents, meringue, mousse de bière, cosmétiques et isolants pour l'habillement et le bâtiment. L'application des mousses a tendance à tirer parti de leur structure unique, c'est pourquoi il est si important de comprendre comment leur structure peut changer au fil du temps.
Des chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo ont étudié la dynamique des mousses. Lorsqu'une goutte d'eau a été ajoutée à un radeau en mousse, les bulles se sont réarrangées pour atteindre un nouvel état stable. L'équipe a découvert que le mouvement des bulles était qualitativement différent selon la gamme de tailles de bulles présentes. En plus des analogies avec les matériaux à faible bourrage, ces découvertes pourraient inspirer la conception de nouveaux matériaux en mousse pour l'industrie.
L'équipe, dirigé par le professeur Rei Kurita de l'Université métropolitaine de Tokyo, a étudié les mousses liquides comme celles faites avec du détergent et de l'eau. Ils étaient intéressés à comprendre comment les bulles d'une mousse se réarrangent. Alors que les études précédentes appliquaient généralement une force à la mousse avec une pointe sur le côté, l'équipe a adopté la méthode beaucoup plus douce consistant à ajouter une petite quantité d'eau, en préservant les bulles mais en modifiant suffisamment les conditions pour que les bulles se réarrangent et trouvent un nouvel état stable. Cela a permis de voir beaucoup plus facilement comment de subtils coups ou perturbations environnementales conduisent à de petits, événements de relaxation à bulles isolées.
En filmant les bulles se réarranger, l'équipe a montré pour la première fois que les réarrangements étaient fondamentalement différents selon la gamme de tailles de bulles présentes dans la mousse. Lorsque les bulles étaient à peu près de la même taille, ou monodispersé, ils se sont arrangés dans un hexagone, formation en nid d'abeille. En ajoutant de l'eau, les bulles qui se déplaçaient avaient tendance à se mélanger dans le même sens sur de longues distances, le long des lignes du nid d'abeilles. Inversement, quand il y avait beaucoup de petites et grandes particules, l'arrangement initial était beaucoup moins ordonné. Les réarrangements dans cette mousse polydisperse étaient aléatoires, avec des bulles adjacentes se déplaçant dans toutes sortes de directions. Les vidéos qu'ils ont prises ont permis à l'équipe d'extraire une longueur de corrélation dynamique, l'échelle de longueur sur laquelle les bulles se déplacent dans des directions similaires. Le suivi de l'évolution de cette longueur dans différentes conditions est crucial pour placer les matériaux en mousse dans le cadre large de la physique de la matière condensée. De façon intéressante, le mouvement corrélé unique observé dans la mousse hexagonale ne dépendait pas du contact des bulles adjacentes :elles devaient simplement être suffisamment proches pour former des motifs bien ordonnés.
Idem pour une mousse polydisperse. Les bulles se déplacent dans des directions plus aléatoires. Crédit :Université métropolitaine de Tokyo
L'équipe a ensuite comparé ce comportement à des simulations de tassements de particules molles avec différentes gammes de tailles. Ils ont trouvé un comportement très similaire, montrant clairement qu'il ne s'agissait pas d'un caprice des mousses liquides, mais une caractéristique générale des particules molles qui ont été coincées ensemble. Ces informations sur la façon dont les mousses réagissent aux signaux environnementaux les plus subtils pourraient un jour indiquer comment les mousses sont maintenues stables ou fluides, et comment les matériaux mous coincés sont traités dans les processus industriels.
