{"id":3360,"date":"2012-09-10T00:01:36","date_gmt":"2012-09-09T22:01:36","guid":{"rendered":"http:\/\/sciencetonnante.wordpress.com\/?p=3360"},"modified":"2012-09-10T00:01:36","modified_gmt":"2012-09-09T22:01:36","slug":"lexperience-de-la-tache-dhuile-de-franklin","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/2012\/09\/10\/lexperience-de-la-tache-dhuile-de-franklin\/","title":{"rendered":"L’exp\u00e9rience de la tache d’huile de Franklin"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/a>On attribue g\u00e9n\u00e9ralement au philosophe grec D\u00e9mocrite l’id\u00e9e que la mati\u00e8re soit compos\u00e9e d’\u00e9l\u00e9ments plus ou moins indivisibles : les atomes<\/strong>. Si l’id\u00e9e \u00e9tait juste, D\u00e9mocrite n’avait pas r\u00e9alis\u00e9 \u00e0 l’\u00e9poque \u00e0 quel point les atomes qui nous entourent sont petits : moins d’un nanom\u00e8tre, soit un milliardi\u00e8me de m\u00e8tre<\/strong> !<\/p>\n

Il a fallu ensuite attendre la fin du XIX\u00e8me si\u00e8cle pour que les physiciens apportent une preuve d\u00e9finitive de l’existence des atomes, et arrivent \u00e0 estimer leur taille de mani\u00e8re suffisamment pr\u00e9cise.<\/p>\n

Et pourtant en 1762, Benjamin Franklin fit une observation \u00e9tonnante qui aurait pu lui permettre un si\u00e8cle avant tout le monde de r\u00e9aliser \u00e0 quel point les atomes et les mol\u00e9cules qui nous entourent sont petits. Mais bizarrement, il n’a pas pouss\u00e9 son raisonnement assez loin.<\/p>\n

L’exp\u00e9rience de Franklin<\/h3>\n

\"\"<\/a>Rappelons tout d’abord qui \u00e9tait Benjamin Franklin, dont vous pouvez admirer la bouille sur les billets de 100$. N\u00e9 en 1706 \u00e0 Boston, il fut l’un des p\u00e8res fondateurs des \u00c9tats-Unis d’Am\u00e9rique<\/strong>, et\u00a0 co-auteur avec Thomas Jefferson de la d\u00e9claration d’ind\u00e9pendance de 1776.<\/p>\n

Ce fut donc un homme d’\u00e9tat d’exception, mais aussi un brillant physicien et inventeur. Il est d’ailleurs surtout connu pour sa c\u00e9l\u00e8bre et dangereuse exp\u00e9rience du cerf-volant<\/strong>, qui lui permit de d\u00e9montrer la nature \u00e9lectrique de la foudre, et d’inventer le paratonnerre<\/strong>.<\/p>\n

L’exp\u00e9rience dont je veux vous parler aujourd’hui n’est pas aussi connue que celle du cerf-volant, et pourtant \u00e0 mon go\u00fbt bien plus r\u00e9volutionnaire !<\/p>\n

En 1762, Franklin se prom\u00e8ne au bord de l’\u00e9tang de Clapham en Angleterre, et d\u00e9cide – allez savoir pourquoi ! – de verser un peu d’huile dans l’eau. Il observe alors qu’une tache se forme \u00e0 la surface, et s’\u00e9tend rapidement jusqu’\u00e0 couvrir presque un quart de la superficie du plan d’eau<\/strong>.<\/p>\n

Pour les anglophones, voici ce qu’il \u00e9crivait en 1773 \u00e0 propos de cette observation :<\/p>\n

\n

\u201cAt length at Clapham where there is, on the common, a large pond, which I observed to be one day very rough with the wind, I fetched out a cruet of oil, and dropped a little of it on the water. I saw it spread itself with surprising swiftness upon the surface. The oil, though not more than a teaspoonful, produced an instant calm over a space several yards square, which spread amazingly and extended itself gradually until it reached the leeside, making all that quarter of the pond, perhaps half an acre, as smooth as a looking glass.\u201d<\/p>\n<\/blockquote>\n

Pour ceux que l’anglais rebute, l’essentiel est dans l’image ci-dessous, qui montre l’\u00e9tang de Clapham avant et apr\u00e8s y avoir d\u00e9pos\u00e9 une goutte d’huile : observez le film d’huile, qui a comme propri\u00e9t\u00e9 de \u00ab\u00a0calmer\u00a0\u00bb l’eau en rendant sa surface plus lisse et sans ondulations.<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Quelle est l’\u00e9paisseur du film de l’huile ?<\/h3>\n

Ce qu’il y a de fascinant dans cette exp\u00e9rience, c’est qu’une si petite quantit\u00e9 d’huile (l’\u00e9quivalent d’une cuill\u00e8re d’apr\u00e8s Franklin) puisse s’\u00e9taler sur une surface si grande : un demi-acre, ce qui fait environ 2000m2 dans nos unit\u00e9s. De mani\u00e8re assez incroyable, il semble que Benjamin Franklin n’ait pas pris la peine d’essayer de calculer l’\u00e9paisseur du film d’huile<\/strong>. Ca n’est qu’en 1890 que Rayleigh reprit l’exp\u00e9rience de Franklin et en d\u00e9duisit cette \u00e9paisseur : et pourtant le calcul est \u00e9l\u00e9mentaire, et le r\u00e9sultat est sid\u00e9rant !<\/p>\n

Voyons cela : Franklin verse l’\u00e9quivalent d’une cuill\u00e8re d’huile, disons 2 cm3. Si le film s’\u00e9tale sur 2000 m2, une simple division nous montre que celui-ci doit avoir une \u00e9paisseur d’environ…1 nanom\u00e8tre<\/strong> ! Soit environ la taille d’une mol\u00e9cule d’huile. Sans le savoir, Benjamin Franklin \u00e9tait en train d’observer un film d’huile dont l’\u00e9paisseur n’\u00e9tait que d’une mol\u00e9cule. (Au passage, un truc bien plus fin que ce que je racontais dans ce billet sur les anneaux de Saturne<\/a> !)<\/em><\/p>\n

En faisant ce calcul tout simple, Franklin aurait pu conclure que les \u00e9l\u00e9ments qui composent la mati\u00e8re doivent \u00eatre au moins aussi petits qu’un nanom\u00e8tre<\/strong>. Au passage, il aurait \u00e9galement pu estimer le nombre de mol\u00e9cules pr\u00e9sentes dans sa goutte d’huile et trouver quelque chose assez proche de l’\u00e9normit\u00e9 du nombre d’Avogadro<\/strong>, soit de l’ordre de 10^23.<\/p>\n

Mais non, Franklin n’a pas eu l’id\u00e9e de faire la division, et il a fallu attendre 100 ans plus tard, en 1865, pour que Johann Loschmidt estime par un autre moyen la taille des mol\u00e9cules de l’air, et que l’on r\u00e9alise \u00e0 quel point le monde atomique est petit…<\/p>\n

L’exp\u00e9rience de Franklin chez vous<\/h3>\n

J’ai d\u00e9couvert que l’exp\u00e9rience de Franklin est au programme de physique du lyc\u00e9e, et que l’on peut la r\u00e9aliser assez facilement en TP. Il vous faut pour cela un grand r\u00e9cipient rempli d’eau, du talc saupoudr\u00e9 en surface pour visualiser le film, et une goutte d’huile<\/strong>. Et voici ce que \u00e7a donne :<\/p>\n

[dailymotion id=x6wuah]<\/p>\n

Bon moi j’ai essay\u00e9 dans ma cuisine, en rempla\u00e7ant il est vrai le talc par du curry, et \u00e7a n’a pas march\u00e9 ! La goutte ne s’\u00e9tale pas \ud83d\ude41\u00a0 … probablement \u00e0 cause de la pr\u00e9sence de graisse r\u00e9siduelle dans mon r\u00e9cipient, ou bien apport\u00e9e par le curry lui-m\u00eame. Mais ceux qui me connaissent savent que je suis un pi\u00e8tre exp\u00e9rimentateur !<\/p>\n

Si certains ont eu cette exp\u00e9rience en TP, je suis curieux de connaitre leur r\u00e9action : pour ma part je la trouve absolument sid\u00e9rante ! Mais je ne sais pas si \u00e0 l’\u00e9poque du lyc\u00e9e, assis au fond d’une salle de TP, j’aurais \u00e9t\u00e9 frapp\u00e9 par le merveilleux de la chose !<\/p>\n

Pour aller plus loin…<\/em><\/h3>\n

Pour ceux que \u00e7a int\u00e9resse, il faut savoir que l’histoire ne s’arr\u00eate pas l\u00e0. Suite \u00e0 la reprise de l’exp\u00e9rience de Franklin par Rayleigh, une s\u00e9rie de physiciens ont continu\u00e9 \u00e0 r\u00e9aliser des films compos\u00e9s d’une ou plusieurs mono-couches de mol\u00e9cules d’huile. Le plus connu est Irving Langmuir, qui travailla chez General Electric avec Katherine Blodgett, et re\u00e7u le prix Nobel en 1932 pour ses contributions. On leur doit notamment une m\u00e9thode permettant de d\u00e9poser des monocouches sur une surface solide, en la trempant dans un liquide \u00e0 la surface de laquelle flotte justement une moncouche d’huile. Le sch\u00e9ma ci-dessous (merci Wikip\u00e9dia) montre le principe de cette m\u00e9thode :<\/em><\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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