{"id":4495,"date":"2013-04-08T00:01:05","date_gmt":"2013-04-07T22:01:05","guid":{"rendered":"http:\/\/sciencetonnante.wordpress.com\/?p=4495"},"modified":"2013-04-08T00:01:05","modified_gmt":"2013-04-07T22:01:05","slug":"leau-en-poudre","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/2013\/04\/08\/leau-en-poudre\/","title":{"rendered":"L’eau en poudre"},"content":{"rendered":"

\"eau_en_poudre\"<\/a>Initialement, j’avais pr\u00e9vu de sortir ce billet la semaine derni\u00e8re. Et puis je me suis dit que publier un billet sur l’eau en poudre le 1er avril, \u00e7a allait passer tout de suite pour une mauvaise blague.<\/p>\n

Et pourtant c’est tr\u00e8s s\u00e9rieux\u00a0! Ce ph\u00e9nom\u00e8ne amusant est bien r\u00e9el, et permet de fabriquer une poudre compos\u00e9e \u00e0 95% d’eau, comme celle repr\u00e9sent\u00e9e sur l’image ci-contre. Le principe de l’eau en poudre a \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9 ces derni\u00e8res ann\u00e9es, et les applications potentielles existent dans de nombreux domaines. Alors arr\u00eatez de rire, et lisez la suite\u00a0!<\/p>\n

La recette de l’eau en poudre<\/h3>\n

\"goutte<\/a>Pour fabriquer de l’eau en poudre, c’est tr\u00e8s simple\u00a0: il vous faut de l’eau…et de la poudre<\/strong>\u00a0! Mais attention, pas n’importe quelle poudre\u00a0: choisissez une poudre hydrophobe<\/strong>, c’est-\u00e0-dire faite d’une substance qui n’aime pas l’eau.<\/p>\n

D\u00e9posez une goutte dans la poudre et faites la rouler doucement\u00a0: sa surface ext\u00e9rieure se recouvre de poudre, et vous obtenez ce qu’on appelle une goutte enrob\u00e9e<\/strong>. Vous en avez une illustration ci-contre, tir\u00e9e de l’article fondateur\u00a0[1] publi\u00e9 en 2001 par David Qu\u00e9r\u00e9 et Pascale Aussilous de l’EPSCI. La goutte enrob\u00e9e est l’\u00e9l\u00e9ment de base de l’eau en poudre.<\/p>\n

\"Eau<\/a>En effet si maintenant vous utilisez beaucoup d’eau et beaucoup de poudre, et que vous touillez le m\u00e9lange bien fort, vous pouvez obtenir un tas de gouttes enrob\u00e9es. C’est ce qu’ont r\u00e9alis\u00e9 les physiciens B. Binks et R. Murakami en 2006. L’image d’en-t\u00eate de ce billet est tir\u00e9e de leur article [2] : il s’agit d’eau en poudre, compos\u00e9e \u00e0 95% d’eau et \u00e0 5% de poudre hydrophobe<\/strong>. Malgr\u00e9 cela, le tas obtenu se comporte comme une poudre, et il est sec au toucher.<\/p>\n

L’image ci-contre [2] montre une photo de l’eau en poudre prise au microscope \u00e9lectronique : on y distingue la coque de particules qui enrobe chaque goutte d’eau et l\u2019emp\u00eache de fusionner avec ses voisines, comme cela serait le cas avec des gouttes d’eau normales.<\/p>\n

Si vous voulez faire vous-m\u00eame l’exp\u00e9rience de la goutte enrob\u00e9e, tout est dans le choix ad\u00e9quat de la poudre<\/strong>\u00a0! Le papier d’origine utilisait notamment des spores de lycopodes, une poudre naturelle issue d’une plante vivace, et connue des illusionnistes pour ses utilisations pyrotechniques (et donc disponible dans toute bonne boutique de magie).<\/p>\n

Si vous disposez d’un labo bien fourni, vous pouvez aussi essayer la poudre de PTFE (ce polym\u00e8re appel\u00e9 aussi \u00ab\u00a0T\u00e9flon\u00a0\u00bb, et connu pour ses propri\u00e9t\u00e9s hydrophobes), ou encore de la silice hydrophob\u00e9e<\/strong>, qui est assez analogue au c\u00e9l\u00e8bre \u00ab\u00a0sable magique\u00a0\u00bb qui ne se mouille jamais.<\/p>\n

Des gouttes non-mouillantes<\/h3>\n

Les gouttes enrob\u00e9es qui composent l’eau en poudre se comportent de mani\u00e8re tr\u00e8s diff\u00e9rente des gouttes normales. Quand on pose une goutte d’eau sur un support, elle prend la forme d’une calotte sph\u00e9rique\u00a0: on dit que la goutte mouille la surface<\/strong>. Plus le support est hydrophile, plus la calotte sera \u00e9tal\u00e9e; plus il est hydrophobe, plus la goutte aura la forme d’une sph\u00e8re.<\/p>\n

\"mouillage<\/a>\"liquid<\/a>En revanche une goutte enrob\u00e9e conserve une forme presque parfaitement sph\u00e9rique, quelle que soit la surface sur laquelle on la pose. Sa surface de contact avec le support peut alors \u00eatre tr\u00e8s faible, et la coquille de poudre qui l’entoure emp\u00eache tout contact du liquide avec le substrat. Cette diff\u00e9rence est illustr\u00e9e ci-dessus.<\/p>\n

On peut m\u00eame poser une goutte enrob\u00e9e sur un plan d’eau pour la faire flotter !<\/strong> (comme sur l’image ci-contre tir\u00e9e de [3]) L\u00e0 aussi gr\u00e2ce \u00e0 l’enrobage, le liquide de la goutte ne sera jamais en contact direct avec l’eau de la surface.<\/p>\n

Vaincre les forces de surface<\/h3>\n

\"Fourmi-miellat-puceron\"<\/a>Le principe de l’enrobage des gouttes n’est pas nouveau. S’il a \u00e9t\u00e9 d\u00e9couvert et brevet\u00e9 en 1968, les pucerons l’utilisent d\u00e9j\u00e0 depuis quelques millions d’ann\u00e9es<\/strong> ! En effet ces derniers secr\u00e8tent par l’anus une substance sucr\u00e9e, le miellat, tr\u00e8s pris\u00e9e notamment des fourmis.<\/p>\n

Mais les pucerons sont sous la menace permanente de se trouver englu\u00e9s dans leur propre miellat\u00a0! Pour \u00e9viter cette catastrophe, certains pucerons ont en charge d’enrober les gouttes \u00e0 l’aide d’une substance cireuse, et de les \u00e9vacuer en les faisant rouler.<\/p>\n

La raison qui rend les gouttes enrob\u00e9es int\u00e9ressantes technologiquement est la m\u00eame que pour les pucerons\u00a0: les gouttes enrob\u00e9es sont beaucoup plus facile \u00e0 d\u00e9placer que les gouttes normales<\/strong>. Pour comprendre cela, il faut r\u00e9aliser qu’une petite goutte d’eau sur une surface est en g\u00e9n\u00e9ral tr\u00e8s difficile \u00e0 bouger. J’en veux pour preuve que si vous soufflez sur une goutte d\u00e9pos\u00e9e sur du verre, elle va rester solidement accroch\u00e9e. Et m\u00eame si vous retournez votre morceau de verre pour mettre la goutte la t\u00eate en bas, celle ci ne tombera pas\u00a0!<\/p>\n

La raison de ce ph\u00e9nom\u00e8ne, c’est que pour une petite goutte de liquide, les forces d’adh\u00e9sion en surface sont \u00e9normes rapport\u00e9es \u00e0 sa taille<\/strong>. Elles sont donc tr\u00e8s difficile \u00e0 vaincre pour d\u00e9placer la goutte. Avec les gouttes enrob\u00e9es, plus de probl\u00e8mes\u00a0! Puisqu’elles ne sont plus en contact direct avec le substrat, elles sont faciles \u00e0 mettre en mouvement avec une faible force<\/strong>. Certains auteurs ont m\u00eame imagin\u00e9 utiliser comme poudre enrobante une substance contenant de l’oxyde de fer, afin de pouvoir d\u00e9placer les gouttes par magn\u00e9tisme\u00a0!<\/p>\n

\"liquid<\/a>De plus l’enrobage de la goutte la prot\u00e8ge de certains inconv\u00e9nients des gouttes normales\u00a0: l’enrobage prot\u00e8ge en partie de l’\u00e9vaporation, en se d\u00e9pla\u00e7ant la goutte ne perd pas de liquide, et elle n’est pas contamin\u00e9e par la surface sur laquelle elle se d\u00e9place.<\/p>\n

Plusieurs applications possibles existent en cosm\u00e9tique ou dans l’industrie pharmaceutique, pour la d\u00e9livrance contr\u00f4l\u00e9e de petites quantit\u00e9s de m\u00e9dicaments, ou encore le transport de liquides dangereux. Enfin comme le montre l’illustration ci-contre, les gouttes enrob\u00e9es peuvent aussi servir de micror\u00e9acteurs pour des r\u00e9actions chimiques, ou dans le domaine dit de la microfluidique.<\/p>\n

Bref l’eau en poudre est loin d’\u00eatre un poisson d’avril\u00a0!<\/p>\n

D’autres billets sur des sujets analogues : l’origine des ronds de caf\u00e9<\/a>, et pourquoi les produits qui lavent sont aussi ceux qui moussent ?<\/a><\/em><\/p>\n

Pour aller plus loin…un peu de thermodynamique !<\/em><\/h3>\n

Certains d’entre vous peuvent se demander pourquoi est-ce qu’une poudre hydrophobe irait se coller \u00e0 la goutte d’eau, alors que justement elle est hydrophobe\u00a0! Pour comprendre cela, il faut consid\u00e9rer comment l’\u00e9nergie du syst\u00e8me eau\/particule de poudre \u00e9volue si la goutte se colle \u00e0 la surface. On sait qu’un syst\u00e8me physique cherche toujours \u00e0 minimiser son \u00e9nergie.
\n<\/em><\/p>\n

Or \u00e0 toute interface (eau\/air, eau\/solide ou air\/solide) est associ\u00e9e une \u00e9nergie proportionnelle \u00e0 la surface S de l’interface, avec une constante \\(\\gamma\\) qui d\u00e9pend de la nature de l’interface.<\/em><\/p>\n

\"interfaces<\/a>Quand une particule initialement dans l’air vient se coller \u00e0 la surface de la goutte, une partie de l’interface eau\/air dispara\u00eet, et une partie de l’interface particule\/air est remplac\u00e9e par une interface particule\/eau.
\n<\/em><\/p>\n

Pour ceux qui aiment les d\u00e9tails, la variation d’\u00e9nergie libre lors de l’adsorption est<\/em><\/p>\n

\\(\\Delta F = S_{SG}(\\gamma_{SL}-\\gamma_{SG}) – S_{LG}\\gamma_{LG}\\)<\/em><\/p>\n

Si on injecte la d\u00e9finition de l’angle de contact<\/em><\/p>\n

\\(\\cos\\theta = (\\gamma_{SG} – \\gamma_{SL})\/\\gamma_{LG}\\)<\/em><\/p>\n

On obtient<\/em><\/p>\n

\\(\\Delta F = – \\gamma_{LG} (S_{SG}\\cos\\theta + S_{LG})\\)<\/em><\/p>\n

Maintenant pour montrer que ce terme est forc\u00e9ment n\u00e9gatif, il n’y a plus qu’\u00e0 se convaincre que le terme entre parenth\u00e8ses est forc\u00e9ment positif. Un dessin comme-celui ci-dessus devrait faire l’affaire !
\n<\/em><\/p>\n

Donc quelle que soit l’hydrophobicit\u00e9 de la particule (ou – c’est \u00e9quivalent – l’angle de contact), l’op\u00e9ration conduit toujours \u00e0 une diminution nette de l’\u00e9nergie libre du syst\u00e8me. M\u00eame la plus hydrophobe des particules trouvera toujours int\u00e9ressant d’aller s’adsorber \u00e0 la surface de la goutte d’eau. <\/em><\/p>\n

(Ah oui sinon il parait m\u00eame que l’eau en poudre permettrait de lutter contre le r\u00e9chauffement climatique en sequestrant le CO2<\/a> , mais pour moi \u00e7a sent un peu la survente du concept…)<\/em><\/p>\n

[1] Aussillous, P., & Qu\u00e9r\u00e9, D. (2001). Liquid marbles. Nature, 411(6840), 924-927.<\/em><\/p>\n

[2] Binks, B. P., & Murakami, R. (2006). Phase inversion of particle-stabilized materials from foams to dry water. Nature materials, 5(11), 865-869.<\/em><\/p>\n

[3] Gao, L., & McCarthy, T. J. (2007). Ionic liquid marbles. Langmuir, 23(21), 10445-10447.<\/em><\/p>\n

[4] Xue, Y., Wang, H., Zhao, Y., Dai, L., Feng, L., Wang, X., & Lin, T. (2010). Magnetic liquid marbles: a \u201cprecise\u201d miniature reactor. Advanced materials, 22(43), 4814-4818.<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Initialement, j’avais pr\u00e9vu de sortir ce billet la semaine derni\u00e8re. Et puis je me suis dit que publier un billet sur l’eau en poudre le 1er avril, \u00e7a allait passer tout de suite pour une mauvaise blague. Et pourtant c’est tr\u00e8s s\u00e9rieux\u00a0! Ce ph\u00e9nom\u00e8ne amusant est bien r\u00e9el, et permet de fabriquer une poudre compos\u00e9e<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"jetpack_post_was_ever_published":false,"_jetpack_newsletter_access":"","_jetpack_dont_email_post_to_subs":false,"_jetpack_newsletter_tier_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paywalled_content":false,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[6],"tags":[24,53],"class_list":{"0":"post-4495","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","6":"category-physique","7":"tag-mecanique-des-fluides","8":"tag-physico-chimie"},"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"post_mailing_queue_ids":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4495","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=4495"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4495\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=4495"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=4495"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=4495"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}