Les bulles

Tous les enfants connaissent le principe qui permet de souffler des bulles de savon, mais on se demande rarement comment c' est possible et quels phénomènes se produisent à l'intérieur des bulles..
Par exemple, il est interressant de se demander pourquoi on rajoute du savon à l'eau pour faire des bulles. En fait, le savon a ici le rôle de tensioactif (cf partie sur le savon ). Et ses molécules amphiphiles permettent aux membranes d'eau savonneuse de durer plus longtemps.

Comment fabriquer du liquide à bulles
Il existe de nombreuses manières de fabriquer du liquide à bulles et, la plupart du temps on se contente de mélanger de l'eau et du liquide vaisselle. Pourtant on s'est aperçus que la proportion des différents ingrédients est importante et a une grande influence sur la durée de vie des bulles. On a aussi remarqué que la glycérine optimise le mélange.
Voici une des recettes pour des bulles qui tiennent bien :
Verser dans l'ordre :
• 25% d'eau
La propreté de l'eau est importante.
Une eau en bouteille peu minéralisée peut convenir.
L'eau désionisée, celle pour les batteries de voiture, est facile à trouver.
L'eau ultra pure, encore meilleure, n'est disponible qu'en laboratoire.
• 5% de sucre
Le sucre diminue l'évaporation et épaissit la sauce, donc permet de garder plus longtemps l'eau dans le film de savon.
Bien mélanger
• 20% de liquide vaisselle
Les liquides vaisselle sont presque tous décevants.
Sans vouloir faire de publicité, nous avons trouvé que les meilleurs détergents sont le Dreft bleu, bleu-vert ou vert ; à la rigueur Fairy -Dreft vert, voire Dawn-Fairy ; en France, on ne les trouve que dans les circuits professionnels (par exemple chez "Métro").
Ils contiennent de l'aminoxyde (brevet Procter & Gamble)
Bien mélanger
• 10% glycérine
La glycérine se trouve pour pas cher en pharmacie.
Elle permet d'épaissir la sauce.
On peut en mettre moins que 10% si on veut
Bien mélanger
• 40 % d'eau
Laisser reposer quelques heures, bouchon ouvert ainsi, l'alcool contenu dans le détergent s'évapore.

Les couleurs des bulles
Si on fait attention aux reflets d'une bulle de savon, on remarque beaucoup de couleurs, et surtout on se demande si de quoi ces couleurs dépendent.
Les couleurs des reflets des bulles dépendent surtout de l'épaisseur de la membrane de savon. Pour les étudier, on peut commencer par les observer sur une mambrane plane.
On prend donc un anneau métallique, on le plonge dans l'eau savonneuse et on le penche de différentes manières pour voir les reflets.
Au début, quand le haut de la membrane a encore une épaisseur de cinq dixièmes de micron, on voit des raies roses et vertes alternées, de plus en plus serrées vers le bas parce que l’épaisseur augmente de plus en plus vite. Dans tout le bas de la membrane, l’épaisseur est trop grande, et on voit un reflet blanc, comme sur une vitre. Ensuite, l’eau continuant à descendre, et à s’évaporer, la membrane s’amincit partout : les raies roses et vertes descendent plus bas, et on voit arriver par le haut les raies plus colorées des petites épaisseurs, jusqu’au bleu foncé et au brun doré. Enfin, le blanc apparaît en haut, puis le noir (pour une épaisseur inférieure à un demi dixième de micron). La membrane est devenue si mince qu’elle ne diminue plus de façon régulière : la limite du noir n’est plus une droite horizontale, mais une courbe qui ressemble à un arc de cercle.
Tout ça c’était pour les membranes planes, pour les bulles, c’est plus compliqué, et pour deux raisons.
D’abord, la bulle est ronde, ses différentes parties n’ont pas la même inclinaison pour l’śil. Or, l’inclinaison joue un rôle dans la couleur du reflet, pour une épaisseur de membrane donnée. Les épaisseurs que nous avons indiquées pour la membrane plane étaient correctes pour une membrane à peu près perpendiculaire à l’śil.
Ensuite, l’épaisseur de la bulle ne varie régulièrement que pour une bulle posée sur un support et bien immobile depuis plusieurs secondes (ou pour une demi-bulle). Sinon, il y a des tas de remous qui compliquent beaucoup les raies.
Si on a une bulle posée (ou une demi-bulle) qui dure longtemps, on y voit des anneaux colorés horizontaux. On arrive facilement au bleu foncé (la dernière raie bleue), parfois au blanc. Mais c’est difficile de voir apparaître le noir en haut de la bulle.
On peut se demander pourquoi la couleur des reflets dépend de l'épaisseur de la membrane.
Il faut se rappeler que la lumière est une onde, qui a une célérité tres grande : 300 000 km/s. En fait, la couleur d'un rayon correspond à sa fréquence qui est la même quel que soit son milieu de propagation. Par contre sa longueur d'onde n'est pas la même dans tous les milieux.
Dans l'eau (savonneuse ou non, cela n'a pas de grande influence)

Regardons ce qu’il se passe quand la lumière arrive sur une membrane d’eau savonneuse.

Il se sépare en deux : un rayon (1) qui se réfléchit comme sur un miroir, et un rayon (2) qui entre dans l’eau, en changeant légèrement de direction. Ce rayon (2) arrive sur la deuxième face de la membrane, et là, il se sépare à nouveau en deux : le rayon (3) sort de l’eau, mais le (4) se réfléchit à son tour vers la première face.

Quand ce rayon (4) atteint la première face de la membrane, il se sépare encore une fois en deux : une partie se réfléchit vers l’intérieur, et un rayon (5) ressort dans l’air. Ce rayon (5) est parallèle au premier rayon réfléchi (1). D’autre part, si la membrane est très mince, et si les rayons lui sont presque perpendiculaires, (1) et (5) sont si près l’un de l’autre que nous pouvons dire qu’ils s’ajoutent.

Seulement, au moment où ils se retrouvent, le rayon (5) a parcouru plus de chemin que le rayon (1). Combien en plus ? Cela dépend de l’épaisseur de la membrane.
Si la membrane est très fine, et que son épaisseur est beaucoup plus petite qu’une longueur d’onde, on peut dire que le rayon (5) n’a rien parcouru de plus que le rayon (1). Mais on ne peut quand même pas dire qu’il n’y a pas de décalage, car il reste encore une complication.
Entre le rayon du début et le rayon (1), au moment où celui-ci se réfléchit sur l’eau, il se fait brusquement un décalage d’une demie longueur d’onde. Mais pas entre le rayon du début et le (2), ni entre le (2) et le (4) (cette fois, la lumière est dans l’eau et se réfléchit sur l’air, et il n’y a pas de décalage), ni entre le (4) et le (5).
Autrement dit, si la membrane est extrêmement mince, il n’y a pas de décalage entre le (5) et le rayon du début, alors qu’entre (1) et le rayon du début, il y a un décalage d’une demie longueur d’onde. Donc entre le (1) et le (5), il y a un décalage d’une demie longueur d’onde : on parle d'oposition de phase, et il n'y a plus de lumière.
Donc, en fait, si un rayon de lumière se réfléchit sur une membrane très mince, il n'y a plus de lumière.

Regardons ce qui se passe si la membrane est un peu plus épaisse. Cette fois, le rayon (5) a parcouru dans l’eau à peu près deux fois l’épaisseur de la membrane (il fait un aller-retour).

Si cette distance fait une demie longueur d’onde, le rayon (5) se retrouve juste comme le rayon (1) : il n’y a plus de décalage, et le reflet est tres lumineux. Au contraire, pour des épaisseurs de une longueur d'onde, deux longueurs d'onde, etc. il n’y aura pas de reflet du tout : on ne verra que du noir.
Et si on éclaire la membrane en lumière blanche (lumière qui est en réalité un mélange de toutes les couleurs de l’arc-en-ciel) , la membrane va éteindre certaines couleurs, et refléter les autres : la couleur du reflet de cette membrane, c’est celle du mélange des couleurs reflétées.
On peut donc déterminer les différents reflets que l'on obtient pour chaque couleur de rayon en fonction de l'épaisseur de la membrane :

Et finalement on peut avoir la couleur d'une membrane éclairée avec de la lumière blanche (qui contient toutes les couleurs) :