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Submitted on 1 Jan 1912
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Expériences avec des bulles de savon
C.-V. Boys
To cite this version:
C.-V. Boys. Expériences avec des bulles de savon. J. Phys. Theor. Appl., 1912, 2 (1), pp.611-620.
�10.1051/jphystap:019120020061100�. �jpa-00241785�
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EXPÉRIENCES AVEC DES BULLES DE SAVON Par M. C.-V. BOYS.
J’ai eu une certaine hésitation quand j’ai émis l’idée qu’il serait peut-être intéressant pour vous de voir quelquçs-unes des expériences
que j’ai imaginées sur les bulles de savon. Je craignais en effet que l’intérêt scientifique d’un pareil sujet fût trop léger pour un corps
aussi savant que le vôtre. Mais votre excellent secrétaire m’ayant
assuré que ces expériences seraient les bienvenues, j’ose espérer que
vous les tolérerez.
J’ai pour moi qu’une bulle de savon est une belle chose; elle s’a-
dresse à plusieurs sens et à beaucoup de genres d’esprits ; elle fait
la joie des enfants et elle nous remplit d’admiration, nous qui savons quelque chose de ces mystères de la physique moléculaire qu’elle
contribue pour une grande part à nous révéler; et, avec son aide,
nous acquérons la possibilité de mettre en évidence les actions de forces relatives à d’autres branches de la science physique avec
souvent plus de facilité et d’élégance que par d’autres moyens. J’ai
vu que la bulle de savon pique même la curiosité des singes et par- ticulièrement de ceux dont le développement intellectuel est le plus avancé, le chimpanzé et l’orang-outang. Enfin, parrni tous les objets qui nous sont familiers et qui présentent un véritable intérêt scien-
tifique, la bulle de savon l’emporte sur tout autre du même poids.
,Avant de commencer à vous montrer quelques-unes de mes expé- riences, il me semble que c’est pour moi un devoir de payer le tribut de mon admiration à Plateau, cet homme de génie qui, après avoir
été frappé de cécité, obligé de se servir des yeux et des mains de sa
belle-fille, imagina et développa relativement à la science de la ca-
pillarité des expériences et des idées théoriques qui ont provoqué
l’admiration du monde scientifique et dont l’ouvrage intitulé Stalique
(1) Conférence faite à la Société française de Physique, le 3 ~ avril 1912.
Voir : Soap Bubbles; their colours and the forces which mould them, by
C.-V. Bovs, F. Il. S., 1011, mile, Society forPromoting Christian Knowledge, Nor-
thumberland avenue, London - et Boys (C.-V.), membre de la Société Royale de
Londres : Bulles de savon, quatre conférences sur la capillarité, faites deyant
un jeune auditoire. Trarluit de l’anglais par Ch.-Ed. Guillaume, Dl ès sciences,
avec de nouvelles notes de l’aiiteur et du traducteur, in-18 jésus, 60 figures et
1 planche. Paris, Gauthier-Villars, 1912.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019120020061100
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des liquides est un monument digne du génie de l’auteur. Quand je
considère le trésor des connaissances dont Plateau nous a enrichis, j’ai bien l’impression que je n’ai fait que ramasser des miettes toi- bées de la table de l’homme riche.
La formation et l’existence d’une bulle de savon reposent sur la
faible tension superficielle de la solution de savon et sur cette remar-
quable propriété, étudiée par Willard Gibbs, en vertu de laquelle la
tension superficielle varie suivant les besoins du moment entre des
limites élastiques, dans le sens propre du mot. J’ai été surpris lorsque j’ai trouvé par l’expérience qu’il pouvait se produire un accroissement
atteignant presque jusqu’à 20 0/0 de la tension normale. Je n’ai mal- heureusement ici aucune expérience qui me permette de vous mon-
trer commodément ce fait.
,Les parties supérieures d’une grosse bulle doivent avoir une ten- sion plus grande que les parties inférieures, car elles doivent faire
équilibre à la fois au poids de la bulle et à la tension de la partie
inférieure. C’est pourquoi il doit y avoir une limite supérieure à la grandeur possible d’une bulle de savon. Une bulle dont la couleur est le blanc du premier ordre ne peut pas dépasser i mètre 1,/2 de diamètre, tandis qu’une bulle noire peut atteindre jusqu’à 13 mètres
de diamètre environ. Il n’est d’ailleurs pas possible pratiquement
de souffler d’aussi grosses bulles. La grande difficulté, si l’on ne
fait pas usage de moyens mécaniques, est d’envoyer de l’air en quantité suffisante. A ce propos, le professeur Wood, de Baltimore,
me disait qu’il trouvait le principe de l’injection très avantageux. En effet, quand on y réfléchit, il répond exactement aux nécessités de la
question. La pression intérieure diminuant à mesure que la bulle devient plus grosse, une petite quantité d’air insufflée dans le tuyau
en entraînera avec elle une assez grande pour que la pression soit
suffisante.
J’ai essayé plusieurs formes d’injecteurs, mais le plus simple et jusqu’ici le meilleur est fait d’un chalumeau recourbé, tel que ceux que l’on emploie pour l’essai du gaz d’éclairage, pour le soufre. Je souffle avec la bouche dans le bout étroit par l’intermédiaire d’un
bec, tandis que le bout large est entouré d’une bande de batiste
avec le tranchant serré qui alimente de liquide la bulle à mesure qu’elle grandit. Avec cet appareil je n’ai pas soufflé de bulle ayant
80 centimètres de diamètre, mais je sens bien que je pourrais en
souffler de plus grosses quand je voudrais. Permettez-moi de dire
613 ici que je fais usage du liquide de Plateau constitué par une solution aqueuse d’oléate de soude additionnée de glycérine. Les proportions
sont les suivantes : oléate, 1 partie; eau, ÍO parties ; on ajoute ensuite 1/3 du volume de glycérine. Avec du bon oléate, j’ai aug menté quel- quefois la proportion d’oléate, surtout quand il s’agissait de souffler de grosses bulles.
Si le chalumeau est légèrement chauffé, la bulle contenant ainsi
de l’air un peu chaud sera une véritable montgolfière et s’élèvera
par sa propre force ascensionnelle. Si la bulle atteint 30 centimètres environ de diamètre, on est surpris de la durée du temps pendant lequel elle reste assez chaude pour flotter dans l’air. Quand elle com,
mence à descendre, on peut l’arrêter au moyen d’un courant d’air
dirigé vers le haut et que l’on produit soit en soufflant avec le chalu-
meau, soit au moyen d’un soufflet. Dans ce dernier cas, en accordant les mouvements du soufflet avec la période naturelle d’oscillation de la bulle, on pourra à la fois la maintenir dans l’air et lui faire exécu- ter des vibrations de grande amplitude. On peut encore la reprendre
et insuffler à l’intérieur un peu de gaz d’éclairage, elle flottera alors d’elle-même. La chaleur mème de la respiration suffit pour faire
monter une bulle si elle est assez grosse. Mais, avec un chalumeau chauffé, on peut faire s’élever pendant quelques instants même de
toutes petites bulles.
Il est évident qu’une bulle froide soufflée avec de l’air flottera sur de l’acide carbonique. Je suis entré une fois dans la grotte du Chien près de Naples, et là j’ai soufflé de nombreuses bulles qui volaient
tout autour de moi dans le gaz lourd à la grande joie du gardien.
La vapeur d’éther se prépare plus facilement et est encore plus
lourde que le gaz carbonique. Il est plus facile de s’en servir pour supporter une bulle remplie avec de l’air; mais la vapeur se con- dense bientôt sur la bulle, s’évapore à l’intérieur et, au bout de peu de tenips, celle-ci tombe. Si on la reprend et’qu’on approche une bougie allumée, la bulle brûle en produisant une flamme, montrant
par là que la vapeur a pénétré à l’intérieur. On peut encore reprendre
la bulle au moyen d’un entonnoir. Si alors on approche une bougie
allumée de l’extrémité, on voit une flamme longue comme celle d’un
bec Bunsen. Il est intéressant de remarquer que si la benzine est substituée à l’éther, la bulle flotte aussi bien, mais la pénétration
de la vapeur est moins rapide. Elle finit cependant par entrer et la
bulle brûle alors avec une flamme brillante. Avec le pentane, au con-
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traire, la bulle flotte sans qu’il y entre de la vapeur, cette substance étant beaucoup moins soluble. Une bulle d’oxygène flottant sur
l’éther et la benzine exploserait violemment à la façon d’une bombe
quand on l’allumerait.
La vapeur d’éther et quelques autres en petit nombre diminuent
un peu la tension superficielle d’une bulle de savon, tandis que la
plupart des vapeurs organiques l’augmentent. Ceci est particulière-
ment frappant avec l’ammoniaque qui, sans aucun doute, agit chimi-
quement sur les molécules libres de l’acide oléique, se combine avec
elles et neutralise au delà l’influence propre des molécules dissociées que Wiliard Gibbs a mises en évidence et qui tend à diminuer la ten-
sion superficielle. On peut montrer très simplement cette action de l’ammoniaque en recevant une bulle sur un anneau de fil de, fer de
diamètre un peu moindre. Si on tient au-dessus de la bulle le bou- chon d’une bouteille d’ammoniaque diluée, la bulle se rétracte vers
le bord le plus bas de l’anneau. Si au contraire on maintient au-des-
sous de la bulle un verre contenant de l’ammoniaque, l’action sera
encore plus rapide, la bulle tendra à s’élever à l’encontre de la gra- vité et se resserrera elle-même dans l’anneau. Le mouvement se pro- duit dans chaque cas comme si la bulle était incommodée par l’odeur. Si la bulle est trop grosse pour s’élever à travers l’anneau,
une larme se forme qui indique sa détresse. Naturellement la cause
réelle de ces actions est l’accroissement de la tension de la lame
liquide du côté de l’anneau où est appliquée l’ammoniaque ; et, si la bulle est trop grosse, cet accroissement de tension provoque la sépa-
ration d’un peu de liquide du reste de la bulle et du fil de fer : c’est
ce qui forme la larme.
Dupré a montré depuis longtemps déjà que la vitesse avec laquelle
se brisent les bulles de savon est déterminée par cette condition que
l’énergie de mouvement de la gouttelette soit égale à celle qui est
nécessaire pour la séparer de la lame liquide. Ceci peut être exprimé
à la manière de Newton de la façon suivante : si la tension d’une lame d’ean de savon est suffisante pour supporter le poids d’un cer-
tain nombre de mètres d’une lame d’une certaine épaisseur spéci- fique ou d’une certaine couleur, la vitesse avec laquelle une lame de
cette épaisseur ou de cette couleur se brisera est la même que la
vitesse acquise par une pierre qui a parcouru en chute libre sous l’in-
fluence de son propre poids ce même nombre de mètres. Ceci évi-
demment dans la supposition que le liquide est parfaitement mobile.
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Quand augmentent la rigidité et la viscosité, la vitesse est réduite.
Par exemple, une solution de saponine a une tension superficielle de
50 0,’0 plus grande que celle d’une solution de savon. Une bulle de
saponine se brisera donc plus vite qu’une bulle de savon. A ce pro- pos, permettez-moi de vous montrer à titre de curiosité et pour ceux
qui ne sont pas familiers avec ces matières une bulle de saponine.
‘Maintenant, dans le cristallisoir que vous voyez en projection, je
souffle une mousse de saponine et de glycérine ; je puis poursuivre l’opération jusqu’à ce que j’obtienne l’aspect ordinaire de la mousse.
Mais bientôt les cellules qui se sont formées commencent à crever.
Vous pouvez voir la surface libre descendre d’un mouvement lent et irrégulier, qui provient de ce que le liquide n’est pas complète-
ment fluide. Je conclus de là qu’une bulle de savon se brisera
moins vite que ne l’indique le calcul. ’.NI. Bull pourrait aisément vous
le montrer à l’aide de son micro-cinématographe d’une si grande puissance.
La bulle de savon fournit un moyen commode pour illustrer le
principe de la stabilité. Il suffirait ici de me reporter au travail de Plateau sur ce sujet. J’ai cependant disposé deux expériences pour
vous le montrer. La première est une variation d’une expérience de
Plateau qui montra qu’une bulle de savon très légère restait en équi-
libre stable sur l’extrémité inférieure d’un anneau vertical en fil de fer, si une lame d’eau de savon était tendue sur cet anneau. J’ai vu
que les oeufs d’oiseau vidés, pourvu qu’ils ne soient pas plus lourds
que ceux des moineaux domestiques, peuvent être employés pour cette expérience.
En contraste marqué avec la rupture lente de cette bulle particu- lière, je puis vous montrer que la vitesse de rupture d’une vraie bulle de savon, qui peut être aussi grande que la vitesse d’nn train express, peut être rendue visible à l’ceil ou être montrée en projection sur
un écran. J’ai disposé sur une planche un cadre de fil de fer sur le- quel je peux former une lame de savon de 2 mètres de long et 5 mil-
limètres de large, mais en zigzag, de façon qu’elle occupe llne sur- face d’un peu moins d’un décimètre carré.
De plus je l’ai construit de façon que les deux bouts de la lame soient adjacents. Alors, en rompant la lame, on voit immédiatement que la rupture est progressive, durant à peu près 1 j i de seconde
pour la course entière. Si la lame est rompue aussitôt que formée,
alors qu’elle est encore épaisse, le mouvernent du bord est plus
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-lent; si on le laisse s’amincir et montrer le blanc ou les couleurs du premier ordre, le mouvement du bord est sensiblement plus rapide.
L’oenf dé l’oiseau présente l’avantage qu’il introduit une seconde
condition de stabilité. Il ne peut rester en équilibre que si sa section .transversale maxima, c’est-à-dire sa section ovale, repose sur la lame liquide. Si on fait tourner l’anneau, I’oeuf commence par rouler et glisser, puis, la vitesse s’accélérant, il roule et saute, mais ne
quitte jamais la lame liquide. J’ai disposé cette expérience de façon
à pouvoir la projeter.
La seconde manière de mettre en évidence les conditions de stabi- lité repose sur l’emploi de bulles cylindriques dont la longueur est
77 fois aussi grande que leur diamètre. Au delà de cette longueur,
comme l’a montré Plateau, .une bulle cylindrique n’est plus stable.
Quand on approche de cette longueur, la stabilité diminue ou, en d’autres termes, la bulle se déforme plus facilement. Si nous soufflons
’une bulle sphérique avec de l’oxygène entre les pôles d’un électro- aimant, nous trouvons que le magnétisme ne suffit pas pour faire
’
mouvoir la bulle d’une façon appréciable quand. le courant excitateur
est fermé. Mais, si nous amenons la bulle à prendre la forme cylin- drique avec un appareil construit de façon à rendre sa longueur à
peu près 1t fois aussi grande que son diamètre, l’influence magné- tique cause immédiatement la séparation de la bulle en deux parties,
la plus grosse restant entre les pôles de l’électro-aimant et la plus petite montant au-dessus.
Je vais maintenant souffler une grosse bulle en me servant de ma
-bouche en guise d’injecteur et de mes mains sans employer d’autre appareil. Cette méthode m’a été indiquée par le professeur Wood.
Après avoir pris ainsi une bulle entre mes mains, je les écarte jus- qu’à ce qu’il se forme un col au milieu de la bulle et puis que celle-ci
-se divise en deux. Je les jette maintenant l’une contre l’autre dans
-une direction horizontale, vous remarquez qu’elles ne se joignent
pas, mais qu’elles s’aplatissent l’une l’autre et résistent au rappro- chement. Si au contraire je les rapproche suivant la direction verti- cale, elles se joignent instantanément et se facilitent le rapprochement
Dans le premier cas, la surface nette et lisse des deux bulles ne per-
mettait pas à l’air de s’êchapper, tandis que, dans le second cas, la
.surface rugueuse du liquide qui s’égoutte à la partie inférieure de la
bulle brisait la couche d’air interposée. Les deux bulles pouvaient
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alors se joindre soit en gardant une face commune ou septum, soit,
si celui-ci se brisait avant de devenir visible, en reformant la bulle
unique primitive. Cette opération peut être répétée plusieurs fois.
Ce que je vais vous montrer maintenant repose sur la propriété
suivante dont jouissent les bulles. Quand leurs surfaces sont bien
lisses, elles peuvent être pressées l’une contre l’autre sans qu’il y ait
contacts réel.
Si je place une bulle sur un anneau horizontal juste assez large
pour lui permettre de passer au travers par l’effet de son propre poids
~et que je la pousse vers le bas avec une lame liquide tendue sur un
autre anneau, elle passera au travers d’un seul coup. Si l’on ~prend
soin d’enlever. toutes les gouttes qui peuvent se former sur la sur- face inférieure, on pourra la pousser à nouveau sur le haut. Dans
aucun cas, la lame liquide ne touche réellement la bulle.
.le souffle une bulle sous un anneau et je la suspends à un autre
anneau de fil d’aluminium de façon à pouvoir lui donner une forme -allongée. Après avoir inséré le chalumeau, je souffle à l’intérieur une
seconde bulle que je laisse se détacher. Cette seconde bulle descen- dra à l’intérieur de la première jusqu’à ce qu’elle trouve son équi-
libre au niveau d’un certain cercle de latitude de l’hémisphère infé-
rieur et elle y restera tant qu’aucune goutte suspendue à sa partie
inférieure ne viendra toucher la bulle extérieure. Ces gouttes peuvent -d’ailleurs être enlevées avec le chalumeau. La bulle extérieure peut alors être étirée vers le bas de façon à comprimer la bulle intérieure et à lui donner la forme d’un sphéroïde allongé que l’on peut faire
pivote, sans que, pendant toutes ces opérations, il y ait contact réel entre les deux bulles.
j’écarte encore l’anneau inférieur et par ce moyen j’élimine l’air qui se trouve entre les deux lames liquides, jusqu’à ce qu’il soit à peu près impossible de voir quoi que ce soit entre elles ; si alors j’in-
suffle de l’air à nouveau, la bulle intérieure prendra un rapide
mouvement de rotation. Ces bulles sont trop grosses pour pouvoir
être projetées facilement sur l’écran ; je puis cependant rendre plus
visibles ces opérations et d’autres semblables en utilisant sim-
plenient l’ombre portée sur l’écran par le cratère positif d’un arc électrique.
Je souffle une bulle sur un anneau et j’y fais entrer du gaz d’éclai-
rage - ou de l’hydrogène
-elle tend à s’élever ; mais, comme
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elle est retenue vers le bas par l’anneau, elle s’étire vers le haut, prend à une échelle agrandie et en sens inverse la forme d’une goutte liquide et finit comme celle-ci par se détacher. Lorsqu’une bulle
soufflée dans l’air libre contient une très petite quantité de gaz
d’éclairage, il peut se faire qu’elle soit juste assez légère pour flotter
ou bien qu’elle ait une tendance soit à monter, soit à descendre. Si elle est juste assez légère pour avoir une tendance à monter, on voit
qu’après quelques instants, grâce à un processus de diffusion, de
condensation et d’évaporation, elle perd un peu de son gaz léger et
tend à redescendre. Lorsqu’une grosse bulle contient une quantité de
gaz d’éclairage pas tout à fait suffisante pour la maintenir en l’air, on peut la faire naviguer sur le pavé. Elle petit ainsi se débarrasser des
gouttelettes qui pendent à sa partie inférieure ; puis, ainsi allégée,
elle peut remonter lentement. Ces grosses bulles sont très belles, et
dans la nouvelle édition de mon livre sur les bulles de savon, j’ai
donné de très nombreuses indications sur la manière la plus pra-
tique de les faire. Malheureusement il n’est pas possible, dans cet amphithéâtre, d’imiter les conditions des bulles faites en plein air.
Je voudrais cependant vous indiquer que l’un des traits les plus sail-
lants de la beanté de ces bulles est la ligne du ciel que l’on voit dans
une sorte de perspective sphérique sur la surface supérieure et de
nouveau., mais alors renversée, sur la surface inférieure. Vous
n’apercevez pas l’image des fenêtres réfléchies par les bulles en plein air, bien qu’on rencontre des tableaux qui représentent ce phéno-
mène. Je puis vous montrer une photographie que j’ai prise d’une
bulle en plein air et dans laquelle les édifices situés derrière mon
cabinet à Londres apparaissent déformés suivant une curieuse pers-
pective que j’appelle sphérique. Cette photographie est très intéres-
sante ; mais une vue analogue prise dans un beau jardin et contenant
de beaux édifices serait encore plus attrayante. Une seconde photo- graphie, que j’ai prise en novembre dernier dans les conditions les
plus défavorables, montre que la bulle réfléchit les portraits d’une
°façon charmante. Un très grand nombre de personnages peuvent ainsi être représentés autour d’une figure centrale, les plus distants paraissant plus petits, ceux qui sont au bord paraissant étirés et
courbés. On a ainsi, d’une circonstance particulière quelconque, un
intéressant souvenir. J’ai appelé ces portraits des portraits de rêve.
Revenons à nos bulles de gaz. Je souffle une bulle de gaz sur un
.
619 anneau et à l’intérieur de celle-ci une bulle d’air. Dans le gaz, l’air est si lourd que la bulle pend comme une goutte pesante à l’extré- mité du chalumeau pour s’en détacher bientôt. Si au contraire je
souffle une bulle d’air sur un anneau et que je place à l’intérieur une
bulle de gaz, celle-ci flottera et viendra s’appliquer contre la paroi supérieurc de la bulle extérieure pourvu qu’il ne se rencontre pas de gouttes lourdes pour la briser. Si maintenant je fais entrer un peu de gaz dans la bulle extérieure, la bulle intérieure flottera comme le cercueil de Mahomet suspendu dans l’espace. Je puis maintenant
détacher la bulle de l’anneau au moyen d’un second anneau ou en
soufflant une troisième bulle en contact avec l’anneau. Je recommence
à souffler une petite bulle de gaz dans une bulle d’air tenue sur un anneau. Avec un second anneau je donne à la bulle extérieure la forme d’un cylindre. Si je l’incline alternativement dans les deux sens, la bulle intérieure va suivre toute la longueur de ce cylindre.
J’écarte encore le second anneau, la bulle intérieure grandit. Je puis
ainsi la faire grossir au point qu’elle tire vers le haut assez fortement
pour supporter l’anneau et les petits objets qu’on a pu fixer sur lui.
A aucun moment cependant elle ne touche réellement la bulle exté- rieure.
Je recommence, et d’une main je maintiens la bulle extérieure sur un anneau passé au travers de la bulle extérieure ; avec l’autre main, je souffle une troisième bulle à l’intérieur des deux autres. Je puis
alors à ma fantaisie enlever l’anneau et rendre ainsi les trois bulles libres ou bien les prendre sur un autre anneau. Il est possible, mais
pas facile, de souffler une quatrième bulle à l’intérieur des trois pre- mières. Ce n’est d’ailleurs pas en suivant la même méthode que pré-
cédemment, car on se trouve limité par le nombre des mains.
Si deux bulles soufflées sur anneau sont pressées l’une contre l’autre, nous avons vu qu’elles ne se joignent pas ; mais, si la
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