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Recherches sur les lames d’huile étendues sur l’eau - Minimum et maximum d’épaisseur d’une lame sans
globule. Minimum et maximum d’une lame avec globules. -Rapports avec la tache noire
Henri Deyaux
To cite this version:
Henri Deyaux. Recherches sur les lames d’huile étendues sur l’eau - Minimum et maximum d’épaisseur
d’une lame sans globule. Minimum et maximum d’une lame avec globules. -Rapports avec la tache
noire. J. Phys. Theor. Appl., 1912, 2 (1), pp.699-719. �10.1051/jphystap:019120020069900�. �jpa-
00241793�
699
RECHERCHES SUR LES LAMES D’HUILE ÉTENDUES SUR L’EAU (1)
Minimum et maximum d’épaisseur d’une lame sans globule.
Minimum et maximum d’une lame avec globules. 2014Rapports avec la tache noire.
par M. HENRI DEYAUX.
Les recherches qui suivent sont la continuation de celles exposées en ~ 90~ (’ ) .
Le 19 avril dernier, j’ai exposé devant la Société française de Phy- sique l’ensemble des résultats qui font l’objet de cet article, avec des expériences de démonstration. La plupart de ces résultats ont été
obtenus en 1907, mais ils ont été contrôlés de nouveau ces temps derniers avant ma communication et mème après celle-ci, comme on
le verra pages 707 et 708.
’
Évolution d’une goutte d’huile déî)osée sur l’eau.
-Quand on dé-
tJ pose une goutte d’huile sur l’eau, elle s’étend en une lame qui peut
,
présenter les teintes d’interférences pour une extension convenable.
Mais cette phase est toujours fugitive. Bientôt cette lame brillante se
perce de taches circulaires, noires, où la surface de l’eau semble libre Ces taches, plus ou moins nombreuses, selon la nature de l’huile, grandissent progressivement, et chacune d’elles se montre
bientôt entourée d’un collier de fines gouttelettes semblables à des
perles 1). Les premières apparues sont situées à la périphérie
de la lame, c’est-à-dire dans une région plus mince qu’au centre;
elles grandissent très vite et arrivent bientôt à confluer. La même chose se produit ensuite pour les taches du reste de la lame
d’huile, de sorte que celle-ci est transformée à la fin en un ensemble de gouttelettes variées, éparses à la surface de l’eau, qui apparaît de
nouveau comme libre et uniformément sombre.
En réalité, malgré l’apparence, la surface de est aloî-s cou-
verte encore entre les globules par une d’huile très 1nince / et la
de cette phase finale déiîîontre que c’est sous cette
(1) Communication faite à la Société française de Physique : Séance du 19 avril
1912.
(’) H. DEVAUX, Recher°clces sur les larries très rrzinces liquides ou solides (Pi’oc.-
veib. Soc. sc. de BOl’deallx, novembre 1903); lUenlbranes de coagulation par.
simple contact de talblln1Ïne avec l’eau (Pt’oc.-vel’b. Soc. sc. pitys. de ,f3orcleaux, janvier 1904); Compal’aison de l’épaisseu1’ eritique des lames l1’ès rrzirzces avec le dian1ètJ’e théo1’igue de la 1nolécule (Pl’oc.-vel’b. Soc. sc. Pltys. de Bordeaux (avril i90~~ ; SUI’ l’épaisseul’ critique des solides el des liquides réduits en lames très
l1Ûnces (Voir Bulletin des Séances de la Soc. (J’. de physique, p. 24, année 1904).
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019120020069900
700
dis:ontinue seulement qie (huile déposée sur est en équilibre à
peu près statique.
FIG. 1..
°
Il est donc nécessaire Je distinguer deux phases dans l’évolution d’une goutte d’huile, une phase toujours fugitive, et une
phase statique, terminant l’évolution.
Cette évolution varie du reste, comme on doit s’y attendre, avec la
nature de 1 huile considérée (elle varie aussi avec l’épaisseur, la tem-
701
pérature, l’état hygrométrique de l’air, etc., etc. ; l’étude de ces in-
~ iluences demanderait des développements très étendus). Rapide
pour l’huile d’olive et l’huile de colza avec taches noires souvent
grandes, elle est lente pour l’huile de lin, avec taches noires tar- dives, très petites, mais très nombreuses. La plupart des autres huiles, végétales et animales, se classent dans des catégories inter- médiaires, sauf l’huile de ricin et l’acide oléique, pour qui la phase
des taches noires peut manquer, mais qui se résolvent finalement en
disques comme les autres.
Tomlinson a décrit, il y a longçtemps (’) , les aspects variés que l’on rencontre ainsi et s’en est servi pour caractériser les huiles et les autres liquides s’étendant sur l’eau. Il signale, en particulier, la for-
mation fréquente des taches noires, qu’il appelle des trous et la réso-
lution finale en disques.
noires des 1(tmes d’huile.
-Il est singulier que les physi-
ciens n’aient pas été frappés, depuis longtemps, de l’étonnante res-
semblance de ces trous des lames d’huile avec les taches noires des lames d’eau de savon : le mode subit d’apparition, la forme circulaire,
le diamètre habituel et l’agrandissement progressif sont très ana- logues, et chaque trou est occupé réellement par une lame d’huile dont l’épaisseur est tout à fait analogue à celle d’une tache noire de bulle de savon.
Les trous des lames d’huile sont, il est vrai, toujours plus nom- breux, et de plus ils s’entourent à la fin de gouttelettes, puis con-
fluent entre eux.
En réalité, les lames d’eau de savon montrent souvent plusieurs
taches noires simultanées, surtout un peu avant le moment de la rup-
ture. De plus, ce qui est spécialement intéressant, Herbert-Stans-
field (2) a décrit, autour de ces taches noires des lames d’eau de sa-
von, des colliers de disques ou de granules, qui correspondent tout
à fait à ce que montrent les lames d’huile ; seulement les lames d’eau de savon n’étant jamais horizontales, la pesanteur entraîne souvent
ces parties épaissies loin de leur lieu d’apparition. La confluence des taches n’est pas non plus spéciale aux lames d’huile.
Le phénomène est donc le même, la différence tenant essentielle- ment aux conditions si distinctes dans lesquelles il apparaît : pelli-
cule indépendante et à deux faces pour l’eau de savon, pellicule
(1) Phil. Jfag., 46 série, t. XXH 1861. XXIII 1862 et XXVIII 1864.
(2) P¡’oceedings of the Soc., 1906, p. 311.
702
adhérente à l’eau et supportée par elle dans le cas de l’huile. Il en
résulte que l’étude de l’évolution des lames d’huile peut nous éclairer
sur le sort final que snbirait une lame d’eau de savon si elle ne se
rompait pas ; elle se réduirait en une grande lame noire, très mince, parsemée de parties épaisses circulaires, disques ou gouttelettes.
De semblables lames noires, très grandes ont du reste été réali- sées, même sur les pellicules d’eau de savon, par Reynold et Ruc- lieur (1), dans les belles recherches que ces auteurs ont faites de 1877 à 1893. C’est sur ces lames qu’ils ont déterminé l’épaisseur de la
tache noire : ils l’ont trouvée sensiblement uniforme et égale à 12
Johonnot a établi ensuite qu’il peut exister aussi des lames deux fois
plus minces, soit 6 t-L~ (2). Il devient dès lors tout spécialement inté-
ressant de mesurer aussi l’épaisseur de la lame noire des huiles pour la comparer à celle des bulles de savon. Cette mesure ressortira des études suivantes.
_
Sur l’epaisseui- des 92oiî-es.
-Il résulte de l’observation même de l’évolution des lames d’huile que la lame noire continue, qui subsiste entre les globules à la fin de l’évolution, représente
l’ensemble des petites taches noires circulaires devenues confluentes.
La mesure de l’épaisseur de la lame noire entre les globules nous
donnera donc celle de l’huile existant dans une tache circulaire. Tou- tefois l’expérience démontre que cette lame noire peut présenter des
tensions variées selon la grosseur et peut-être aussi selon le nombre des globules dont elle est semée. Car, lorqu’une la1Yu! à fins globules
existe à côté larne à gro-s globules elle se rétracte toujours aux dépeiis de celle-ci. On doit en conclure que ces lames noires n’ont pas la même épaisseur, c’est-à-dire que la lame à fins globules possède une épaisseur plus faible que celle à gros globules. Il en
est bien ainsi, comme on va le voir.
D’autre part, j’ai démontré en 1904 (3) que l’on peut avoir sur l’eau des lames d’huile formant une couche continue et sans gout- telettes. Ces lames sont caractérisées par ce fait qu’elles possèdent
un minimum d’épaisseur, pour lequel elles ont exactement la tension
’
superficielle de l’eau pure d’ex’tension 1naxima); si on les
(1) A.-BV. REYNOLD et A.-W. RUCKER, Roy. Soc. of London, 1877;
Phit. Trans. Soc. of London, part II, 1881, ’1883 ; l’hilos. Magaz., vol. XIX, 1885; Philos. Tl’ans. R. S. Lond., part II, 1886; "lied. Ann., t. XLIV, ’l89I; Philos.
Trans. R. . t. CLXXX1V, 1895.
(2) JonoKNOTT, Phil. JIag. (5), XLYII, p. 50i ; 1899.
(3) Loc. cit.
703 rétrécit pour les épaissir, leur tension baisse très rapidement et
devient vite très voisine de celle d’une surface d’huile C ~. La varia-
tion considérable de la tension pour de ’très faibles variations de
l’épaisseur m’a fait nommer celle-ci épaJ-;seur et je m’en
suis servi pour mesurer cette dimension, qui s’est trouvée très voi- sine du diamètre théorique de la molécule (2).
Si l’on continue à rétrécir une lame d’huile pour dépasser son épaisseur critique, sa tension ne diminue plus que très lentement,
(1) En répandant un peu de poussière de camphre sur la lame d’huile au maxi-
mum d’extension, puis un peu de talc, on voit les grains se mouvoir vivement.
En écartant le talc, ils donnent des apparences de tétards. Si on rétrécit la sur-
face de moitié, tout s’arrête subitement avec rapprochement du talc autour de
chaque particule de camphre.
#
.FIG. 2.
On peut aussi mettre sur l’eau le petit bateau en papier d’étain que j’ai imaginé
en 1888 (voy. la ivalui,e, avril 1888) et qui est représenté ci-contre (fiq. 2) en grandeur
naturelle. Un menu fragment de camphre est collé à l’arrière avec de la cire à
cacheter, sur une partie taillée en queue d’arondc. Un petit mât terminé par une banderolle est fixé aussi au milieu. Cette petite nacelle, posée sur l’eau pure, se
déplace d’un mouvement continu et rapide, perceptible de tous les points d’une
salle.
Je m’en suis servi le 19 avril à Paris. Posé d’abord sur une eau garnie d’huile
au maximum d’extension, il marchait comme sur l’eau pure, donnant en arrière
un large sillage par écartement du talc, avec une trépidation marquée au contact du camphre à l’endroit correspondant à l’hélice d’un bateau. Je rétrécis : aussitôt le sillage devient moins larâe, le bateau se ralentit. Je rétrécis davantage : brus- quement le bateau est inll1l0bilisé. J’élargis, il marche de nouveau.
On peut ainsi par de simples déplacements d’une barrière capillaire (une bande
de papier) montrer à tout un auditoire l’efl’et des variations brusques et consi-
dérables que subit la tension superficielle de l’eau couverte d’une lame d’huile à
l’épaisseur critique. C’est une expérience très simple à réaliser et très démons- trative.
(2) Loc. cit.
704
comme lord Rayleigh l’a et nous pouvons nons de- mander dès lors pour quelle épaisseur les globules apparaissent.
Nous sommes ainsi amenés à distinguer les cas suivants dans
l’étude générale de la lame noire de r huile étendue sur l’eau :
10 Lame sans globules: minimum et maximum d’épaisseur;
20 lame avec globules : minimum et maximum d’épaisseur.
1. SANS GLnBIJLES 1 MINIMUM LT MAXIMUM
D’ÉPAISSEUit.
_1, Minimums J’ai établi, dans mes recherches antérieures, qu’à
la phase critique l’huile d’olive possède une épaisseur comprise entre
0,9 et 1,3 c’est-à-dire qu’entre ces limites l’huile sur l’eau passe de la tension superficielle de l’eau pure à une tension à peine supé-
rieure à celle de l’huile pure. J’ai montré également que cette épais-
seur est très voisine du diamètre attribué à la molécule.
Depuis cette époque, les recherches de Perrin ont permis de cal-
culer avec une précision admirable, pour une molécule quelconque,
le diamètre moyen. Si l’on fait ce calcul pour le trioléate de glycé- rine, partie essentielle de l’huile d’olive, on trouve 1,13 uu, avec une
précision portant sur les centièmes de micromicrons. Cette valeur est, comme on le voit, comprise dans les limites que j’avais données
pour l’épaisseur critique des lames d’huile, ce qui confirme la con-
clusion que ces lames sont constituées par des molécules formant
une couche vraiment simple à la surface de l’eau.
Nouvelles
-Mais on peut serrer encore de plus près la
valeur théorique des dimensions moléculaires. On peut, par exemple,
établir sans difficulté l’épaisseur de la lame d’huile, non pas pour les deux limites entre lesquelles sa tension varie beaucoup, mais
pour une tension interîïîéclictire facile à préciser. On aura ainsi non plus deux valeurs, mais une seule, qu’il sera plus facile de comparer
au diamètre théorique de la molécule.
J’ai pris des mesures de cette manière en 1907 sur l’huile d’olive,
en adoptant comme phase constante celle où la lame d’huile, étant
presque en extension maxima, a une tension très voisine de l’eau pure. Cette phase correspond au point d’inflexion de la courbe des tensions de l’huile, en partant de la tension maxima, laquelle est identique à la tension de l’eau pure.
(1) Lord RAlLEIGII, Pltil. lllccg., vol. 1899.
705 Mode opératoire.
-Voici comment j’opère.
Une cuvette à photographies en verre de 281 sur 223 millimètres, soigneusement nettoyée, est posée sur du papier noir et remplie
d’eau ordinaire jusqu’aux bords. Ceux-ci ont été légèrement paraf-
finés. On pose alors à plat sur l’eau une feuille de papier mince pour enlever tontes les impuretés modifiant la tension de cette surface.
Je me sers à cet effet d’un papier très commun dans le commerce
et qu’on emploie dans les boulangeries pour envelopper les pains de luxe ; mais beaucoup d’autres papiers donneraient le même résultat.
La feuille mouillée est enlevée et remplacée par une autre, à deux
ou trois reprises.
Je m’assure alors qu’aucune impureté ne subsiste sur l’eau, en y
répandant un voile léger d’une poudre très fine (talc) avec un tamis.
En soufflant ensuite horizontalement et d’un peu loin, on voit les grains de talc épars fuir sans effort et se rassembler à l’autre bout de la cuvette, où ils forment bientôt une surface contiîiue semblable à du verre dépoli. On peut alors être certain qu’aucune impureté ne gênait le rassemblement des grains. Si au contraire une trace d’huile
ou d’une autre impureté analogue existait quelque part, le talc refuse de s’y rassembler, car l’impureté reste comme une enclave
très visible; il faut procéder alors à un nouvel essuyage.
Une fois la surface de l’eau rigoureusement propre, on y dépose,
avec un compte-gouttes calibré, une ou deux gouttes d’une solution titrée d’huile dans la benzine pure. Je me suis servi en dernier lieu d’une solution contenant exactement 1 centimètre cube d’oléine pure (trioléate de glycérine) pour 1.000 centimètres cubes et d’une
pipette donnant 50 gouttes de cette soluticn pour 1 centimètre cube.
Une goutte contient donc 50000 1 de centimètre cube d’huile, et je dépose deux de ces gouttes sur l’eau.
Aussitôt tombées, ces gouttes s’étendent sur la totalité de la sur-
face de l’eau, et l’évaporation de la benzine est quasi instantanée,
laissant un résidu d’oléine égal à 2 ou 400 . 10-7 centimètres 50000
cubes. Des mesures antérieures m’ayant démontré que cette quantité
d’huile est incapable de couvrir la totalité de la surface disponible, je souffle de loin pour rassembler le voile invisible à l’extrémité
éloignée de la cuvette, comme je le faisais tout à l’heure pour le
talc, et je répands aussitôt sur l’extrémité la plus rapprochée un
706
léger’ voile de poudre avec le tamis. Le talc tombe ainsi sur de l’eau libre E ( fig. 3), il fuit emporté par le soume, mais on le voit brus-
quement arrêté le long d’une barrière TT’ invisible et des plus nettes,
FIU. 3.
constituée par la lame d’huile H. L’arrêt est d’une netteté sai- sissante.
FIG. 4.
On applique alors, sur la partie de l’eau sans huile, une bande de
papier BB’ (fig. 4) pour faire une barrière capillaire à bord recti-
ligne. Cette barrière est rapprochée doucement de la bande de talc,
707
qu’elle redresse comme on le voit sur la figure (~). Si alors on res-
serre un peu plus la barrière, on voit les grains de talc situés juste
à la limite de l’huile, et plus ou moins distants les uns des autres parce qu’ils sont légèrement huilés, subir un resserrement brusque
entre l’huile et le papier. On recule la barrière, et l’on voit tout à coup ces mêmes grains redevenir libres, flottant côte à côte sans
résistance. Par de petits mouvements brusques en avant ou en arrière, j’arrive ainsi à préciser, à quelques millimètres près, la limite
à laquelle le voile d’huile est resserré, à peine, c’est-à-dire au
début du changement de tension.
C’est à cette limite que je prends une mesure, en déterminant, au
moyen d’un double décimètre, la longueur de la nappe d’huile; sa largeur est déterminée une fois pour toutes.
Résultats.
-Voici, à titre d’exemple, les longueurs trouvées le
18 avril 1912, en vue de la communication que j’ai faite le lende-
main.
La longueur moyenne était donc pour 2 gouttes de 163-In,l. La
cuvette ayant 223 millimètres de large, la surface moyenne des lames était de :
Or le volume d’oléine correspondant à 2 gouttes est de 400 . 10-1 centimètres cubes. L’épaisseur de la lame était donc de :
Avec une approximation allant de 1,04 (pour la lame qui mesu-
rait 173 millimètres de long) à 1,15 (pour celles à 155 millimètres).
__ --- -
(1) 11 est encore meilleur de rassembler le talc répandu sur l’eau libre par la
bande de papier elle-même.
708
La valeur ainsi trouvée ne diffère que de 0,03 pp du diamètre
théorique de la molécule d’oléine ~1,13 pp d"après la formule de Perrin), et l’on conviendra que cette coïncidence est remarquable.
En 1907, j’avais déjà pris des mesures semblables sur l’huile d’olive. En recherchant ces anciennes mesures, j’ai eu la surprise de
constater qu’elles m’avaient donné la même valeur moyenne 1,10 Voici du reste le tableau des résultats obtenus alors :
Soit au total 1 i gouttes ayant donné 2623 centimètres carrés.
Or 1 goutte contenait 261’"~ . 10-7 centimètres cubes d’huile.
On en déduit l’épaisseur moyenne suivante :
des résultats.
-La coïncidence de l’épaisseur des lames
d’huile déterminée expérimentalement, avec le diamètre théorique ’4
des molécules est remarquable. Mais il suffirait que la benzine, le papier ou la cuvette abandonnassent des traces d’impuretés pour
modifier au moins les centièmes de micron. (:’est ce que j’ai cru tout
d’abord et je le croyais encore il y a peu de temps.
Lors de ma communication à la Société de Physique, le 19 avril 1912, j’ai considéré, en effet, comme probable que la benzine dont je m’étais
servi avait dû abandonner une impureté, de telle sorte qu’en donnant
comme exemple les mesures faites en 1907, je crus devoir adopter
la valeur corrigée 1,15 pp au lieu de la valeur trouvée 1,10.
En réalité, il n’y a pas lieu d’opérer cette correction, si petite pour- tant : j’ai pu m’en assurer tout récemment de la manière suivante.
Après avoir délimité à la surface de l’eau une surface très petite, 10 à
12 centimètres carrés, au moyen d’un fil paraffiné flottant, j’ai re-
connu tout d’abord que, si la benzine abandonne un résidu, il est telle-
ment faible que la correction à apporter serait inférieure à 0,003 pp.
En faisant évaporer d’autre part deux gouttes de la solution sur
cette surface limitée, puis en provoquant l’élargissement du résidu
dans un espace limité par du verre ou du talc, j’ai complètement évité
709 les traces d’impuretés pouvant venir du papier. Les longueurs du voile
ainsi formé ont été trouvées dans quatre expériences de 162, 172,
164 et 166 millimètres. Ce sont des longueurs tout à fait semblables
à celles citées plus haut. Il n’y a donc aucune correction à faire à
cause des impuretés.
Influence propre dit liquicle servant de sup port.
-Une autre
objection vient à l’esprit, l’eau qui sert de support à la lame d’huile peut, par elle-même, modifier la constitution même de l’huile, de
sorte que les molécules de la lame mince ne seraient plus identiques
à celles de l’huile pure. J’ai observé depuis longtemps certains faits
singuliers qui prouvent qu’en effet le support de l’huile exerce une influence sur celle-ci, de sorte que le phénomène est en réalité moins simple qu’il ne paraît à première vue. Mais, s’il y a de ce côté des
points à éclaircir, il est certain d’autre part que les huiles ne sont pas les seules substances qui, réduites en lames au maximum de minceur, dorment les dimensions théoriques des molécules. J’ai dé- montré en effet, en 1904, qu’on trouve des concordances semblables pour des substances solides variées. Ces concordances, existant
aussi pour les lames d’huile au maximum d’extension, ne s’expli- quent qu’en admettant ces la1nes sont vraiment constituées par icn plan d’une seule couche de 1nolécules.
Conclusion.
-Donc la conclusion de cette première partie est la
suivante : Le cl’épaisseitr d’zcne lame d’huile posée sur
sans globules est 1,10 pp; ce minimum est seaisible>7ieYit
identique au dicl1nètre théorique de la 1nolécule d’huile ( 1,13
~° Maximum d’épaisseur d’une lame sans globules.
-a) Prin- cippe de la rttéthode de mesure des au-dessus du minin2un2.
-Si le minimum d’épaisseur des lames d’huile est une limite facile à
, apprécier et même à mesurer, grâce à la variation brusque et consi-
dérable qu’y subit la tension superficielle pour de très faibles varia- tions d’épaisseurs (’; , il n’en est pas de même des autres limites. Car dès que l’épaisseur critique est dépassée, la tension superficielle change à peine même pour de très fortes variations d’épaisseur. Il est
donc beaucoup plus facile de mesurer la lame noire à son minimum (1) En réalité, l’huile s’étend un peu au delà, par une sorte d’élasticité qui n’est pas sans analogie avec celle des gaz- Mais cette extension libre est très faible pour les huiles neutres ; et, comme il est évident qu’alors il y a simple écartement
des molécules, j’ai préféré mesurer l’épaisseur moléculaire.
710
qu’à toute autre épaisseur plus grande. Mais, comme il est toujours possible, par simple élargissement, de passer d’une lame plus épaisse à une lame plus mince, la difficulté peut être tournée. Il suf- fira, dans tous les cas, de choisir une lame d’huile sans globules
ayant l’épaisseur considérée, en isoler une surface S’ puis élarg ir
cette surface jusqu’à l’épaisseur minima. Le rapport ) indiquera le
rapport des épaisseurs : et, comme l’épaisseur minima est connue,
ou aura l’autre en multipliant par ce rapport.
b) 3,Iocle opératoire. - Pour la détermination du maximum d’épais-
seur d’une lame d’huile sans globules, je procède de la manière sui- vante.
A l’aide d’un fil de verre, je dépose sur l’eau de la cuvette une
petite goutte ayant quelques dixièmes de millimètre cubes. Elle s’étend en un voile qui se résout extrêmement vite en une multitude de petites gouttelettes éparses sur la lame noire.
Une feuille de papier est alors posée sur la plus grande partie de
la surface et retirée lentement en arrière. On voit aussitôt les glo -
bules qui occupent le reste de la surface s’élargir en autant d e disques brillants qui se résolvent en gouttes plus fines. En répétant l’opération d’essuyage partiel à plusieurs reprises, on fait dispa-
raître progressivement les globules avec transformation momentanée
en disques multicolores ou d’un blanc éclatant. A la fin, la surface
entière de l’eau semble noire, mais il existe encore de fins globules
que l’on peut apercevoir en produisant l’élargissement par saccades.
Chacun d’eux brille un instant comme un éclair, et disparait.
La fin du phénomène est cependant délicate à apprécier, surtout
pour certaines huiles qui donnent des globules particulièrement fins.
On répand alors un léger voile de talc, puis on élargit un peu, et l’on voit aussitôt le talc s’écarter brusquement en petits cercles correspon- dant aux très petites globules qui subsistaient sur l’eau.
Le tableau suivant résume les résultats obtenus de cette manière en
mai 1907, en donnant seulement les moyennes des rapports obtenus :
711 Pour opérer plus facilement, on peut aussi partir d’une lame d’huile sans globules et qui, en extension maxima, n’occuperait qu’environ la moitié de la surface de la cuvette. Cette lame étant resserrée à 114 environ de sa valeur, puis poudrée (très peu), reçoit
en un point une d"huile au moyen de la pointe très fine d’un
fil à peine huilé. Il se produit un petit cercle dans le talc. Quand on élargit, ce cercle grandit lentement d’abord, comme le reste du voile général ; puis tout à coup il s’élargit brusquement. Cette
correspond à la phase d’étalement des fins globules qui occupaient
la tache.
On note la longueur de l’ensemble du voile d’huile à cette phase
de pulsation ; elle correspond à la surface S du maximum d’épais-
seur, puisque les derniers globules viennent de disparaître. On élar- git ensuite pour avoir la surface S’ correspondant au minimum d’épaisseur. On a ainsi S et S’ comme dans le cas précédent.
Les résultats suivants ont été obtenus récemment par ce procédé,
sauf ceux pour l’huile de ricin, pour laquelle le premier mode d’exa-
men est plus sensible.
712
Le tableau suivant résume l’ensemble des rapports ainsi ob-
tenus :
R l
-C Comme on 1. le voit, le 1 rapport "" d,. des épaisseurs
" .maxima
rn 1-n’t1n a d’une lame d’huile sans globules diffère un peu d’une huile à une
autre huile, mais il est toujours inférieur à 2. Ce rapport est même ordinairement très voisin de 1, de sorte qu’une lame d’huile étendue
sur l’eau présente un maximum à peine supérieur à son minimum.
Autrement dit, il ne peut !J avoir de 1(ig)îe d’huile d’une
713
%iolécule sans rassernblement de presque tout
en globules.
Formation d’une buée d’huile sur une rétrécie.
-Les faits
précédents permettent de comprendre un fait curieux et intéressant.
Si l’on rétrécit fortement une lame d’huile prise à l’extension maxima, de manière à réduire sa surface à 1/ 10 ou 1/~0 de sa valeur, on s’aper- çoit que cette surface a perdu son éclat, elle est devenue terne et
comme couverte d’une buée très fine. On peut, en effet, s’assurer au microscope que l’huile a donné une multitude de gouttelettes très fines, ayant des dimensions variées (10 p, 5 1-’-, 1 u. et au-dessous; . En opérant au soleil, j’ai pu voir la buée apparaître bien avant que la surface fiît réduite à la moitié de sa valeur. C’est une nouvelle dé- monstration de ce que nous avons reconnu plus haut, une preuve directe que, dès qu’une lanze d’huile est rétrécié et tend à avoir plus
d’une molécule d’épaz’sseur, elle for1ne des globules où se rassemble
presque tozct l’excéclent de l’huile.
II.
2013LAME AVEC GLOBUI.ES : 1 MINIMUM ET MAXIMUM D’ÉPAISSEUR.
Considérons maintenant le cas d’une lame d’huile parsemée de globules. CeLte lame est très mince, puisqu’elle est noire. Elle doit pourtant avoir des épaisseurs variées, comme nous l’avons dit plus
haut (p. 709), puisque de deux lames situées sur une même surface
d’eau, celle à globules fins se rétracte toujours aux dépens de celle
à gros globules. La surface de l’eau possédant de fins globules a
donc une tension superficielle un peu plus forte, ce qui doit être dû
à ce qu’elle est couverte d’une lame d’huile un peu plus mince que l’autre. Le minimum d’épaisseur doit correspondre aux lames qui
ont des globules rares et très petits, le maximum aux lames par- semées de grosses gouttes.
1° Minimum. - L’épaisseur minima d’une lame d’huile avec glo-
bules est identique à l’épaisseur maxima d’une lame sans globules.
Ce fait ressort du procédé même qui a servi à établir cette limite
commune.
’
Ce minimum est moindre que deux diamètres moléculaires.
~° Maximum. - Si l’on met sur l’eau plusieurs grosses gouttes d’huile, ces gouttes finissent par donner aussi un ensemble discon- tinu représenté par des disques épais et de grand diamètre, épars
sur une lame noire générale. Cette lame noire possède l’épaisseur
maxima qu’il s’agit de déterminer.
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Choix cle Ici
--,La première idée qui m’est venue pour déterminer le maximum d’épaisseur a été de chercher à rétrécir une
lame ayant l’épaisseur critique jusqu’à la mettre juste en équilibre avec de gros disques d’huile sur la même eau. Une fois cet équilibre
atteint, on n’aurait qu’à multiplier l’épaisseur primitive par l’inverse du rapport des surfaces.
En opérant ainsi, j’ai reconnu qu’ilz fallait rétrécir la surface d’une manière considérable, et jusqu’à 26 fois sa valeur primitive, de
, sorte que l’épaisseur serait devenue 26 fois plus grande ! En même temps on voyait apparaître sur le voile rétréci la buée très fine
signalée ci-dessus (p. 713).
Le microscope montre une multitude de très fines gouttelettes
d’huile dont les plus grosses peuvent atteindre 20 u., mais dont les
plus fines ont moins de 1 p. d’épaisseur.
Le voile ainsi rétréci n’est donc plus homogène et la méthode est absolument sans valeur.
J’ai dû alors recourir au procédé par extension qui nous a déjà servi, en le modifiant pour le cas particulier des taches noires en équi-
libre avec de grandes masses d’lmile. +
Fic.5.
La seule difficulté est de réaliser des lames noires d’assez grandes
dimensions et qui soient en même temps dépourvues de tout globule.
Cette difficulté est réelle, car la plupart des lames noires que l’on obtient sont parsemées de gouttelettes plus ou moins fines. Il en est
ainsi, par exemple, dans celles que l’on voit sur la fige 5. Dans une
715
expérience réalisée le 23 mai 1907, j’ai pourtant réussi à en obtenir
une sur laquelle j’ai pris des mesures. Je cite cette expérience d’après mes notes. #
,« 23-24 mai 1907 : Essai d’isolenùent d’une partie sans globules.
-Je dépose sur l’eau de la cuvette peu profonde (pour éviter les per- turbations dues à l’agitation de l’eau, inévitables sur eau profonde)
d’abord une petite goutte d’huile de noix pour garnir la surface de
l’eau, puis une grosse goutte. Celle-ci s’étend lentement, donnant à
la fin des disques larges et peu nombreux, surtout à la périphérie, séparés par des espaces libres atteignant 3 à 4 centimètres de dia- mètre. Libres, c’est-à-dire sans aucune goutte visible, mais occupés par la lame noire dont il s’agit de mesurer l’épaisseur.
« Je pose deux feuilles de papier ABC, A’B’C’ de part et d’autre
d’un de ces espaces tels que 0 (fig. puis deux bandes D et E de di- mensions à peine plus grandes ou juste égales, à l’espace AA’, CC’;
. dès lors la surface U seule paraît. ê
« Je talque cette surface, puis je retire doucement la bande E ou
~
la bande D. Je constate ainsi : 1° qu’il n’y a aucune gouttelette
même invisible, car aucun cercle n’apparaît dans le talc; 2° qu’après
avoir augmenté la surface de manière à la doubler, on atteint l’épais-
seur critique. Il est certain qu’il ne faut pas tripler la surface.
« On peut donc affirmer en toute certitude que lorsque de l’huile
est en abondance sur l’eau, de telle sorte qu’elle forme de nombreux disques très grands, la lame invisible qui existe entre les globules à
la surface de l’eau a une épaisseur moindre que 3 fois l’épaisseur cri- tique, c’est-à-dire C ~ up.. Il est même probable que cette épaisseur
est moindre que 2 pp, mais je n’oserais l’affirmer. »
Aittrernent dit, aucune lame cont£nue ne peut rester stable sur l’eau sous une cyccisse2cr notable1nent super£eure ou peut-être mê1ne égale il 2 11Lolécules, quelle que soit des 1nasses d’huile lais- sées à côté.
de discoyatinuité.
-Nous sommes ici en présence du
maximum de discontinuité des lames d’huile sur l’eau.
On peut en effet facilement avoir sur l’eau des disques ayant 1 mil- limètre et plus d’épaisseur. J’ai reconnu par exemple que 1 centi- mètre cube d’huile d’olive, déposé sur une eau déjà fortement huilée,
formait un disque unique de 30 millimètres de diamètre, soil 7 cen-
timètres carrés. Son épaisseur moyenne était donc supérieure à
1 millimètre, et certainement à 2 millimètres dans la partie centrale.
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Malgré cela, ce disque était entouré d’eau de tous côtés, gardé sur
cette eau en équilibre stable par une lame d’huile absolument invi-
sible, ayant une épaisseur 1 million de fois plus petite que la sienne.
Une comparaison simple fera ressortir combien est singulier cet état d’équilibre discontinu de l’huile sur l’eau. Au grossissement de
un demi-million, une lame d’huile en épaisseur maxima n’aurait que 1 millimètre environ d’épaisseur, et pourtant elle serait en équilibre
stable avec des masses d’huile dont l’épaisseur pourrait atteindre et dépasser 1 kilomètre.
COÎnpara£son des noires de l’huile et de l’eau de savon.
-Nous pouvons maintenant comparer les épaisseurs de la lame noire
des huiles avec la lame noire des bulles de savon. Il s’agit, dans les
deux cas, de lames noires formées sur des pellicules beaucoup plus épaisses :
noire des fiiiles, environ 2 à 3 tLtL;
LaÎne noire des lJellicules d’eau de savon, 6 à 12
Ces épaisseurs, comme on le voit, sont tout à fait de même ordre
de grandeur. Toutefois les lames d’huile sont certainement au moins 2 fois plus minces que les plus minces lames d’eau de savon. Ce fait
important doit correspondre à ce qu’une seule face libre existe dans le cas des pellicules d’huile
.posées sur l’eau.
Tableau des
-Le tableau suivant résume l’ensemble
des résultats ci-dessus et permet de faire d’utiles comparaisons.
717
r r r
REPRÉSENT,XTION THÉORIQUE DES .B"OIRES ET DES BIOLÉCULES.
]fini1num et maximum d’épaisseur d’une lame d’huile stable étendue sur l’eau.
Epaisseur multipliée par 1 million (1 millim. représente 1 p.p.).
.
CONCLUSIONS GÉNÉRALES.
1 ° Le seul équilibre stable de l’huile posée sur l’eau est d’une
lame eontin2ce très 1n£nce. Cette larne est sans globules, s’il y a très peu d’huile, on gloôiles oÙ se rasse1nble tozct l’excé-
dent de
2° Dans tozcs les cas, la continue rù’ctlisée est d’une 1ninceur très c01nprise entre des très voisines, f, 10
mini1nu1n, 2 à 3 maxi1nurn.
3° Urte lame d’huile sans globiles a des épaJsseurs encore plus
aroitenîent lÍ1nitées et qui ne vont jarnais du siîiîple ait double, qu’elles soient certaine1nent différentes pour les d£ffërentes huiles.
4° Dans ce cas on cc des lames d’une seule couche de 1nolé-
cules, car le théorique des molécules est 9 ,13
718
5° Dans le cas où L’huile des globules en équilibre avec la
Zame continue, celle-ci n’a probablement jzce 2 molécules au plus r.
C01n1ne épaisseur 1na,ae’ima; elle a peut-être moins.
6° Cette épaisseur est comparable à la larne noire des bulles de tI,
savon (6 1J.¡.L), 1nais elle est plus faible.
’
taches noires q2ci apparaissent clccns les lames d’huile en train de s’étendre sur t’eau sont d2c reste, par tous leurs autres caractères, comparables aux taches noires des pellicules cL’eau de savon.
REMARQUE GÉNÉRALE.
-Au cours de la communication du 19 avril, j’ai répété devant les membres de la Société de Physique des expé-
riences montrant combien sont faciles, au fond, les déterminations les plus importantes concernant les lames d’huile. Celles qui nous permettent d’atteindre directement les épaisseurs avoisinant le mil- lionième de millimètre et de mesurer ces épaisseurs à la phase d’épaisseur critique ont une précision atteignant certainement le dixième et peut-être le centième de Cette précision tient à ce qu’à cette phase remarquable les propriétés mécaniques des lames minces, qui sont très marquées, subissent des variations énormes pour de très petites variations d’épaisseur; et que l’on peut très facilement modifier l’épaisseur et la déterminer en répandant un poids connu
de la substance sur une surface grande et facile à mesurer.
Il y a lieu d’espérer que l’on arrivera à une précision encore plus grande dans ce domaine des mesures directement expérimentales.
Cette conclusion, que suggèrent les observations faites sur les lames très minces, acquiert une importance de premier ordre, du fait
que nous pouvons affirmer avec certitude, que c’est justement pour
.
cette phase critique, où les mesures sont si faciles, que les épaisseurs
moléculaires sont réalisées.
Et même cette métlode nous donne un moyen facile et direct d’agir
sur ces lames très minces, comme on le ferait sur des lames épaisses :
.
on peut sans difficultés comprimer ou dilater des couches unimo-
léculaires, et aussi étudier quels sont les rapports des molécules entre elles et avec le liquide qui les porte (’ ). Ce liquide peut du reste (1) Brillouin, dans la séance de la Société de Physique du 3 mai 1912, a bien voulu appeler l’attention des physiciens sur les recherches que je poursuis depuis longtemps sur les lames très minces.
Il voit dans les observations faites sur ces lames le moyen le plus puissant
’
d’être renseigné sur l’étendue réelle du domaine d’action moléculaire. Les lames
avec ou sans gouttes lui paraissent être toujours en couche monomoléculaire,
serrée ou non. ,
’
