Résultats des votes:  Tension superficielle élevée, pH bas, et faible viscosité : 32%, Faible tension superficielle, pH élevé, et forte viscosité : 26%, Faible tension superficielle, pH bas, et forte viscosité: 42%

La bonne réponse est: faible tension superficielle, pH bas, et forte viscosité.

Qui n’a jamais vu de bulles de savon, fines membranes iridescentes et délicates qui flottent un instant dans l’air avant d’éclater et disparaître ? Il se trouve que tous les mélanges de savon ne se valent pas en matière de bulles géantes, et un peu de chimie nous aide à comprendre pourquoi.

Pour obtenir une bulle géante, le liquide doit avoir un certain nombre de propriétés: d’abord une tension superficielle faible pour qu’une fine membrane puisse se former ; il doit aussi contenir un acide pour rende plus solubles les ions de calcium et de magnésium naturellement présents dans l’eau du robinet, et ainsi prévenir la formation de précipités qui feraient éclater la bulle ; le taux d’évaporation de la membrane liquide doit être faible, pour ralentir son assèchement et empêcher la bulle d’éclater trop vite ; et enfin une viscosité assez grande pour former des bulles élastiques qui résistent mieux aux forces de cisaillement.

Kevin Sivula, chimiste à l’EPFL, propose une recette maison à réaliser avec les ingrédients de sa cuisine:

1 litre d’eau

100 ml de liquide vaisselle concentré

30 g de farine de maïs (maïzena)

¼ cuillère à café d’acide citrique

½ cuillère à café de crème de tartre ou de bicarbonate de sodium

 

La recette ci-dessus est adaptée à l’eau du robinet à Ecublens, qui contient entre-autre des minéraux tels que du calcium, des sulfates, du magnésium, et des carbonates (du calcaire). Les quantités peuvent être ajustées suivant la teneur en sels minéraux de l’eau utilisée, tout en tenant compte du rôle de chaque ingrédient décrit ci-dessous.

L’eau, composant principal de la solution, sert de solvant aux autres ingrédients. L’eau du robinet n’est jamais purement composée de molécules de H2O, mais contient en plus des sels minéraux dont la concentration varie largement d’une source à l’autre. C’est ce qui détermine la « dureté » de l’eau. Ces minéraux précipitent lorsque l’eau s’évapore de la paroi d’une bulle, ce qui la fait éclater.

Il faut donc un additif chimique qui « adoucit » l’eau, afin de retenir ces minéraux en solution et empêcher leur précipitation. Dans notre recette maison, ce rôle est tenu par l’acide citrique, un ingrédient de cuisine commun qui est d’ailleurs souvent ajouté aux savons et lessives. Au travers d’une réaction chimique (la chélation), il augmente la solubilité de minéraux tels que le calcium et le magnésium. Puisque l’acide citrique est un acide assez fort (pKa ~ 3) qui risque de trop abaisser le pH de la solution, on y ajoute un tampon sous forme de bicarbonate de sodium (aussi appelé bicarbonate de soude) ou de bitartrate de potassium (crème de tartare). Ce tampon sert à stabiliser le pH autour de 6,5 à 7. On conseille d’ajouter cet ingrédient en dernier, pour que l’acide citrique réagisse d’abord avec les sels minéraux dans l’eau.

Le liquide vaisselle contient des tensioactifs, molécules dites « amphiphiles » formées d’une tête hydrophile et d’une queue hydrophobe. Ces molécules se placent de part et d’autre d’une fine pellicule d’eau, en un agencement tensioactif – eau – tensioactif, qui constitue l’enveloppe de la bulle. En abaissant la tension superficielle de l’eau, le savon permet ainsi à ces couches minces de se former. Certains savons liquides commerciaux sont plus efficaces que d’autres, et Kevin Sivula recommande de choisir une version concentrée.

La farine de maïs est un polymère d’hydrate de carbone que l’on ajoute à la solution afin d’augmenter sa viscosité, et ainsi créer des bulles plus durables qui résistent mieux aux déformations. Ce polymère aide aussi à prolonger la durée de vie d’une bulle en formant des ponts hydrogène avec les molécules d’eau, ce qui ralentit leur évaporation.

Enfin, les conditions météorologiques jouent aussi un rôle dans la formation des bulles. Une journée chaude favorise leur évaporation et le vent peut les étirer au-delà d’un point de non-retour.