Isabelle Cantat : plongée au cœur de la mousse

Isabelle Cantat, professeur à l’université de Rennes 1, étudie les mousses de savon à l’Institut de physique de Rennes. Son projet DISFILM vient de recevoir le soutien du programme ERC sur 5 ans. Objectif : comprendre comment le liquide circule entre les bulles, quand on déforme une mousse.

Isabelle Cantat - Photo UR1/Dircom/JLB
  1. La constitution d’une équipe dédiée, avec l'appui des fonds ERC
  2. Perspectives

Aujourd’hui, personne ne sait prédire la durée de vie d’une mousse. Ce problème d’apparence simple recouvre en effet une réalité complexe, liée à l’organisation particulière du liquide et du gaz dans ce matériau: des films de savon d’épaisseur micrométrique séparent des bulles de gaz, et ces films se rejoignent entre eux le long de ménisques plus épais.




On peut illustrer cette complexité par un exemple simple: faites un film de savon et étirez-le pour produire un film deux fois plus grand. Avez-vous vraiment étiré le film que vous aviez initialement ? Ou avez vous plutôt fabriqué du nouveau film ? Les deux possibilités sont envisageables : les tensioactifs présents dans le film lui confèrent une certaine élasticité, il peut donc être étiré ; les ménisques qui le bordent constituent un réservoir de liquide, qui peut donc être extrait des ménisques pour fabriquer du nouveau film.

Comment se répartit la contribution respective des deux phénomènes ? Comment se déplace le liquide au sein d’un film, ou bien au sein de toute une mousse ?

« Pour progresser, il va nous falloir mesurer très précisément deux choses : les champs de vitesse aux deux interfaces du film, et son épaisseur en un grand nombre de points », indique Isabelle Cantat.


Le projet prévoit la construction d’un cadre qui permettra de contrôler finement les déformations d’une structure à plusieurs films de savon.

Pour les mesures d’épaisseur, Isabelle Cantat utilisera l’analyse spectrale des couleurs naturellement produites par les interférences à la surface du film, à l’aide d’une caméra dédiée permettant une mesure simultanée sur une ligne de pixels.

Pour les champs de vitesse, elle recourra à un dispositif laser innovant, permettant la décoloration ponctuelle de la surface d’un film par dégradation de tensioactifs fluorescents. Le suivi des points obtenus par une caméra à très haute sensibilité permettra la mesure des vitesses.

« Des modèles numériques simplifiés seront développés en parallèle des expériences. Cela permettra de vérifier si les résultats des simulations s’accordent à la réalité, et ainsi de tester des hypothèses théoriques. Avec un peu de chance, nous pourrons identifier les phénomènes physiques qui jouent les rôles les plus importants dans le problème. Sans parler de la satisfaction d’avoir élucidé au moins une partie du problème, nous pourrons alors transmettre nos résultats à des collègues numériciens pour développer des modélisations 3D plus complètes », déclare Isabelle Cantat.

La constitution d’une équipe dédiée, avec l'appui des fonds ERC

Outre l’achat des caméras spécifiques nécessaires, les fonds ERC financeront sur cinq ans une décharge d’enseignement pour Isabelle Cantat, ainsi que les salaires de deux chercheurs à plein temps (doctorants et postdoctorants). Une partie du budget servira également à participer à des conférences, et à en organiser.

 

Perspectives

Les mousses sont utilisées dans un grand nombre de domaines. On pensera naturellement à l’agro-alimentaire et aux cosmétiques, mais les mousses sont aussi indispensables à l’extraction pétrolière et minière. L’armée les utilise également pour atténuer les ondes de choc générées par les explosions lors des déminages.

Une fois que les mécanismes à l’origine de la stabilité de la mousse et de sa tenue mécanique seront bien compris, il deviendra beaucoup plus simple d’améliorer ses propriétés.

 

«Imaginez par exemple que vous êtes un industriel, que vous fabriquez un produit ménager qui utilise un tensioactif pour obtenir une mousse de qualité précise », explique Isabelle Cantat. « Or on découvre un beau jour que ce tensioactif présente un risque pour l’environnement et pour la santé. Vous devez donc en changer très vite. Et bien, nos résultats permettront de définir très précisément les propriétés du nouveau tensioactif à utiliser pour produire la mousse souhaitée, d’où un gain de temps considérable par rapport aux méthodes par essai et erreur qu’on utilise aujourd’hui. »