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RÉSUMÉ
Une mousse est une dispersion de gaz dans une phase condensée, autrement dit, c’est un système familier, de comportement complexe et aux propriétés ambiguës. Par exemple, les mousses ont une très faible densité, mais peuvent être parfois parfaitement rigides, voire solides. Cet article s’attache à décrire les caractéristiques des mousses, les étapes majeurs de leur vie et les phénomènes qui les composent. Ensuite, des méthodes d’étude sont proposées afin de comprendre leur formation ou encore leur évolution. Pour terminer, leurs étonnantes propriétés sont passées en revue, de même que leur comportement rhéologique (caractérisation visqueuse ou élastique).
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Jean-Louis SALAGER : Ingénieur de l'École nationale supérieure des industries chimiques (ENSIC) de Nancy - Professeur à l'université des Andes, Mérida, Venezuela
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Lionel CHOPLIN : Ingénieur de l'Institut national des sciences appliquées (INSA) de Toulouse - Professeur à l'École nationale supérieure des industries chimiques (ENSIC) de l'Institut national polytechnique de Lorraine (INPL), Nancy
INTRODUCTION
Les mousses sont des systèmes familiers, présents dans la vie quotidienne, mais de comportement remarquablement complexe, ce qui leur confère, suivant les cas, des propriétés ambiguës ou paradoxales : utile ou indésirable, éphémère ou persistante, structurée ou désordonnée, fluide ou rigide. Une mousse se définit de façon générale comme une dispersion de gaz dans une phase condensée qui est souvent une phase aqueuse, mais qui peut être une phase organique ou métallique, éventuellement solidifiée. Du fait de leur fort contenu en gaz, les mousses ont une très faible densité, ce qui ne les empêche pas d'être parfois remarquablement rigides (mousse chantilly, mousse à raser), voire complètement solides (mousses métalliques, polystyrène expansé), et, le cas échéant, compressibles et même élastiques. D'autre part, on trouve des mousses aqueuses très rigides, mais toutefois susceptibles de se déplacer facilement dans une conduite ou contre une paroi et de se comporter comme des fluides selon la contrainte appliquée.
Cet article décrit les caractéristiques des mousses aqueuses stabilisées par des surfactifs, les phénomènes physiques et physico-chimiques mis en jeu tout au long de leur vie, l'effet de la formulation et de la préparation sur leur persistance et leur comportement rhéologique, ainsi que les principales méthodes d'étude. Il complémente les textes classiques qui s'intéressent surtout aux propriétés physiques des mousses et de l'étude du point de vue mécanique et hydrodynamique des films minces qu'elles contiennent [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8].
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5. Rhéologie des mousses
5.1 Propriétés essentielles des mousses
Sous l'application d'une contrainte faible, la mousse se comporte comme un solide. On lui attribue un module élastique G, lequel est fonction de la taille des bulles et de l'humidité. Par exemple, pour une mousse détergente, ce module est de l'ordre de 10 Pa, alors qu'il est de 8 · 1010 Pa pour l'acier. La valeur du module élastique pour la mousse détergente est faible, car il s'agit d'une propriété de surface due à la tension superficielle.
Si on applique des contraintes suffisamment grandes, des changements topologiques se produisent, qui ne sont plus immédiatement réversibles. La mousse devient progressivement plastique. Au-delà d'un seuil de contrainte τ y , la mousse se comporte comme un liquide, elle « coule » (figure 12 a ). Ce seuil de contrainte est également fonction de la taille des bulles et de l'humidité de la mousse. Pour les mousses sèches, le seuil de contrainte est du même ordre de grandeur que le module élastique. Pour les mousses humides, il est beaucoup plus faible (figure 12 b ).
Ce comportement viscoplastique (de fluide à seuil) peut être décrit par le modèle de Bingham :
avec :
- η :
- (Pa · s) viscosité,
- τ :
- (Pa) contrainte de cisaillement,
-
- (s–1)...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BIKERMAN (J.J.) - Foams. - Springer Verlag, Berlin (1973).
-
(2) - AKERS (R.J.) - Foams. - Academic Press London (1976).
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(3) - IVANOV (I.B.) (éd.) - Thin Liquid Films. - Marcel Dekker, New York (1988).
-
(4) - WILSON (A.) (éd.) - Foams : Physics, Chemistry and Structure. - Springer Verlag, Berlin (1989).
-
(5) - PRUD'HOMME (R.K.), KHAN (S.A.) (éds.) - Foams. - Marcel Dekker, New York (1996).
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(6) - PUGH (R.J.) - Foaming, foam films, antifoaming and defoaming. - Advances in Colloid & Interface Science, 64, 67-142 (1996).
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(7) - EXEROWA (D.), KRUGLYAKOV (P.M.) - Foams...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Standard Test Method for Foaming Properties of Surface – Active Agents - ASTM D 1173 - 1953
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