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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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2. Étapes dans la vie d'une mousse et phénomènes associés
2.1 Conditions générales d'obtention d'une mousse
Pour former une mousse, il faut tout d'abord mélanger intimement un gaz et un liquide ; il faut aussi un troisième composant, car les liquides purs ne moussent pas, étant donné que les bulles formées tendent à se casser dès qu'elles arrivent au contact d'autres bulles ou à la surface libre du liquide.
La présence d'une substance susceptible de stabiliser les films durant les premiers instants de la vie de la mousse est indispensable pour permettre aux bulles de s'accumuler pour former la dispersion gaz-liquide. Ces substances sont en général des surfactifs (encore appelés souvent tensioactifs). Dans cet article, nous nous en tiendrons à ces agents moussants, bien qu'il soit connu que des agrégats moléculaires, des polymères ou des nanoparticules solides, peuvent jouer un rôle similaire, en particulier pour les mousses non aqueuses.
HAUT DE PAGE2.2 Formation d'une mousse : premiers instants critiques
Pour qu'une mousse se forme, il faut incorporer un gaz sous forme dispersée dans un liquide approprié. On peut produire la désorption d'un gaz dissous en augmentant la température ou en diminuant la pression (ouverture d'une bouteille de champagne, détente d'une mousse à raser sous pression), ou en soumettant un liquide à une sollicitation mécanique, comme lorsque l'on sert un verre de bière, ou mieux par agitation ultrasonique, laquelle produit de toutes petites bulles de gaz dissous. On peut aussi incorporer du gaz par entraînement mécanique dans le liquide, soit par bullage à travers un orifice ou une membrane, soit par barbotage, soit par fouettage ou brassage et entraînement de gaz au sein du liquide.
La formation de bulle et sa dimension dépendent du rapport des forces mécaniques et capillaires.
En tout état de cause, et compte tenu des conditions de tension, il est très difficile dans la pratique de produire des bulles de taille inférieure à 50 μm par agitation et, à moins d'utiliser des dispositifs spéciaux (avec de très fortes pertes de charge), les bulles obtenues ont typiquement des tailles de 100 μm ou plus.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BIKERMAN (J.J.) - Foams. - Springer Verlag, Berlin (1973).
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(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).
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(4) - WILSON (A.) (éd.) - Foams : Physics, Chemistry and Structure. - Springer Verlag, Berlin (1989).
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(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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