Etude documentaire :

L'expérience de Franklin

Texte adapté du livre de PG de Gennes : les objets fragiles.

Examinons ce qui se passe lorsqu’on ajoute à l’eau une petite quantité de « surfactant » (on peut considérer qu’une molécule d’huile entre dans cette catégorie). Les molécules de surfactant sont des objets assez extraordinaires ; elles sont plutôt petites (un à deux nanomètres de long) et possèdent deux propriétés violemment antagonistes. Une des extrémités de la molécule est fortement hydrophile, nous l’appellerons « tête polaire » de la molécule. Le reste de la molécule est résolument hydrophobe, c’est une chaîne « aliphatique » formée d’atomes de carbone et d’hydrogène. Si je plonge une telle molécule, seule dans l’eau, elle devient très « malheureuse ». Sa chaîne aliphatique ne songe qu’à fuir l’eau. Aidée par l’agitation thermique, elle parvient à la surface. La situation, sans être idéale est déjà meilleure. La tête polaire peut rester immergée avec délice dans l’eau. La chaîne hydrophobe peut se sécher à l’air. En se serrant l’une contre l’autre comme les pingouins d’une rookerie, les molécules de surfactant peuvent alors créer une situation presque parfaite : tête dans l’eau, chaîne à l’air presque perpendiculaire à la surface. Les molécules forment une couche bien régulière dont l’épaisseur est égale à une longueur moléculaire. C’est une monocouche…

Depuis les Grecs, on sait qu’un film d’huile, répandu sur la mer, tend à calmer les vagues. Franklin,  lui, fait l’expérience suivante : il va au bord d’un étang ( à Clapham près de Londres) et verse, doucement, une goutte d’huile d’olive sur l’étang calme. L’huile s’étale, la « peau » de l’eau est devenue comme rigide, c’est ce phénomène qui permet à Franklin d’évaluer assez bien la surface du film d’huile, elle est d’environ 100 m² !

Répondre aux questions suivantes :

1-       Rechercher dans le dictionnaire la définition des mots soulignés.

2-       Déduire des explications du texte (sans chercher dans un dictionnaire) la définition des mots : surfactant, hydrophile, hydrophobe, aliphatique

3-       En schématisant une molécule d’huile par une tête polaire circulaire accrochée à une chaîne carbonée :                              représenter quelques molécules d’huile disposées à la surface de l’eau conformément à la description qu’en fait l’auteur.

4-       Partant de ce modèle de représentation, quelle est la hauteur de la flaque d’huile qui recouvre l’étang dans l’expérience de Franklin ? Peut-on la mesurer commodément ?

5-       En versant sur l'étang une cuillère d'huile de volume V = 2 cm³ Benjamin Franklin constate que l'huile occupe une surface de 2000 m². Calculer l’ordre de grandeur de la taille d'une molécule d’huile.