Faire flotter des bulles de savon

En l’absence de vent, une bulle de savon retombe rapidement sur le sol. Comment faire alors pour la maintenir en suspension dans l’air ? Voici une utilisation inattendue du bicarbonate de soude, aidé pour la circonstance de la poussée d’Archimède.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • une cuvette (surface minimale : 0,4 m2 ; hauteur minimale : 10 cm)
  • une bouteille de CO2, de préférence avec détendeur, à demander au laboratoire de chimie

ou bien

  • de l’hydrogénocarbonate de sodium (NaHCO3, appelé autrefois « bicarbonate de soude ») et du vinaigre à cornichons (vinaigre d’alcool cristal à 8%)

ou bien

  • de l’acide chlorhydrique et du calcaire
  • un tuyau souple à brancher d’un côté à la sortie de la bouteille de CO2 et à faire arriver au fond de la cuvette
  • de l’eau savonneuse et un anneau pour faire des bulles de savon
  • accessoire : des allumettes.
Montage et réalisation

Il faut commencer par fabriquer une couche de dioxyde de carbone dans la cuvette.
Si l’on dispose d’une bouteille de dioxyde de carbone…
Brancher sur la bouteille de dioxyde de carbone l’extrémité d’un tuyau en caoutchouc et amener l’autre extrémité dans le fond de la cuvette.
Faire sortir le dioxyde de carbone sous très faible pression.
Le dioxyde de carbone reste dans le fond de la cuvette car sa masse volumique est supérieure à celle de l’air.
Il faut que la couche de dioxyde de carbone fasse au moins 10 cm d’épaisseur.
Pour le contrôler, il suffit d’approcher une allumette enflammée : la flamme s’éteint lorsqu’elle est entourée par du dioxyde de carbone.
La couche de dioxyde de carbone diminue lentement par diffusion. Une couche de 10 cm d’épaisseur se maintient pendant 5 à 7 minutes.
Laisser tomber les bulles de savon sur la couche de dioxyde de carbone : elles rebondissent légèrement puis elles se stabilisent en flottant sur le dioxyde de carbone .
Si l’on ne dispose pas d’une bouteille de dioxyde de carbone…
On peut le fabriquer in situ par réaction chimique entre l’hydrogénocarbonate de sodium (NaHCO3) et l’acide acétique contenu dans le vinaigre.
On trouve de l’hydrogénocarbonate de sodium en droguerie ou en pharmacie sous le nom de « bicarbonate de soude ».
Répartir la poudre uniformément sur le fond de la cuvette pour former une couche d’au moins 3 mm d’épaisseur. Verser du vinaigre pour bien imbiber la poudre.
Attention à ne pas sous-estimer les quantités de réactifs nécessaires : pour une cuvette de 0,4 m² de surface, il faut environ 300 g de NaHCO3 et environ 2,5 l de vinaigre.
Cette méthode est sans danger mais elle revient assez cher.
On peut s’en tirer à meilleur compte en faisant réagir de l’acide chlorhydrique dilué sur du calcaire, mais il faut maîtriser l’utilisation de l’acide chlorhydrique.
Laisser alors tomber les bulles de savon sur la couche de dioxyde de carbone : elles rebondissent légèrement puis elles se stabilisent en flottant sur le dioxyde de carbone .

Explications

Un objet plongé dans un gaz subit une poussée d’Archimède dont la valeur est égale à celle du poids du gaz déplacé.
Une bulle de savon remplie d’air et plongée dans l’air tombe car elle subit une poussée d’Archimède inférieure à son poids. Le poids de la bulle d’air est supérieur au poids de l’air déplacé à cause de la pellicule d’eau savonneuse dont la masse volumique est très supérieure à celle de l’air.
Le dioxyde de carbone a une masse volumique supérieure à celle de l’air pris à la même température. Si la bulle de savon gonflée à l’air est suffisamment grosse, son poids devient inférieur au poids du dioxyde de carbone qu’elle déplace. La bulle se stabilise à une hauteur telle que son poids et la poussée d’Archimède qu’elle subit de la part du dioxyde de carbone s’équilibrent : la bulle de savon flotte sur la couche de dioxyde de carbone.

Remarques

L’expérience de mécanique des liquides « Un œuf qui flotte entre deux eaux » se rapporte au même thème.

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