Chapitre 2 : tension de surface

Mécanique des fluides

Module 2.4 : Tension de surface et gravité

Christophe Ancey, François Gallaire et Marco Ramaioli

2 Mécanique des fluides

• Notion de tension de surface • Interprétation comme énergie de surface

• Interprétation comme force de tension

• Loi de Laplace

• Mouillage: Loi de Young

• Tension de surface et gravité

• Effets Marangoni • Thermo-capillarité

• Molécules tensio-actives

Chapitre 2 : Tension de surface

3 Mécanique des fluides

Forme d’une [petite] goutte posée sur un substrat

La goutte adopte une forme de calotte sphérique pour

minimiser son énergie de surface et pour satisfaire la

condition de mouillage

4 Mécanique des fluides

Forme d’une [petite] goutte posée sur un substrat

La goutte adopte une forme de calotte sphérique pour

minimiser son énergie de surface et pour satisfaire la

condition de mouillage

5 Mécanique des fluides

Forme d’une [grosse] goutte posée sur un substrat

La goutte prend une forme de flaque

6 Mécanique des fluides

Forme d’une goutte posée sur un substrat

Energie de surface

Energie potentielle

h

7 Mécanique des fluides

Forme d’une goutte posée sur un substrat

Energie de surface

Energie potentielle

h

Si

>

8 Mécanique des fluides

Forme d’une goutte posée sur un substrat

Energie de surface

Energie potentielle

h

Si

>

calotte sphérique

9 Mécanique des fluides

Forme d’une goutte posée sur un substrat

Energie de surface

Energie potentielle

h

10 Mécanique des fluides

Forme d’une goutte posée sur un substrat

Energie de surface

Energie potentielle

h

Si

<

11 Mécanique des fluides

Forme d’une goutte posée sur un substrat

Energie de surface

Energie potentielle

h

Si

<

flaque

12 Mécanique des fluides

Longueur capillaire

longueur capillaire

2.7mm pour eau/air

Hauteur de ménisque Taille maximale d’une goutte qui

“tient” par capillarité

Taille d’une goutte d’un robinet qui fuit Taille d’une goutte de pluie

13 Mécanique des fluides

Ascension capillaire

Lorsque l’on met en contact un tube capillaire dans un bain liquide,

le liquide monte dans le tube, pourquoi?

14 Mécanique des fluides

Hydrostatique

z

0

15 Mécanique des fluides

Montée capillaire

16 Mécanique des fluides

Montée capillaire

liquide

gaz

solide

Angle de mouillage

17 Mécanique des fluides

Angle de mouillage (rappel)

θ

Loi de Young

liquide

gaz

solide

Angle de mouillage

θ r

18 Mécanique des fluides

Angle de mouillage (rappel)

θ

Loi de Young

liquide

gaz

solide

Angle de mouillage

θ r θ

19 Mécanique des fluides

Angle de mouillage (rappel)

θ

Loi de Young

liquide

gaz

solide

Angle de mouillage

θ r θ

r/cos(θ)

20 Mécanique des fluides

Angle de mouillage (raisonnement en énergie)

7

21 Mécanique des fluides

Angle de mouillage (raisonnement en énergie)

7

22 Mécanique des fluides

Angle de mouillage (raisonnement en énergie)

7

23 Mécanique des fluides

Angle de mouillage (raisonnement en énergie)

7

24 Mécanique des fluides

Inflence de l’angle de mouillage

8

eau mercure

25 Mécanique des fluides

Forme d’une goutte de pluie

Poids

Traînée

λ : longueur capillaire, 3mm eau/air