Questions to the experts
Matière et matériaux
Quand un solide est plongé dans un liquide ressort-il mouillé ?
Je suis professeur des écoles en formation et je rédige un dossier traitant de l'aspect soluble ou insoluble de la matière dans l'eau. Lors de ma séance en CE2, j'ai fait émettre des hypothèses sur "que se passe-t-il si on met un solide dans un liquide ?" et certains élèves m'ont répondu "qu'il sortait mouillé" or ma formatrice m'a demandé dans quel cas un solide mis dans un liquide ne sort pas mouillé.
Je ne sais pas y répondre : est-ce en fonction du solide ou en fonction du liquide donné ?
La présence d'une goutte de liquide sur un solide (plat) implique l'existence d'une ligne de contact autour de la goutte, à sa base, et représentant la jonction des 3 phases: air/liquide/solide.
La valeur de l'angle de contact entre la goutte et le solide dépend de l'affinité entre solide et liquide.
Si l'affinité est forte, l'aire de l'interface solide/liquide augmente, réduisant l'angle de contact (cela peut aller jusqu'à 0° pour un mouillage parfait, comme l'huile sur l'acier, par exemple). C'est l'étalement.
Au contraire, si la tension superficielle du liquide (une tension un peu comme une membrane retenant la goutte) est élevée, le liquide a tendance à rester en "boule" (comme les "billes" de mercure). En principe cet angle pourrait s'approcher de 180°.
Pour compliquer les choses, la pesanteur joue également un rôle. Lorsqu'un objet est retiré du liquide, la pesanteur "veut" faire couler le liquide vers le bas afin de quitter le solide, tandis que l'affinité liquide/solide "veut" garder le contact. C'est l'importance relative de chaque effet qui détermine si le "démouillage" (pesanteur) ou le mouillage (forces intermoléculaires de surface) va gagner.
L'essentiel du phénomène de mouillage ou démouillage est donc déterminé par les forces, ou interactions moléculaires solide/liquide.
Donc pour répondre à la question "est-ce en fonction du solide ou en fonction du liquide donné ?", la réponse est "les deux".
Vous souhaitez aborder ce sujet avec vos élèves ?
Consultez nos ressources pour la classe !
Le mouillage résulte de l'interaction physico-chimique entre le liquide et le solide. Les deux cas extrêmes permettent de comprendre un peu ce qui se passe.
Une goutte d'eau sur une poêle Tefal bien propre roule telle une bille, ne laissant aucune trace derrière elle : le revêtement de la poêle représente la quintessence de l'hydrophobie. Il y a une répulsion entre les molécules de téflon et les molécules d'eau.
Aucune liaison même faible et éphémère ne peut vraiment se produire entre les deux.
A l'opposé, la même goutte d'eau déposée sur une surface de verre très propre s'étale progressivement jusqu'à former un film très mince, qui s'étend loin du centre de la goutte, bien plus même qu'on ne le pense si le verre est vraiment propre et exempt de toute trace de matière grasse. Il existe une affinité entre les molécules d'eau et les constituants (aluminosilicates de sodium et calcium) du verre qui fait que les molécules d'eau "aiment" être au contact du verre, et le système fait en sorte que le plus grand nombre possible de tels rapprochements ait lieu.
Et il existe tous les intermédiaires possibles entre ces deux extrêmes, avec un degré de mouillage variable. Ce qui vient d'être dit pour l'eau ne s'applique pas du tout de la même façon à d'autres liquides, en particulier ceux qui sont eux-mêmes hydrophobes, comme les huiles, qui peuvent très bien s'étaler sur des surfaces que l'eau ne mouille pas et réciproquement.
Tout ceci peut donner lieu à une série de petites expériences très simples, où l'on choisit différentes surfaces, verre, métal, bois, pierre bien polie, feuille d'arbre ... et différents liquides, eau, alcool, lait, huile. On dépose une goutte de chaque liquide sur chaque solide et on compare.
Bonne chance !