Le Repaire des Sciences
Sciences Physiques et Chimiques

 

 

 

 

     Pourquoi est-on mouillé lorsqu'il pleut ?



 

            L'eau possède cette surprenante propriété de mouiller les objets, et c'est tout à fait étonnant quand on y songe...

            Expérimentons déjà sur des surfaces simples:

Eau sur verre
  C'est une goutte d'eau déposée sur du verre propre (enfin, plus ou moins...). Rien d'extraordinaire direz-vous. La goutte s'étale. On dit que l'eau "mouille" le verre.
Huile et eau sur plastique © Rob in Space
  Ici, à gauche, une goutte d'huile, et à droite une goutte d'eau, elles sont relativement grosses, un peu plus de 5 mm. On voit bien qu'elles ne s'étalent plus. Elles sont aplaties par la gravité, une goutte d'eau millimétrique serait presque semblable à une petite boule posée sur le plastique. L'eau ne "mouille" donc presque pas le plastique (l'huile y parvient mieux).

            Manifestement, il y a interaction entre le support solide et le liquide. Ces forces sont d'origine électrostatiques: suivant la plus ou moins grande polarisabilité du support et du liquide, on aura des comportements de mouillage plus ou moins efficaces. Tous les liquides (sauf le mercure) mouillent le verre, les plastiques peuvent avoir des comportements divers. Le Teflon (des poêles "Tefal ®" bien connues) est particulièrement peut mouillable, des récipients de cuisson enduits de ce revêtement seront donc faiblement adhérentes, en notamment vis à vis des substances humides: elles attacheront peu.

Angle de raccordement
  La plus ou moins grand mouillabilité d'un solide par un liquide peut être évaluée par l'angle de raccordement que forme le bord de la goutte avec son support. Si la surface est parfaitement mouillée, l'angle vaut 0°. Si l'angle dépasse 90°, le liquide sera considéré comme plutôt peu mouillant.
Ménisque d'eau dans un tube de verre © Rob in Space
  C'est aussi ce qui explique la forme que prend le niveau de l'eau dans un tube de verre fin (voir ci-contre). Ce que l'on appelle aussi la capillarité. L'angle de raccordement est faible, la surface de liquide prend alors une forme de ménisque, alors que si le tube est en plexiglas, le niveau est presque horizontal, car l'angle de raccordement est proche de 90°.
Eau sur le bord d'un tube de verre © Rob in Space
  On voit bien ici aussi que l'eau tente de grimper le long des parois du tube de verre...
Eau sur le bord d'un tube de plastique © Rob in Space
   Alors qu'elle ne le fait pas le long de ce tube de plastique.

               

  Avez-vous déjà vu de l'eau sur les plumes d'un canard? Vous comprenez maintenant qu'un canard fait tout pour que l'eau ne puisse pas mouiller ses plumes: il les enduit d'une substance grasse, donc hydrophobe. Ajoutée à la rugosité de la plume, les gouttes ont alors un angle de raccordement voisin de 180°, pas de mouillage possible.
Eau sur une plume © Rob in space

         Nous pourrions faire comme les oiseaux, nous enduire la peau d'une pellicule grasse, sur laquelle l'eau n'aurait pas de prise. Ce qui est déjà, dans une plus ou moins grande proportion ce que pratique la nature, et que nous nous évertuons à contrer par des lavages périodiques...

          Finalement, affirmer que "l'eau, ça mouille..." n'est peut-être pas une phrase aussi dépourvue d'intérêt que cela peut paraître. Le mouillage des surface a aujourd'hui une grande importance: peinture des carrosseries, traitements phytosanitaires (un produit de traitement doit couvrir le plus efficacement une feuille et non pas ruisseler en gouttelettes perdues sur le sol), imperméabilisation des vêtements, revêtements anti-salissures des vitrages...

 

Et pourquoi est-ce que les gouttes d'eau sont rondes?

        Mais sont-elles bien rondes d'abord? Il n'y a en fait que lors de leur chute (et encore pas trop rapide, ni pour de trop grosses gouttes) qu'elles sont bien sphériques. Il faut des photos à très court temps de pose pour les saisir au vol et cerner leurs formes.

Goutte d'eau en vol © Rob in space
   Celle-ci, par exemple, est déformée par son rebond à la surface de l'eau. Elles peuvent être aussi modifiées par le support sur lequel elles reposent.

            Globalement, elles sont donc bien rondes. Mais pourquoi pas cubiques ou encore en forme de flocon quand l'eau est solide! Cela provient encore de la structure moléculaire des liquides:

attractions dans l'eau
      A gauche, une molécule d'eau au coeur du liquide est également attirée dans toutes les directions par les forces électrostatiques de toutes ses consoeurs (forces de Van der Waals). Mais celle qui est à la surface n'est attirée que vers le bas, comme toutes les molécules de surface.

            Ainsi, si toutes les molécules de la surface des liquides sont attirées vers le milieu du liquide, quelle forme prendra celui-ci (s'il n'est pas dans un récipient)? Ce sera une sphère, car c'est le volume qui minimise la surface de contact avec l'extérieur. Et oui, comme les molécules de surface "n'aiment pas" être en surface, elles se débrouillent pour être les moins nombreuses possible. Pour un volume donné, ce sera la surface d'une sphère qui sera la plus faible, bien plus que la surface d'un cube de même volume par exemple. La force qui modèle cette sphère est appelée "tension superficielle".

            Par la même occasion, cela vous permet de comprendre pourquoi, si vous portez une coiffure bouclé(e), vous ressortez de la douche les cheveux tous raides. Les films d'eau enveloppant les cheveux fusionnent entre eux afin d'exposer le moins de surface à l'air libre. On se retrouve les cheveux tous plats...

            Et même les châteaux de sable deviennent aussi plus compréhensibles...

 

Comment tiennent les châteaux de sable?

        Faire un château de sable est tout un art, que dis-je... une Science!... Le sable ne doit pas être trop grossier, et il ne doit être ni trop sec, ni trop mouillé.

Tas sec...
Pâté réussi...

        Mais d'abord, qu'est-ce qui fait qu'un tas de sable sec n'a aucune tenue, alors que s'il est humide, il acquiert une certaine cohésion qui permet de faire de beaux pâtés?

        Sortez de l'eau et roulez-vous dans le sable... Désagréable, hein? Vous voilà dans un triste état: couvert de sable, collant et abrasif. Les grains collent à votre peau, l'eau y est bien sûr pour quelque chose. C'est la "tension superficielle", cette force qui veut donner une forme ronde aux gouttes d'eau pour minimiser leurs surfaces, qui agit ici:

Des molécules d'eau qui s'accrochent entre elles
  Les molécules d'eau (H2O pour les chimistes) sont polarisées, c'est à dire qu'elles ont un côté positif et un côté négatif. Elles peuvent ainsi s'accrocher entre elles facilement, à la manière de wagons de chemin de fer: un côté plus d'une molécule attire un côté moins d'une autre... Mais c'est aussi ce qui explique que l'eau, "ça mouille"... En effet, ces fameuses molécules s'accrochent facilement, par ces forces électrostatiques aux autres matériaux, et peut même les faire adhérer les uns aux autres. Avez-vous essayé de mettre un peu d'eau entre deux vitres, et de tenter alors de les séparer: c'est terriblement difficile, cette tension superficielle est très efficace.

 

        Vous comprenez alors pourquoi des grains de sable humides vont s'accrocher entre eux, en fait, liés par les forces électrostatiques des molécules d'eau. Ce qui ajoute encore au plaisir de construire des châteaux de sable...