Pourquoi le champagne pétille et le coca-cola fait des bulles
Les bulles de gaz dans le champagne pétillent en ligne - contrairement à celles du Coca & Co. Elles semblent ainsi défier la physique. Un effet chimique explique ce phénomène.
Les fines bulles de gaz du champagne ne sont pas seulement un élément important du plaisir de la dégustation, mais aussi une énigme physique. Les minuscules bulles s'élèvent en rangées ordonnées - alors que les règles de l'hydrodynamique voudraient qu'elles s'écartent en entonnoir. C'est ce qui se passe dans les boissons comme le Coca-Cola. L'eau qui s'écoule derrière les bulles crée des tourbillons qui repoussent sur le côté les bulles qui montent derrière. Selon un groupe de travail dirigé par Omer Atasi de l'Université libre de Bruxelles, le fait que cela ne se produise pas dans le champagne ou le vin mousseux est dû à une particularité chimique de ces boissons. Selon leur analyse, qui vient d'être publiée dans la revue Physical Review Fluids, les acides gras présents dans ces boissons s'accumulent à l'interface entre l'eau et le gaz et modifient le comportement de l'écoulement de telle sorte que les tourbillons maintiennent les bulles sur leur trajectoire.
Le gaz carbonique dissous dans les boissons perle sur les aspérités des parois du récipient sous forme de dioxyde de carbone, créant des séquences d'innombrables bulles fines qui s'élèvent vers le haut. L'eau s'écoule autour de la cavité sphérique et crée deux tourbillons allongés tournant dans des directions opposées derrière la bulle, ce qui influence la bulle suivante. Dans l'eau ou dans des boissons comme le Coca-Cola, ces tourbillons tournent dans le sens inverse de celui des bulles successives. Cela fait diverger la chaîne latéralement. En effet, chaque bulle exerce sur la suivante une force opposée à celle qu'elle subit elle-même de la part de la bulle située au-dessus d'elle. C'est ce qui se passe dans la plupart des boissons gazeuses - mais pas dans le champagne ou le vin mousseux.
Comme le rapporte l'équipe d'Atasi dans sa publication, cela s'explique par une raison chimique. Les boissons ne sont pas de l'eau pure, mais elles contiennent une multitude de substances chimiques. Les responsables de l'étrange comportement des bulles sont de grandes quantités de substances dites tensioactives. Ces substances ont une partie de molécule qui se dissout bien dans l'eau et une autre qui interagit mal avec l'eau - dans le cas du champagne, il s'agit notamment d'acides gras. C'est pourquoi ils se fixent sur les parois de la bulle, de sorte que la partie hydrosoluble reste dans le liquide et que le reste, peu soluble, s'échappe dans le gaz.
L'écoulement du liquide entraîne les molécules accumulées du haut vers le bas de la bulle, où elles se retrouvent à nouveau dans le liquide. La concentration des substances est donc plus élevée en bas de la bulle qu'en haut, ce qui a des effets curieux. D'une part, les bulles de gaz montent plus lentement dans le champagne que dans le cola. La concentration plus élevée en bas diminue la tension de surface de l'eau par rapport au haut. De ce fait, le liquide autour de la bulle subit une force soudaine dans le sens de la tension de surface plus élevée, ce que l'on appelle l'effet Marangoni. L'eau s'écoule plus lentement le long de la bulle et celle-ci met plus de temps à remonter vers la surface.
Mais cela ne freine pas seulement la remontée de la bulle, cela modifie aussi ses propriétés. Plus le liquide contient d'agents tensioactifs, plus l'effet "bloque" l'écoulement à l'interface entre le gaz et l'eau. La bulle d'air se comporte de plus en plus comme une sphère à la paroi rigide plutôt que comme une cavité dans l'eau environnante - ce qui modifie à son tour les tourbillons autour de la bulle, comme le montre l'équipe d'Atasi dans une simulation informatique. La plupart des tourbillons se forment donc au-dessus et à côté de la bulle, et non plus derrière. En particulier, les tourbillons des bulles successives ne sont plus inversés les uns par rapport aux autres, mais orientés de la même manière, de sorte que les forces exercées sur toutes les bulles de la chaîne sont identiques.
De ce fait, les bulles du champagne restent alignées de manière bien ordonnée, alors que dans d'autres boissons, elles s'écartent en entonnoir. L'équipe signale toutefois que la bière constitue un cas particulier parmi les boissons gazeuses. En effet, dans la bière, ce sont surtout les protéines qui se fixent sur les bulles ; celles-ci se comportent très différemment des acides gras, car elles se déploient partiellement lorsqu'elles se fixent sur une bulle. Des considérations théoriques et des observations sur des bières suggèrent que les bulles pourraient y former des chaînes de bulles droites ou divergentes, selon les circonstances. La publication précise toutefois que d'autres expériences approfondies sur la bière sont nécessaires pour décrypter ces processus de manière plus précise.
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Photo de couverture : Shutterstock / Dasha Petrenko
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