Il suffit de tremper un anneau dans de l’eau savonneuse, de souffler doucement… et la magie opère. Une bulle apparaît, s’envole quelques instants, reflète toutes les couleurs de l’arc-en-ciel, puis disparaît aussi vite qu’elle est arrivée.
Ce qui est étonnant, c’est qu’elles ont toutes la même forme. Qu’elles soient minuscules ou géantes, elles sont presque toujours parfaitement rondes. Pourquoi la nature choisit-elle systématiquement cette forme ? Pourquoi ne voit-on jamais de bulles carrées, triangulaires ou en forme de cube ?
Une bulle cherche avant tout l’équilibre
Une bulle de savon est constituée d’une très fine pellicule d’eau emprisonnée entre deux couches de molécules de savon. À l’intérieur se trouve de l’air. À l’extérieur aussi. Cette fine membrane est soumise à une force appelée tension de surface. En permanence, cette tension cherche à réduire la surface du film au maximum.
Or, pour un volume donné, il existe une forme géométrique qui possède la plus petite surface possible : la sphère. Autrement dit, la bulle devient ronde parce que c’est la forme qui demande le moins d’énergie pour exister. La nature choisit toujours la solution la plus simple.
Pourquoi le savon est-il indispensable ?
Avec de l’eau seule, impossible de fabriquer une véritable bulle. Les molécules d’eau s’attirent très fortement entre elles. Le film liquide se rompt presque immédiatement. Le savon change complètement la situation. Ses molécules possèdent une extrémité attirée par l’eau et une autre qui la repousse. Elles viennent alors s’installer à la surface de la fine pellicule d’eau et réduisent sa tension. Le film devient beaucoup plus souple et beaucoup plus résistant. Il peut désormais s’étirer, se refermer sur lui-même et emprisonner une poche d’air sans éclater aussitôt. C’est cette propriété qui permet aux bulles de flotter pendant plusieurs secondes.
Pourquoi ne voit-on jamais de bulles carrées ?
La question paraît amusante, mais des chercheurs se la sont réellement posée. En laboratoire, il est possible de fabriquer des films de savon dans des structures cubiques ou d’autres formes géométriques. À l’intérieur d’un cadre métallique en forme de cube, par exemple, le savon forme des surfaces parfaitement planes. Mais dès qu’une bulle est libérée de cette contrainte, elle redevient immédiatement sphérique. Les arêtes et les angles concentrent davantage de tension. La sphère est donc toujours la forme la plus stable. C’est un peu comme si la bulle cherchait spontanément à se détendre.
Les couleurs ne viennent pas du savon
Les magnifiques reflets colorés des bulles intriguent autant que leur forme. Pourtant, le savon est pratiquement transparent. Les couleurs proviennent d’un phénomène appelé interférences lumineuses. Lorsque la lumière frappe la bulle, une partie est réfléchie par la surface extérieure, tandis qu’une autre traverse le film avant d’être réfléchie par la surface intérieure. Ces deux rayons lumineux se rencontrent ensuite.
Selon l’épaisseur du film et l’angle sous lequel on regarde la bulle, certaines couleurs sont renforcées tandis que d’autres disparaissent. C’est ce qui explique pourquoi les teintes changent sans cesse lorsque la bulle se déplace.
Pourquoi les bulles éclatent-elles ?
Aussi belles soient-elles, les bulles ont une durée de vie limitée. Peu à peu, l’eau contenue dans leur membrane s’évapore. Le film devient de plus en plus mince. La gravité fait également descendre lentement l’eau vers le bas de la bulle, ce qui fragilise encore davantage sa partie supérieure. À partir d’un certain moment, la membrane devient si fine qu’elle ne peut plus résister.
Le moindre contact avec un doigt, un brin d’herbe, un courant d’air ou même une poussière suffit alors à provoquer sa rupture. La bulle disparaît presque instantanément.
Les bulles sont partout dans la nature
Même si on les associe souvent aux jeux d’enfants, les bulles existent dans de nombreux phénomènes naturels. On en trouve dans la mousse des vagues, dans les rapides des rivières, dans la bière, le champagne, les sources d’eau chaude ou encore dans certaines roches volcaniques.
Le principe reste toujours le même : un gaz est emprisonné dans un liquide ou dans une matière capable de le retenir. Les bulles de savon sont simplement les plus spectaculaires, car leur paroi est suffisamment fine pour laisser apparaître ces magnifiques jeux de lumière.
Une leçon de physique… tout en légèreté
Les bulles de savon semblent fragiles et insignifiantes. Pourtant, elles illustrent plusieurs grandes lois de la physique : la tension de surface, la géométrie, la pression des gaz, l’optique et même la minimisation de l’énergie.
En quelques secondes de vie, elles offrent un véritable cours de sciences. Et si elles nous fascinent autant, c’est peut-être parce qu’elles réunissent deux choses rarement associées : une grande simplicité… et une incroyable élégance.
Infos bonus
• Le mot « bulle » vient du latin bulla, qui désignait une boule, une bulle d’air, mais aussi une amulette portée autour du cou.
• La sphère est la forme géométrique qui possède la plus petite surface pour un volume donné.
• Les records de bulles géantes utilisent souvent un mélange contenant de la glycérine, qui ralentit l’évaporation de l’eau et rend les bulles plus résistantes.
• Certaines araignées aquatiques vivent sous l’eau grâce à une bulle d’air qu’elles transportent avec elles et utilisent comme réserve d’oxygène.
• Les films de savon sont étudiés par les mathématiciens et les architectes, car ils permettent de comprendre les surfaces minimales utilisées dans certaines constructions.
• Les couleurs des bulles changent en permanence parce que leur épaisseur évolue constamment au cours de leur courte existence.
