Ça baigne dans l’huile

Où l’on apprend qu’une balade au bord d’un lac peut faire avancer la physique.

1762, Angleterre. Le très célèbre physicien Benjamin Franklin se promène au bord de l’étang de Clapham, près de Londres. Soudain, une drôle d’idée lui passe par la tête…
Que se passerait-il s’il versait de l’huile sur l’eau de l’étang ? Curieux, il tente l’expérience et y verse l’équivalent d’une cuillère à soupe.

Portrait de Benjamin Franklin, 1767
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L’huile forme une petite tache qui va se disperser très rapidement à la surface de l’eau. Il observe que sur presque un quart de l’étang (2 000 m2), les vaguelettes habituellement provoquées par le vent ont disparu. Franklin comprend que l’huile recouvre l’étang, rendant sa surface extrêmement lisse.

Il est impressionné, mais en reste là ! Curieusement, il ne cherche aucune explication à ce surprenant phénomène.

Tache d'huile sur l'eau
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Ce n’est que 100 ans plus tard qu’un autre physicien, Lord Rayleigh, fait la lumière sur cette expérience. Il connaît la propriété des molécules d’huile. Il sait qu’elles sont un peu "schizophrènes".

Leurs têtes, hydrophiles, aiment l’eau alors que leurs corps, hydrophobes, la déteste. Ainsi, lorsque les molécules d’huile entrent pour la première fois en contact avec l’eau, elles ne sont pas ravies.

 Lord Rayleigh dans son laboratoire
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Elles vont donc se mettre dans la configuration la plus agréable pour elles : la tête au contact de l’eau et le corps, à la verticale le plus loin possible de l’eau. Ce faisant, elles s’alignent les unes à côté des autres, en rang d’oignon, formant ainsi une monocouche presque parfaite.

Lord Rayleigh en déduit donc que la tache d’huile est formée d’une seule couche de molécules d’huile. S’il parvient à en mesurer la hauteur, il aura alors la taille d’une de ces molécules !

Illustration Science Tips
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Il divise donc le volume d’huile versé par la surface de la tache (h=V/S) et obtient un résultat proche d’un 1 nanomètre, soit 30 000 fois plus petit qu’un cheveu. Lord Rayleigh a vu juste, c'est la première mesure de la taille d'une molécule.
Dommage pour Franklin qui lui n’était qu’à un cheveu près d’une découverte majeure…

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L'expérience inaboutie de Benjamin Franklin - Flash 06 - e-penser (Vidéo)

https://www.youtube.com/watch?v=4zDVjh5Fm1g

Pour en savoir plus :

Sur Benjamin Franklin 

Sur l'expérience de Benjamin Franklin et comment la reproduire chez soi

Article paru dans Science Tips