Votre partenaire
Pour vos traitements
Antistatiques et de surface

BOUSSEY CONTROL
Tél : 00 33 (0)3 80 89 11 10
Fax : 00 33 (0)3 80 92 17 36
boussey.c@wanadoo.fr

Définition de la tension superficielle
(ou tension de surface)

Tout d'abord, il est important de savoir que la tension superficielle est également appelée tension de surface ou énergie d'interface ou bien encore énergie de surface.
C'est une force qui existe au niveau de toute interface entre deux milieux différents (entre un solide ou un liquide et un gaz). La tension entre des milieux identiques: deux solides, deux liquides, ou également entre un liquide et un solide est généralement appelée: la tension interfaciale.
C'est donc cette force, la tension superficielle, qui permet à la goutte d'eau de ne pas s'étaler sur une feuille, ou à certains insectes de marcher sur l'eau, ou bien encore qui permet cette forme bombée de l'eau dans un verre à ras bord avec la notion de capillarité.

Tension superficielle: les forces intermoléculaires

Les forces intermoléculaires :
Les molécules d'un fluide (liquide ou gaz) exercent, les unes sur les autres, des forces d'attraction ou de répulsion (comme on a vu également pour la force électrostatique). Il faut admettre qu'un corps liquide pur est composé d'un seul type de molécules. Il est bien évident que ces molécules exercent entre elles une force d'attraction car sinon elles ne formeraient pas un seul et même liquide (une seule phase). la résultante de toutes les forces exercées au sein d'un liquide est, donc, nulle.

Tension superficielle: exemple de l'eau

Les tensions de surface ne sont pas toujours faciles à comprendre. Pour être simple, nous prendrons l'exemple de l'eau toujours prise en référence parce que simple d'emploi avec une énergie moléculaire très élevée (la plus élevée après le mercure).

Les molécules d'eau sont attirées entre elles par l'énergie moléculaire et les molécules périphériques le sont donc uniquement en direction de l'intérieur, ce qui dans certains cas forment une goutte d'eau (la sphère étant la forme de surface la plus petite possible).

Si l'on place cette goutte ronde sur un support à faible énergie de surface, les forces d'attractions internes de la goutte seront prépondérantes et la goutte aura un minimum de contact avec le matériau (ex. film plastique).

Si au contraire, le matériau (ex. verre) développe une énergie moléculaire de surface qui se rapproche de celle de l'eau, cette énergie aura tendance à contrebalancer les forces à l'intérieur de la goutte et celle-ci aura tendance à augmenter sa surface interfaciale avec le matériau, aplatissement de la goutte, mouillabilité.

Si au lieu d'utiliser de l'eau, on utilise un liquide beaucoup plus faible en énergie (ex. hydrocarbure, alcool, ...) sur un film plastique bien que de faible énergie mais suffisante, ce film provoquera par attirance interfaciale l'applatissement de la goutte d'alcool (le matériau réussira à être prépondérant sur les forces internes dans la goutte d'alcool, cette goutte s'étalera encore mieux sur le verre mouillable à l'eau, donc d'énergie encore plus élevée que le plastique)...

Tension de surface du matériau:
mauvaise                bonne

Adhérence/mouillabilité:
mauvaise                bonne
hydrophobe                hydrophile

Tension superficielle: interface liquide et gaz

Le gaz exerce une pression sur le liquide car ses molécules (du gaz) exercent une attraction ou une répulsion sur les molécules à la surface du liquide. On peut quand même négliger cette force car le gaz à une densité très faible par rapport au liquide.
On peut, donc, dire que la pression du gaz, l'attraction par l'intérieur du liquide, et le poids influent directement sur la forme de la surface du liquide. La bulle de savon est au départ une pellicule liquide soumise à la pression du gaz des deux côtés de la pellicule et ce liquide doit avoir des forces d'attraction suffisament fortes pour ne pas éclater.

Tension superficielle: Interface liquide et liquide

Dans une interface liquide/liquide, on parle de liquides miscibles ou de liquides non miscibles.
Si deux liquides sont miscibles ils se mélangent pour ne former qu'une phase, s'ils sont non miscibles ils formeront deux phases bien distinctes comme l'huile et l'eau par exemple.
Les molécules de liquides non miscibles subissent deux forces: une attraction vers l'intérieur "d'elles mêmes" et une répulsion par rapport aux molécules de l'autre liquide.
La forme de l'interface liquide/liquide est, donc, engendrée par les forces d'attraction intra-liquide, la force de répulsion inter-liquide et, bien évidemment, la pesanteur.

Tension superficielle: interface solide et liquide

C'est le même principe que vu ci-dessus. Nous allons l'imager avec trois exemples: la goutte d'eau posée sur un solide, l'eau dans un verre et l'eau et de l'eau suspendue à une barrière.

En cas de répulsion entre le liquide et le solide:
La goutte sur le solide va se consolider et ne pas s'étaler, l'eau dans le verre va s'incurver et l'eau sur la barrière va tomber.
En cas d'attraction:
La goutte sur le solide va s'étaler, l'eau dans le verre va remonter le long des paroies et l'eau suspendue à la barrière ne tombera pas.

Unité de mesure de la tension superficielle

L'unité de mesure de la tension superficielle est le newton par mètre (N.m^-1) qui est équivalent aux joules par mètre carré (J.m^-2) qui est l'unité d'énergie de surface (ou dyne/cm).
La tension superficielle est la force qu'il faut appliquer à un liquide pour provoquer l'extension de sa surface. On peut définir l'énergie d'interface comme un surplus d'énergie chimique lorsque les molécules de surface se trouvent à l'intérieur du liquide.

Tension superficielle: Capillarité

La capillarité engendre l'effet bombé de l'eau dans un verre. Pour expliquer ce phénomène simplement, on peut dire que le verre exerce une attraction sur les molécules d'eau, et c'est pour cela que celles-ci montent et forme un ménisque. D'un point de vue un peu plus technique, il faut savoir que l'énergie d'interface verre/air est plus forte que l'énergie d'interface verre/eau et, donc, la surface air/eau augmente (et l'eau se bombe) au détriment de la surface verre/air qui, elle, diminue.
La capillarité se remarque encore plus dans un tube à essai, l'eau est bombé vers le bas car l'eau remonte le long des parois.

Tension superficielle: de la théorie à la pratique

La tension superficielle est très importante notamment dans les processus industriels.
Il est, donc, capital de savoir si son matériau est apte à l'impression ou au collage. On parle souvent de collabilité ou d'imprimabilité.
C'est pour cela que nous disposons de nombreux produits qui permettent de mesurer la tension superficielle d'un matériau: crayons test, encre test, stylos test...
Nous disposons également de différents matériels qui permettent de modifier la tension de surface avec un nouveau produit très performant: traitement Corona...