Le dernier soupir d’une bulle de savon est un « pfttt » silencieux.
Placez votre oreille proche d’une bulle et vous entendrez peut-être un son aigu lorsqu’elle éclate. Ce son caractéristique nous informe sur la physique sous-jacente mis en jeu lors de l’éclatement.
Avant l’éclatement, la pellicule savonneuse de la bulle pousse sur l’air qu’elle contient, car elle tend à minimiser sa surface. Chaque partie de la bulle poussent vers l’intérieur et s’équilibrent entre elle.
$$F_{ac}=4\gamma R \sin{\theta}$$
L’éclatement commence par l’apparition d’un trou, généralement sur le dessus de la bulle, là où le film est plus fin. En raison de la tension superficielle qui tire sur le bord, le trou s’agrandit très rapidement (environ 10 m/s). Les forces initialement équilibrées qui poussent sur l’air intérieur ne le sont plus, les forces présentes sur la surface occupée par le trou disparaissent, entrainant une force nette appliquée sur l’air et dirigée vers le haut.
Si l’éclatement était lent, cette force se traduirait par un jet d’air à travers le trou et la bulle se dégonflerait comme un ballon. Cependant, comme le film liquide se rétracte plus rapidement que le temps de mise en mouvement de l’air, cette force émet une onde acoustique avec une symétrie particulière. En effet, elle comprime l’air au sommet de la bulle, dilate celui qui se trouve en dessous, et ne modifie pas la pression à l’équateur. C’est ce qu’on appelle une source dipolaire.
Pour bien comprendre cette signature, la dernière étape consiste à modéliser la force appliquée par le film de savon sur l’air. Si le film reste au repos, cette force est simplement la tension de surface multipliée par la surface restante du film projetée sur l’axe de l’éclatement. Cependant, les molécules de savon, qui stabilisent l’interface, se tassent à la surface, ce qui entraîne une diminution locale de la tension superficielle qui modifie la force et, par conséquent, le « pop » de la bulle de savon.
En résumé, le bruit d’une bulle de savon provient de la force appliquée par le film de savon sur l’air lors de l’éclatement. Ce son est directionnel, vous ne pouvez l’entendre que si vous vous trouvez dans l’axe de l’éclatement. De plus, le son dépend du savon utilisé pour former les bulles via la compaction rapide des molécules. Ainsi, ce silencieux « pftt » véhicule une profusion d’informations.
