Pourquoi des cheveux mouillés collent-ils ensemble ?
Des cheveux mouillés collent ensemble à cause de la tension superficielle de l’eau : le film d’eau qui les entoure cherche à réduire sa surface au contact de l’air et tire les mèches les unes contre les autres. Ce phénomène relève de la capillarité, la même force qui donne une pointe nette à un pinceau humide.
Qu’est-ce que la tension superficielle ?
Dans l’eau liquide, chaque molécule est attirée de tous côtés par ses voisines, ce qui abaisse son énergie. À la surface, au contraire, une molécule n’a de voisines que d’un côté : privée d’une partie de ses liaisons, elle se trouve dans un état d’énergie plus élevé. Le liquide tend donc à réduire autant que possible l’étendue de sa surface libre, un peu comme une membrane tendue. C’est cette tendance que mesure la tension superficielle ; celle de l’eau est particulièrement forte en raison des liaisons hydrogène qui unissent ses molécules.
Créer de la surface coûte de l’énergie : pour battre des blancs en neige, qui multiplient les bulles et donc les surfaces entre l’air et le liquide, il faut fournir un travail mécanique.
Des ponts d’eau entre les cheveux
Une chevelure sèche a du volume parce que les cheveux, légèrement ondulés et indépendants les uns des autres, emprisonnent beaucoup d’air. Quand on sort la tête de l’eau, il reste entre les cheveux de minces ponts liquides, appelés ménisques. La surface de ces ponts est incurvée vers l’intérieur ; la pression dans le liquide y est alors plus faible que celle de l’air environnant, et cette différence rapproche les deux fibres. Collés les uns aux autres, les cheveux exposent moins d’eau à l’air : l’ensemble a trouvé une forme d’énergie plus basse.
Sous l’eau, ils ne collent pas
Une expérience simple montre que l’eau seule ne suffit pas. Plongés entièrement dans un bassin, les cheveux flottent librement et s’écartent, de même que les poils d’un pinceau trempé dans un verre. Il n’existe plus alors d’interface entre l’eau et l’air, donc plus de tension superficielle pour les rassembler. C’est au moment où ils sortent de l’eau, quand l’air revient entre eux, que les mèches se referment. À mesure que l’eau s’évapore, les ponts liquides disparaissent et les cheveux retrouvent leur volume.
Un phénomène que l’on observe partout
- Les poils d’un pinceau mouillé se rassemblent en pointe, alors qu’une fois secs ils peuvent être écartés sans résistance.
- Les cils mouillés se collent en petites mèches.
- La fourrure d’un chien ou d’un chat trempé se plaque et l’animal paraît soudain plus mince.
- Des brins d’herbe, des fibres textiles ou des poils de brosse se regroupent de la même façon en séchant.
Les physiciens étudient ces effets sous le nom d’élasto-capillarité : la rencontre entre les forces de surface d’un liquide et la souplesse de fibres fines. Le phénomène intéresse aussi bien la cosmétique que la fabrication de matériaux, où des fibres microscopiques peuvent s’agglutiner en séchant.
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