Pourquoi l'eau monte-t-elle dans un buvard ?
L’eau monte dans un buvard
L’eau monte dans un buvard par capillarité : les fibres de papier forment un réseau de canaux minuscules, et l’attraction entre l’eau et les fibres est assez forte pour faire grimper le liquide contre la pesanteur. C’est le même phénomène qui fait monter l’eau dans un tube de verre très fin, et il obéit à une loi simple : plus le canal est étroit, plus l’eau s’élève haut.
Deux forces en compétition
Au contact d’une surface solide, une goutte d’eau est soumise à deux types de forces. Les forces de cohésion attirent les molécules d’eau entre elles et tendent à rassembler le liquide sur lui-même : elles sont à l’origine de la tension superficielle. Les forces d’adhésion attirent l’eau vers la surface solide. Avec le verre propre ou la cellulose du papier, l’adhésion l’emporte : l’eau « mouille » la surface et s’étale.
- Les animaux célèbres 6.47 € · en stock
- Le voyage des plantes & les grandes découvertes, XVe-XVIIe siècles 28.67 € · en stock
- La forêt française : une histoire politique 20.87 € · en stock
Dans un tube fin, cette attraction tire l’eau vers le haut le long des parois et lui donne une surface creusée, le ménisque. La colonne monte jusqu’à ce que son poids équilibre la force due à la tension superficielle.
La loi de Jurin
La hauteur atteinte est donnée par la loi de Jurin, du nom du savant anglais James Jurin, qui l’a étudiée au XVIIIᵉ siècle. Elle est inversement proportionnelle au rayon du tube : un tube deux fois plus fin fait monter l’eau deux fois plus haut. Elle dépend aussi de la tension superficielle du liquide, de sa masse volumique et de la qualité du mouillage.
Pour fixer les idées, dans un tube de verre propre d’un millimètre de diamètre, l’eau monte d’environ trois centimètres ; dans un tube dix fois plus fin, elle monte dix fois plus haut. Dans un tube large de plusieurs centimètres, l’effet devient imperceptible.
Avec le mercure, c’est l’inverse : il ne mouille pas le verre, ses forces de cohésion dominent et le liquide descend dans le tube au lieu d’y monter, avec un ménisque bombé.
Le cas du buvard
Un buvard est un papier non encollé, formé d’un enchevêtrement lâche de fibres de cellulose. Les espaces entre les fibres forment d’innombrables canaux très fins, et la cellulose attire fortement l’eau. L’encre ou l’eau y est donc aspirée rapidement dans toutes les directions, y compris vers le haut. Le mot capillarité vient du latin capillus, « cheveu », par allusion à la finesse de ces canaux.
La capillarité dans la vie courante et dans la nature
- Les éponges, les serviettes et les tissus absorbent l’eau par capillarité.
- Les murs de pierre ou de brique peuvent se charger d’humidité qui remonte depuis le sol : ce sont les remontées capillaires.
- Dans les sols, l’eau capillaire est retenue dans les pores fins après l’écoulement de l’eau de gravité ; une grande partie de l’eau utilisable par les plantes est de cette nature.
- En chimie, la chromatographie sur papier utilise la montée d’un solvant dans le papier pour séparer les constituants d’un mélange, comme les pigments d’une encre.
La capillarité contribue aussi à la circulation de l’eau dans les plantes, mais elle ne suffit pas à expliquer l’ascension de la sève dans les grands arbres : l’essentiel vient de l’évaporation de l’eau par les feuilles, qui tire la colonne de sève vers le haut.
vous devez être connecter pour déposer un commentaire connecter