Un revêtement de surface superamphiphobe sur un verre peut réduire, voire empêcher, la formation de mousse sans ajout d’additifs – ce qui est important, par exemple, dans les processus de remplissage industriels. Crédit : MPI-P
Si la mousse est certainement souhaitable dans la baignoire ou sur la bière, la prévention de la mousse – par exemple dans les processus industriels – est un sujet très discuté. Souvent, des huiles ou des particules sont ajoutées aux liquides pour empêcher la formation de mousse. Si celles-ci sont nocives pour la santé ou l’environnement, elles doivent être éliminées à nouveau à l’aide de méthodes complexes. Une équipe de chercheurs de l’Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères vient de montrer que les “surfaces superamphiphobes” peuvent être utilisées pour empêcher la formation de mousse.
La formation de mousse et une longue durée de vie de la mousse sont souhaitées pour la bière dans un verre, par exemple – mais la mousse doit être évitée dans la mise en bouteille de la bière afin d’accélérer le processus de mise en bouteille. La formation de mousse est également souvent indésirable dans d’autres processus industriels, surtout si elle entraîne des déversements et une contamination de l’environnement.
Dans les mousses, les bulles d’air adjacentes sont séparées les unes des autres par un mince film de liquide. Pour générer et stabiliser la mousse, on ajoute des substances tensioactives telles que des agents de surface, souvent des lipides ou des protéines.
De nombreux liquides, tels que la bière et les savons, contiennent de telles molécules tensioactives qui stabilisent la mousse. Pour empêcher la formation de mousse, il faut donc ajouter des produits chimiques supplémentaires, comme des huiles, des cires ou des microparticules. Ceux-ci aident les bulles d’air voisines à fusionner rapidement, ce qui entraîne une dégradation rapide de la mousse.
Les scientifiques travaillant avec Doris Vollmer, chef de groupe à l’Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères dans le département de Hans-Jürgen Butt, ont maintenant étudié plus en détail l’effet des surfaces superamphiphobes sur la mousse. Ces surfaces présentent une rugosité microscopique et empêchent ainsi les liquides d’y adhérer : Le liquide repose sur de petites colonnes de quelques micromètres seulement – des millionièmes de mètre – et un film d’air continu, semblable à un fakir sur un tableau d’affichage. Cet effet est connu, par exemple, de la feuille de lotus.
“Nous nous sommes demandé si nous pouvions utiliser des surfaces de ce type pour empêcher la formation de mousse ou même dissoudre la mousse existante”, explique William Wong, auteur principal de l’étude. L’idée est que les fines colonnes déstabilisent les bulles de mousse au contact et les font éclater, un peu comme lorsqu’on enfonce une aiguille dans un ballon. L’air contenu dans la mousse est alors libéré et s’échappe à travers la couche d’air continue de la couche superamphiphobe. Résultat : la mousse se dissout/dissipe sans nécessiter d’additifs chimiques ou d’agitation mécanique (consommatrice d’énergie).
Pour prouver expérimentalement leur idée, les chercheurs ont recouvert l’intérieur de verres d’une fine couche superamphiphobe et ont rempli les verres de bière et d’eau savonneuse. Afin d’étudier en détail la formation ou la décomposition de la mousse, une grande variété de méthodes scientifiques ont été utilisées, notamment la photographie à haute vitesse et l’holographie numérique.
“À notre avis, les propriétés de ces surfaces en rapport avec la mousse ont longtemps été sous-estimées”, déclare Doris Vollmer. “Nous avons pu montrer que les surfaces superamphiphobes peuvent efficacement détruire la mousse préexistante ainsi que prévenir la formation de mousse en premier lieu.”
Selon les scientifiques, les surfaces de verre revêtues pourraient contribuer à accélérer les processus de remplissage à l’avenir sans avoir à ajouter des substances supplémentaires.
Les résultats ont été publiés dans Nature Communications.
Référence : “Super liquid repellent surfaces for anti-foaming and froth management” par William S. Y. Wong, Abhinav Naga, Lukas Hauer, Philipp Baumli, Hoimar Bauer, Katharina I. Hegner, Maria D’Acunzi, Anke Kaltbeitzel, Hans-Jürgen Butt et Doris Vollmer, 9 septembre 2021, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-021-25556-w
