Bulle (physique)

Une bulle est une petite sphère d'une substance dans une autre, généralement d'un gaz dans un liquide. Les bulles font partie de la vie courante, on peut citer : la nucléation du dioxyde de carbone sursaturé dans les boissons gazeuses (eau pétillante, soda, bière) ; la vapeur d'eau lors de l'ébullition de l'eau ; l'air mélangé à l'eau par agitation dans une cascade ; l'air relâché par un plongeur dans l'eau douce ou ; les réactions chimiques, par exemple du vinaigre sur de la craie ; les bulles d'air piégées dans un verre lors de sa fabrication. Les bulles se forment et coalescent sous une forme sphérique car cette forme minimise l'énergie de tension de surface pour un volume donnée (problème de Plateau). Pour une analyse plus détaillée de cette formation, voir nucléation. Dans un liquide, les bulles de gaz tendent à remonter à la surface du fait de leur poussée d'Archimède. Cependant, à mesure que croît le volume de ces bulles, leur vitesse de montée dans le liquide les déforme (voir plus bas). L'effet Marangoni permet à des bulles de demeurer intactes lorsqu'elles atteignent la surface de la substance dans laquelle elles sont immergées. Les bulles peuvent être discernées à l'œil en raison de leur indice de réfraction différent de celui de la substance. Par exemple, l'indice de l'air est approximativement 1,0003 tandis que celui de l'eau est d'environ 1,33. Les lois de Snell-Descartes décrivent le comportement d'une onde électromagnétique à l'interface entre deux milieux d'indices différents. Les bulles peuvent ainsi être identifiées par leur réfraction et réflexion bien qu'elles-mêmes et leur milieu soient transparents. Quand des bulles sont excitées, elles oscillent en volume à leur fréquence propre. Les bulles de grandes tailles (tension de surface et conductivité thermique négligeables) effectuent des pulsations adiabatiques, ce qui signifie qu'il n'y a pas d'échange de chaleur entre le gaz et le liquide.