L'ascension

 

Les bulles de champagne sont uniques grâce aux propriétés chimiques de cette boisson qui leurs confèrent des caractéristiques particulières. La bulle est soumise à de nombreuses forces lors de son détachement du site de nucléation, ainsi que durant ascension:
-Les forces capillaires ont permis l'adhésion de la bulle sur la paroi.
-La poussée d'Archimède va quant à elle, permettre le détachement de la bulle de son site de nucléation puis son ascension.
-Les forces de frottements seront également responsables, d'un léger ralentissement de l'ascension de ces petites sphères...
La bulle, durant sa progression, se charge en dioxyde de carbone mais aussi en molécules dîtes tensioactives.

 

Le détachement de la bulle

La microbulle qui se forme lors de la nucléation est de très petite taille, elle se détache une fois qu'elle dépasse une certaine limite de taille appelé "rayon critique". Ce rayon est environ égal à 0,2 micromètre. 

 

Si le rayon de la bulle est supérieur au rayon critique:

(cela dépend des propriétés physiquo-chimique du champagne),

la micro bulle croit spontanément

le CO2 dissout à proximité de la bulle passe à l'état gazeux et viens grossir la bulle. 

 

Si le rayon de la bulle est inférieur au rayon critique:

La pression à l'intérieure de la bulle, elle est inversement proportionnelle à son rayon.

La surpression "interdit" au CO2 de diffuser dans la microbulle.

La microbulle se résorbe et disparaît.

 

Une fois la bulle détachée, elle est  soumise à deux formes opposées :

-La poussée d'Archimède qui tend à la faire émerger.

-Les forces capillaires qui tendent à la tenir immergée.

 

Chaque site de nucléation libère des bulles à intervalles de temps réguliers, qui varie entre une et trente bulles par secondes, caractérisés par leur fréquence d'émission, qui diminue lorsque la concentration en CO2 décroît. Après son détachement, une bulle laisse dans la fibre une poche de gaz qui sert d'amorce à une nouvelle bulle. Le processus se poursuit jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de CO2 dissous. 

 

L'ascension de la bulle 

 

Quelle est la principale force intervenant sur l'ascension ? 

Une fois échappée de son site de nucléation, la micro bulle grossit tout en se frayant un chemin vers la surface. Durant son ascension, la bulle se charge progressivement en dioxyde de carbone sous forme gazeuse (CO2) ; c'est celui ci qui l'a fait grandir. La poussée d'Archimède (proportionnelle au volume de la bulle) va permettre l'ascension et son l'accélération progressive. Plus la taille croit plus la poussée d'Archimède augmente, et plus les bulles accélèrent et s'éloignent des unes des autres. Des mesures, après versement du champagne dans la flûte, ont permis d'établir la vitesse de la bulle champagne : elle atteint 15cm/s en haut de la flûte soit 0,54km/h. La taille de la bulle est multipliée par un million durant son ascension : elle passe d'environ 10micromètre à 1millimètre.

 

Rappel : la Poussée d'Archimède  Le Théorème d'Archimède, de formule F= p.V.g, permet d'évaluer la force qui s'exerce sur un corps immergé dans un fluide. Elle est liée à la gravité mais aussi à la densité du liquide déplacé.

 

Les molécules tensioactives

Le champagne est une solution d'eau et d'alcool, composé de macromolécules dîtes tensioactives sursaturées en dioxyde de carbone dissous. Ces molécules proviennent des baies de raisin ainsi que des levures. Grâce a leur structure moléculaire, elles possèdent une double affinité. La surface des bulles de champagne se relève donc comme un véritable « piège » pour ces molécules à double affinité (hydrophile/hydrophobe). Elles vont alors se fixer sur la bulle, la rigidifier et surtout libérer du dioxyde de carbone qui permettra l'augmentation du volume de la bulle. 

On sait maintenant que la bulle est constituée de molécules tensioactives dont une partie est dans le liquide et l'autre dans l'air. Pour diminuer cette insatisfaction, la bulle va se mettre sous la forme d'une sphère. La surface est minimale quand la forme est sphérique. Les molécules tensioactives, en rigidifiant la bulle, vont modifier l'écoulement du liquide autour d'elles: elles vont accentuer les forces de frottements. Cependant, ces forces peuvent être négligeables par rapport à la force de la poussée d'Archimède. Le liquide exerce sur la bulle une force de frottement, proportionnelle à sa vitesse, de valeur F'= k.v, colinéaire et de sens contraire au vecteur vitesse.

Le Saviez-vous ?  * Si l'on déguste du champagne sur la lune, avec une gravité six fois moins importante que sur la terre, l'ascencion de la bulle serait six fois plus lente et le volume de bulles serait multiplié par six. * Si l'on déguste du champagne sur un vaisseau spatial soumis à une gravité nulle, les bulles ne monteraient pas et gonfleraient pour fusionner en une seule, géante bulle occupant tout le volume.   Elle exploserait.