Tensiomètre à pression de bulle

Un tensiomètre à pression de bulle est un instrument permettant de déterminer la tension de surface dynamique. La pression interne maximale d'une bulle de gaz qui est formée dans un liquide au moyen d'un capillaire est mesurée.

Données fondamentales

Selon l'équation de Young-Laplace, la pression interne p d'une bulle de gaz sphérique (pression de Laplace) dépend du rayon de la courbure r et de la tension de surface σ.

Lorsqu'une bulle de gaz est produite dans un liquide sur la pointe d'un capillaire, la courbure augmente au départ puis diminue, ce qui entraîne une pression maximale. La plus grande courbure et donc la plus grande pression se produisent lorsque le rayon de la courbure est égal au rayon du capillaire.

Caractéristique de la pression pour la mesure de la pression de bulle, position de pression maximale

Le rayon du capillaire est déterminé par la mesure d’étalonnage réalisée avec un liquide dont la tension superficielle est connue, généralement de l’eau. Si le rayon du capillaire est connu, la tension de surface peut être calculée à partir de la pression maximale pmax. La pression hydrostatique p0 résultant de l’immersion du capillaire doit être soustraite de la pression mesurée (mesure automatiquement effectuée à l’aide d’instruments de pointe). Cela donne lieu à la formule suivante pour mesurer la pression de bulle :

Analyse du comportement dynamique des tensioactifs

La valeur mesurée correspond à la tension de surface à un âge de surface donné, lorsque la bulle commence à se former jusqu'à ce que la pression maximale se produise. La dépendance de la tension de surface à l'âge de surface peut être mesurée en variant la vitesse à laquelle les bulles sont produites.

Influence de l'âge de surface sur la tension de surface

Cette dépendance joue un rôle important dans l'utilisation des tensioactifs, car dans de nombreux processus, la valeur d'équilibre de la tension interfaciale n'est jamais atteinte en raison des vitesses de diffusion et d'adsorption des tensioactifs parfois peu élevées.
Les mesures de la pression de bulle permettent de calculer des paramètres de vitesse de tensioactifs tels que le coefficient de diffusion et le coefficient d'adsorption.

Détermination de la teneur en tensioactifs dans les bains de nettoyage et galvaniques

Les mesures de la tension superficielle dynamique à l’aide d’un tensiomètre à pression de bulle sont également utilisées pour la détermination indirecte de la concentration d’agents de nettoyage ou mouillants dans les bains industriels. La concentration dans ces liquides est généralement supérieure à la concentration micellaire critique (CMC), c’est-à-dire comprise entre des valeurs à l’intérieur desquelles la tension superficielle statique ne change pas avec l’augmentation de la concentration. Toutefois, cela ne s’applique pas à la tension superficielle dynamique, qui démontre une forte dépendance vis-à-vis de la concentration à de courts âges de surface. Lors de l’enregistrement des courbes de mesure dans une large plage dynamique dont les âges de surface sont courts à longs pour différentes concentrations de tensioactifs (voir figure ci-dessus), l’âge de surface optimal et une courbe de calibration peuvent être déterminés puis utilisés pour le contrôle qualité des bains de nettoyage ou galvaniques en effectuant des mesure à un point unique.