Tension interfaciale

Au sens large, la tension interfaciale est définie comme le travail qui doit être effectué pour augmenter la taille de l'interface entre deux phases adjacentes qui ne se mélangent pas complètement ensemble. Au sens strict (et dans ce glossaire), le terme fait référence aux limites des phases liquide/liquide et liquide/solide, tandis que l'interface liquide/gazeuse fait référence à la tension de surface et l'interface solide/gazeuse à l'énergie de surface.
En tant que mesure du travail par unité de surface ou de la force par longueur mouillée, la tension interfaciale s'exprime en mN/m et est désignée par le symbole σ ou γ (sigma ou gamma minuscule).

Données fondamentales

À une limite de phase, la somme des interactions avec les molécules de la même phase est supérieure à celle des interactions avec les molécules de l'autre phase. Les molécules sur l'interface ont donc moins de partenaires interagissant que dans la phase volumique. Les phases forment donc l'interface la plus petite possible sans l'action de force externe. Un travail doit être effectué afin d'augmenter la taille de l'interface.

Environnement moléculaire dans la phase volumique et sur l'interface

Comme avec la tension de surface, on distingue la tension interfaciale statique (mesurée en équilibre avec une interface inchangée mécaniquement) et la tension interfaciale dynamique (mesurée pendant que l'interface change).

Rôle

La tension interfaciale joue un rôle important dans de nombreux processus et phénomènes avec différentes phases qui se touchent :

  • Émulsions et capacité d'émulsification : La tension interfaciale affecte la capacité d'émulsification et la tendance des phases à se séparer.
  • Injection (par exemple avec la production de pétrole brut tertiaire) : Si la tension interfaciale est réduite à l'aide de tensioactifs, la phase organique peut être mobilisée après une injection d'eau.
  • Tests de qualité des liquides hydrophobes : Le vieillissement d'un liquide hydrophobe va souvent de pair avec une réduction de la tension interfaciale avec de l'eau. Dans certains cas, la mesure de la tension interfaciale est un indicateur important de la qualité, par exemple avec une huile pour transformateur.
  • Dans le cas des limites des phases solide-liquide, la tension interfaciale affecte la stabilité à long terme du contact d'interface, par exemple avec des processus de collage et de revêtement.

Méthodes de mesure

Interface liquide-liquide :

  • Méthode de l'anneau selon Du Noüy : Cette méthode permet de mesurer la force agissant sur un anneau mouillable de manière optimale due à la tension de la lamelle de liquide retirée lors du passage de l'anneau d'une phase à l'autre.
  • Méthode de la plaque selon Wilhelmy : Cette méthode permet de mesurer la force agissant sur une plaque mouillable de manière optimale qui est immergée à la verticale dans la phase inférieure.
  • Méthode de la tige : Comme la méthode de la plaque, où une tige cylindrique avec une plus petite longueur mouillée est utilisée pour la mesure avec un volume liquide plus petit.
  • Méthode du volume de goutte : Le volume d'une goutte de liquide produit sur un capillaire vertical dans un autre liquide est mesuré au moment de son détachement.
  • Méthode de la goutte tournante : Un capillaire horizontal rempli avec une phase volumique et une phase goutte est mis en rotation. Le diamètre de la goutte qui est allongé par la force centrifuge est lié à la tension interfaciale.
  • Méthode de la goutte pendante : Le profil d'une goutte sur une aiguille dans la phase liquide volumique est déterminé entre autres par la tension interfaciale. La tension interfaciale peut être déterminée à partir de l'image de la goutte à l'aide de l'analyse de profil de goutte.

Interface liquide-solide :

  • Mesure de l'angle de contact : En plus de son énergie de surface, la tension interfaciale d'un solide avec des liquides particuliers peut également être calculée à partir de l'angle de contact de différents liquides avec le solide.