Ecume de la mer

Réponse du service Guichet du Savoir


Nous vous souhaitons également une très bonne année 2007 et vous assurons que vous êtes tout excusée

Nous avons pensé lors de votre question sur l'écume de mer que vous faisiez allusion à la sépiolite et non, littéralement à l'écume de la mer...

La formation de l'écume, et sa composition, obéissent à des phénomènes complexes qui pourraient bien être à l'origine de la vie sur Terre :

L’océan primitif était un mélange d’eau et de molécules organiques. Celles-ci peuvent être très complexes et très réactives. Il semble donc que l’océan primitif satisfait aux conditions de la théorie kauffmanienne de la génération spontanée.

Les réseaux autocatalytiques expliquent la reproduction des molécules mais à eux seuls ils ne suffisent pas pour expliquer la reproduction des unicellulaires.

La formation spontanée des vésicules

Il suffit d’agiter une eau savonneuse pour obtenir de la mousse. L’écume de la mer se forme de la même façon, d’autant plus facilement que l’eau est plus sale. On l’explique à partir du caractère amphiphile de certaines molécules. Une molécule est hydrophile si elle « préfère » être dans l’eau que dans l’huile, c’est-à-dire si spontanémént, du fait des lois de la physique statistique, elles se concentrent davantage dans l’eau que dans l’huile. Elle est hydrophobe, ou lipophile, dans le cas inverse. Certaines molécules, telles que celles du savon, sont allongées avec une extrémité hydrophile et l’autre hydrophobe, c’est pourquoi elles sont dites amphiphiles. Lorsqu’elles sont mises en solution dans l’eau, elles forment alors spontanément de nombreuses structures qui peuvent être très complexes et notamment des bicouches qui se replient en vésicules. Une bicouche est une paroi, plongée dans l'eau, dont les deux faces sont composées de têtes hydrophiles, les extrémités hydrophobes étant rassemblées à l’intérieur de la bicouche. Une vésicule est un petit sac plein d’eau, qui flotte dans l’eau, et dont la paroi est une bicouche.

Les cellules des êtres vivants sont des vésicules très élaborées. Leur paroi est essentiellement une bicouche mais elle est beaucoup plus complexe que les parois des vésicules dans l’eau savonneuse. L’intérieur de la cellule surtout est très différent de son extérieur, ce qui n’est pas le cas des vésicules que l’on forme en agitant une eau sale. (source Wikipédia : Génération spontanée).

L'écume est provoquée par le mouvement de la mer : lorsque l'eau heurte les rochers, ou une autre surface, elle est violemment agitée, ce qui provoque l'apparition de fines bulles d'air. Ces bulles contiennent également d'autres éléments : de l'eau, du sel, des particules organiques en suspension (protéines, enzymes), mais aussi des hydrocarbures et des lipides dont l'élimination contribue à "nettoyer" la mer.

A consulter :
- Quand un liquide rencontre un bain de même nature, CNRS, juin 2003, qui explique la formation mécanique de l'écume :

Dans leurs travaux, les chercheurs ont analysé ce qui se passe lorsqu'un liquide entre en collision avec un bain de même nature, comme cela se passe lors du remplissage d'un récipient ou d'un moule, ou à la retombée de la vague d'étrave d'un navire… A faible vitesse d'impact, le choc creuse un peu le bain. Si l'on augmente cette vitesse, le creux est plus profond mais surtout, une forme pointue apparaît à sa base. A l'œil nu, cette pointe apparaît extrêmement acérée, et ce en dépit de l'action régularisatrice de la tension de surface qui s'oppose à l'apparition de telles singularités. Et de fait, en observant de plus près cette pointe au microscope, on peut mesurer son rayon de courbure dont l'ordre de grandeur est de 10 microns. Les scientifiques ont également montré que ce rayon décroît exponentiellement avec la vitesse d'impact : une faible augmentation de la vitesse d'impact du liquide entraîne une très grande diminution du rayon de courbure.

Cette loi, qui implique l'apparition d'une pointe caractéristique pour une vitesse donnée, a été prédite il y a dix ans par le physicien Moffatt(1) mais n'avait jamais été validée par les expériences. Une loi de décroissance exponentielle laisserait entendre qu'en augmentant encore un peu la vitesse d'impact, on puisse engendrer une pointe moléculaire (c'est-à-dire la plus petite pointe imaginable). Mais les chercheurs ont montré qu'il n'en est rien : si la vitesse est trop importante, la pointe cède, et un film d'air s'engouffre à l'endroit de l'impact. C'est cet air qui est responsable de la formation de l'écume dans le cas de la vague d'étrave et qui entraîne la formation de bulles quand un plongeur rencontre l'eau d'une piscine. Les scientifiques ont caractérisé le seuil d'apparition du film d'air, et montré qu'il ne dépend pas seulement de la viscosité et de la tension de surface du bain, mais aussi de la viscosité de la phase supérieure (de l'air, mais aussi, dans leurs expériences, de l'huile). Un argument du physicien Eggers(2) permet de comprendre cela : si la pointe cède, c'est parce qu'elle est soumise à la pression de lubrification du fluide supérieur, forcé de s'engouffrer et de ressortir de cette région d'autant plus confinée que la vitesse est grande.

- Cette précédente réponse du Guichet sur la formation et la couleur de la mousse.