Capillaire et tension de vapeur

[pmdec]

Bonsoir,
Après avoir vainement (donc mal ...) cherché une réponse à cette question, je me permet de demander votre aide :

Soit un tube capillaire vertical dont la base trempe dans de l'eau (par exemple).
La hauteur et le diamètre du tube sont tels que la "hauteur d'ascension capillaire" est supérieure à la hauteur du tube dépassant de l'eau.
Dans ces conditions, il se forme un ménisque à la partie supérieure du tube capillaire.

Question : est-ce que la tension de vapeur de l'eau au voisinage du ménisque est la même que pour de l'eau "libre" ?

Merci d'avance.
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[invite88ef51f0]

Salut,
Je ne sais pas exactement. Je ne vois pas trop pourquoi elle changerait...
Par contre, la pression ne sera pas la même, car la tension superficielle crée une différence de pression (je crois que c'est la "loi de Laplace" qui te donne al différence de pression en fonction de la courbure).

[invitea3eb043e]

Soit un tube capillaire vertical dont la base trempe dans de l'eau (par exemple).
La hauteur et le diamètre du tube sont tels que la "hauteur d'ascension capillaire" est supérieure à la hauteur du tube dépassant de l'eau.
Dans ces conditions, il se forme un ménisque à la partie supérieure du tube capillaire.

Question : est-ce que la tension de vapeur de l'eau au voisinage du ménisque est la même que pour de l'eau "libre" ?

Il est connu (voir thermodynamique de Bruhat) que la pression de vapeur saturante d'un liquide n'est pas la même quand il existe sous forme de petites gouttes. C'est un calcul assez tordu et pas intuitif du tout.

[invite8915d466]

A mon avis, c'est la même, car tout cela est en fait un égalité de potentiels chimiques.

Effectivement, une petite goutte est moins stable qu'une grosse, car son rapport surface sur volume est moins favorable. Des petites gouttes auront une tension de vapeur plus grande, et s'évaporeront pour se recondenser sur les grosses (l'état le plus stable étant une seule grosse goutte).

Dans le cas du ménisque, on a atteint un état d'équilibre ou la pression de la colonne équilibre l'interaction avec le capillaire. L'état étant thermodynamiquement stable, la pression de vapeur doit etre la meme pour qu'il n'y ait pas transfert d'eau d'une partie à une autre.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea5b564f6]

Pour des petites gouttes de liquide, il y a l'equation de Kelvin qui donne la tension de vapeur en fonction du rayon de la goutte

[pmdec]

Une petite précision sur l'origine de la question de ce fil. C'est en rapport avec la montée de l'eau dans les grands arbres. Cette ascension aurait le capillarité pour "raison" principale (en dehors de la "poussée racinaire") : le diamètre des vaisseaux ascendants est tel qu'il permet d'acheminer l'eau jusqu'à de grandes hauteurs. L'évaporation et l'utilisation chimique de l'eau dans les feuilles implique son renouvellemnt, et donc son ascension. Cependant, cette ascension ne peut pas être "gratuite" : je me demandais donc qu'est-ce qui fournit l'énergie de cette ascension : le milieu extérieur (si l'évaporation est "plus difficile" à cause d'une tension de vapeur différente selon la hauteur de la feuille) ou bien un mécanisme lié aux réactions chimiques dans la feuille ?

[invite6687cb56]

Salut,

là je crois que j'ai trouvé le bon site:
http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/bois/07-roles.htm

L'aspiration foliaire
En fait, c'est la transpiration des feuilles qui semble être le moteur principal de la sève brute.

[pmdec]

Bonsoir,
Merci pour ta réponse, mais ce n'est pas le mécanisme en lui-même (assez détaillé ici : http://olympiades-physique.in2p3.fr/...apitre_III.pdf ) qui me pose problème, mais le "bilan énergétique" :

Soit un arbre qui n'aurait des feuilles "qu'en haut", pour simplifier. Supposons que l'énergie pour évaporer l'eau est fournie par le soleil. Il faut, pour évaporer 1 gramme d'eau à la température T, une quantité donnée d'énergie (environ 2kJ).

Or, selon qu"on évapore de l'eau d'une feuille située à 1 mètre du sol ou à 100 mètres, il faut bien, en plus, fournir l'énergie pour faire monter l'eau (environ 1J par gramme, négligeable devant la chaleur de vaporisation, ... mais qu'il faut bien trouver qqpart quand même !) Donc, la question que je me pose est : "comment" est fournie cette énergie : est-ce parce que, l'eau est plus "difficile" à évaporer de la feuille située à 100 mètres (la tension superficielle étant plus forte, la tension de vapeur serait (?) plus faible, etc...) ou bien est-ce un tout autre phénomène ?

[invite6687cb56]

Salut,

oui je me disais aussi que ma réponse était trop simple.
Sans étayer je dirais que je ne sais pas exactement pourquoi l'eau tient plus haut que ce que lui permet l'effet de capillarité. C'était expliqué dans un fil que je ne retrouve plus. A priori l'eau doit être plus difficile à évaporer ?