Partout où il y a de l'eau, il y a forcément des bulles flottant à la surface. De flaques d'eau debout, des lacs, et cours d'eau, aux piscines, jacuzzi, fontaines publiques, et toilettes, les bulles sont omniprésents, intérieur et extérieur. Une nouvelle étude du MIT montre comment les bulles contaminées par des bactéries peut agir en tant que petites grenades microbiennes, l'éclatement et le lancement de micro-organismes, y compris les agents pathogènes potentiels, hors de l'eau et dans l'air.

Dans l'étude, publié aujourd'hui dans la revue Physical Review Letters, les chercheurs ont constaté que les bactéries peuvent affecter la longévité d'une bulle: Une bulle couverte de bactéries flottant à la surface de l'eau peut durer plus de 10 fois plus longtemps qu'un non contaminé peut, persister pendant des minutes au lieu de secondes. Pendant ce temps, le bouchon de la bulle contaminée s'amincit. Plus la bulle est fine, plus le nombre de gouttelettes qu'il peut lancer dans l'air est élevé lorsque la bulle éclate inévitablement. Une seule goutte, les chercheurs estiment, peut transporter jusqu'à des milliers de micro-organismes, et chaque bulle peut émettre des centaines de gouttelettes.

Des chercheurs du MIT ont découvert que les bactéries peuvent affecter la longévité d'une bulle. Avec l'aimable autorisation des chercheurs

"Nous avons découvert que les bactéries peuvent manipuler les interfaces d'une manière qui peut améliorer leur propre dispersion eau-air,dit Lydia Bourouiba, professeur adjoint de génie civil et environnemental et directeur du laboratoire de dynamique des fluides de la transmission des maladies.

Le co-auteur de Bourouiba sur l'article est l'étudiant diplômé Stéphane Poulain.

Quelque chose dans l'eau

Bourouiba a passé ces dernières années à générer méticuleusement, imagerie, et caractérisant propre, bulles non contaminées, dans le but d'établir une ligne de base du comportement normal des bulles.

"Nous avons d'abord dû comprendre la physique des bulles propres avant de pouvoir ajouter des organismes comme les bactéries pour voir quel effet ils ont sur le système,» dit Bourouiba.

Comme ça arrive, les chercheurs ont d'abord remarqué l'effet des bactéries un peu par accident. L'équipe était en train de déménager dans un nouvel espace de laboratoire, et dans le désordre, un gobelet d'eau avait été laissé à l'air libre. Lorsque le chercheur l'a utilisé dans des expériences ultérieures, les résultats ne correspondaient pas à ce que l'équipe attendait.

"Les bulles produites à partir de cette eau ont vécu beaucoup plus longtemps et ont eu une évolution d'amincissement particulière par rapport à celle des bulles d'eau propre typiques.,” Poulain says.

Bourouiba soupçonnait que l'eau avait été contaminée, et l'équipe a rapidement confirmé son hypothèse. Ils ont analysé l'eau et trouvé des preuves de bactéries naturellement présentes à l'intérieur.

L'effet jus

Pour étudier directement l'effet des bactéries sur les bulles, l'équipe a mis en place une expérience dans laquelle ils ont rempli une colonne avec une solution d'eau et de diverses espèces de bactéries, comprenant E. coli. Les chercheurs ont développé un système pour générer des bulles avec une pompe à air, un à la fois, à l'intérieur de la colonne, afin de contrôler le volume et la taille de chaque bulle. Quand une bulle est montée à la surface, l'équipe a utilisé l'imagerie à grande vitesse couplée à une gamme de techniques optiques pour capturer son comportement, à la surface et comme il a éclaté.

Les chercheurs ont observé que, une fois une bulle contaminée par E. colia atteint la surface de l'eau, sa propre superficie, ou casquette, a immédiatement commencé à maigrir, principalement en retournant dans l'eau, comme une coque fondante de chocolat. Ce comportement était similaire à celui des bulles non contaminées.

Mais les bulles contaminées sont restées en surface plus de 10 fois plus longtemps que des bulles non contaminées. Et après une période critique, les bulles chargées de bactéries ont commencé à s'amincir beaucoup plus rapidement. Bourouiba soupçonne que ce ne sont peut-être pas les bactéries elles-mêmes, mais ce qu'ils sécrètent, qui maintient la bulle en place plus longtemps.

« Les bactéries sont vivantes, et comme tout ce qui est vivant, ils font des déchets, et que les déchets sont généralement quelque chose qui pourrait potentiellement interagir avec l'interface de la bulle,» dit Bourouiba. "Nous avons donc séparé les organismes de leur" jus "."

Les chercheurs ont lavé les bactéries de leurs sécrétions, puis ont répété leurs expériences, en utilisant les sécrétions de la bactérie. Tout comme Bourouiba le soupçonnait, les bulles contenant les sécrétions seules ont duré beaucoup plus longtemps que les bulles propres. Les sécrétions, le groupe a conclu, doit être l'ingrédient clé dans l'extension de la vie d'une bulle. Mais comment?

Encore, Bourouiba avait une hypothèse: sécrétions bactériennes peuvent agir pour réduire la tension de surface d'une bulle, ce qui rend plus élastique, plus résistant aux perturbations, et à la fin, plus susceptibles de vivre plus longtemps sur la surface d'une eau. Ce comportement, elle a noté, était similaire à des composés tensio-actifs, ou des agents tensioactifs, tels que les composés contenus dans les détergents qui forment des bulles de savon.

Pour tester cette idée, les chercheurs ont répété les expériences, cette fois en échangeant les bactéries pour les tensioactifs synthétiques ordinaires, et a constaté que, eux aussi produit des bulles plus durables qui amincissait également considérablement après une certaine période de temps. Cette expérience a confirmé que les sécrétions de bactéries agissent comme agents tensio-actifs prolongeant la durée de vie des bulles contaminées.

Les chercheurs ont ensuite cherché une explication pour le changement radical dans un taux de bulles contaminée d'amincissement. Dans les bulles propres, l'amincissement de la calotte était principalement le résultat de drainage, que l'eau dans le capuchon arrière draine la plupart du temps dans le fluide à partir de laquelle la bulle rose. Ces bulles vivent de l'ordre de quelques secondes, et leur vitesse de drainage ralentit de façon continue vers le bas les bulles amincit.

Mais si une bulle dure passé un moment critique, l'évaporation commence à jouer un rôle plus important que le drainage, essentiellement raser les molécules d'eau à partir de la coiffe de la bulle. Les chercheurs ont conclu que, si une bulle contient des bactéries, les bactéries et leurs sécrétions, faire durer une bulle plus longtemps à la surface de l'eau - suffisamment longtemps pour que l'évaporation devienne plus importante que le drainage dans l'amincissement du capuchon de la bulle.

Comme le chapeau d'une bulle s'amincit, les gouttelettes qu'il pulvérisera lorsqu'il éclatera inévitablement deviennent plus petites, plus rapide, et plus nombreux. L'équipe a découvert qu'une seule bulle chargée de bactéries peut créer 10 fois plus de gouttelettes, qui sont 10 fois plus petit et éjecté 10 fois plus vite que ce qu'une bulle propre peut produire. Cela revient à des centaines de gouttelettes qui ne mesurent que quelques dizaines de microns et qui sont émises à des vitesses de l'ordre de 10 mètres par seconde.

"Le mécanisme [Bourouiba] identifié est également à l'œuvre lorsque des bulles de mousse éclatent à la surface de l'océan,” dit Andrea Prosperetti, professeur de génie mécanique à l'Université de Houston, qui n'a pas été impliqué dans la recherche. "La taille de ces minuscules gouttelettes de film détermine dans quelle mesure elles peuvent être ramassées et transportées par le vent. Ce processus a des implications importantes pour le climat et la météo. Le même processus de base affecte les risques pour la santé des déversements d'hydrocarbures dans l'océan: Les minuscules gouttes de film transportent des produits chimiques dangereux de l'huile, qui peuvent être inhalées par les personnes et les animaux dans les régions côtières. Alors, ces humbles, minuscules gouttes ont des conséquences hors normes dans de nombreux processus essentiels à la vie « .

La source: http://news.mit.edu, par Jennifer Chu