Les molécules d’eau s’attirent en permanence grâce à des forces appelées liaisons hydrogène. À l’intérieur du liquide, chaque molécule est attirée dans toutes les directions par les molécules qui l’entourent. Les forces s’équilibrent donc globalement.

La tension superficielle

À la surface de l’eau, la situation est différente : les molécules ne possèdent pas de voisines au-dessus d’elles. Elles sont donc davantage attirées vers l’intérieur du liquide. Cette attraction crée une force qui resserre la surface et lui donne un comportement proche de celui d’une membrane tendue. Cette propriété est appelée tension superficielle.

La tension superficielle correspond donc à l’énergie nécessaire pour augmenter la surface d’un liquide. Plus les interactions entre les molécules sont fortes, plus cette surface résiste aux déformations.

Grâce à cette propriété, certains insectes comme les gerris peuvent se déplacer à la surface de l’eau sans couler. Leurs pattes répartissent leur poids sur une grande surface et la tension superficielle empêche la surface de se rompre.

La tension superficielle explique également pourquoi les gouttes d’eau prennent naturellement une forme presque sphérique. En effet, à volume égal, la sphère est la forme qui possède la plus petite surface possible. L’eau adopte donc cette forme pour limiter son énergie de surface.

Ce phénomène est particulièrement visible sur une surface hydrophobe, comme une toile cirée, une vitre : les gouttes restent arrondies et roulent facilement.

La tension superficielle de l’eau peut être modifiée par certaines substances, notamment les détergents. Ces molécules s’insèrent entre les molécules d’eau et diminuent les forces d’attraction responsables de la tension superficielle.

Lorsque la tension superficielle diminue, l’eau s’étale plus facilement sur les surfaces et pénètre mieux dans les tissus ou les salissures. C’est pour cette raison que les produits nettoyants sont plus efficaces que l’eau seule pour enlever les graisses et les impuretés.

La capillarité

La capillarité désigne la capacité de l’eau à monter ou à se déplacer dans des espaces très fins, comme des tubes étroits, des fibres ou les petits conduits présents dans les végétaux.

Ce déplacement repose sur deux forces qui agissent ensemble : la cohésion, qui correspond à l’attraction entre les molécules d’eau, et l’adhésion, qui correspond à l’attraction entre l’eau et une autre surface.

Dans un tube très fin, l’eau adhère aux parois puis entraîne progressivement d’autres molécules d’eau avec elle. La surface du liquide se courbe alors et forme un ménisque. Dans le cas de l’eau dans un tube en verre, le ménisque est creusé au centre car l’eau est attirée par les parois.

Le rôle de la capillarité dans les plantes

La capillarité joue un rôle essentiel dans la circulation de l’eau chez les végétaux. Les racines absorbent l’eau du sol, puis celle-ci remonte dans de très fins conduits appelés vaisseaux du xylème.

La montée de l’eau est favorisée par l’adhésion aux parois des conduits et par la cohésion entre les molécules d’eau. Ce phénomène permet de transporter l’eau et les sels minéraux jusqu’aux feuilles, parfois sur plusieurs mètres de hauteur dans les grands arbres.