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Expériences pour découvrir les propriétés de la glace

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Le Projet

Objectif

Ces petites expériences permettent de découvrir les propriétés de la glace. Ceci est une bonne introduction pour discuter les propriétés des glaciers.

Expérience 1 : L’augmentation du volume

Matériel :

  • Un gobelet en plastique
  • Un feutre
  • De l’eau
  • Un congélateur

Déroulement :

  1. Remplir le gobelet d’eau jusqu’à la moitié et marquer le niveau d’eau avec un feutre.
  2. Le mettre dans le congélateur et faire un sondage entre les apprenants : est-ce que le niveau de l’eau va augmenter, diminuer ou rester le même quand l’eau sera congelée ?
  3. Vérifier après quelques heures le résultat.
  4. Conclusion : le volume d’eau augmente après congélation, c’est-à-dire, lors du passage de l’état liquide -> solide. Remarquer que cela est un comportement différent que pour la plupart des matériaux.
  5. Pour les plus grands on peut introduire le concept de densité : la glace a une densité inférieure à l’eau, donc la glace flotte dans l’eau. Observer que cette propriété peut engendrer la fracturation des roches : quand l’eau présente dans les fissures des roches gèle, les fissures s’élargissent.

Expérience 2 : la température de fusion en fonction de la pression

Matériel :

  • Une bouteille en verre vide
  • Un glaçon
  • Un fil de fer
  • Six cuillères
  • Scotch

Déroulement :

  1. Attacher aux deux extrémités du fil de fer les six cuillères (3 de chaque coté) en utilisant le scotch.
  2. Poser le glaçon sur la bouteille vide.
  3. Mettre le fil de fer avec les cuillères sur le glaçon (attention que ce soit en équilibre).
  4. Mettre la bouteille au congélateur et attendre quelques heures.
  5. Observer que le fil de fer passe à travers le glaçon.
  6. Conclusion : l’eau redevient temporairement liquide sous le fil de fer car la température de fusion de la glace dépend de la pression. Elle diminue avec l’augmentation de la pression. Par exemple, sous une couche de 3.5 km en Antarctique, la glace ne fond pas à 0°C mais à -3°C.
  7. Observer que cette propriété explique le patin à glace : les patins déterminent une pression sur la glace, il y a donc de l’eau sous les lames des patins et donc on peut glisser rapidement sur la glace.

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Expérience 3 : la température de fusion en fonction des impuretés

Matériel :

  • Glaçons
  • Sel

Déroulement :

  1. Mettre du sel sur un glaçon et observer que le glaçon a commencé à fondre plus rapidement là où il y a le sel (des petits trous se forment).
  2. Conclusion : la température de fusion de la glace (ou de congélation de l’eau) varie en présence d’impuretés. Avec le sel, la température de fusion diminue (la glace fonde à une température inférieure à 0°C).
  3. Observation : cette propriété est utile en hiver, quand on met du sel sur les routes.

Expérience 4 : comment sauver le glaçon ?

Matériel :

  • Quatre glaçons (ou plus)
  • Petits échantillons de roche ou de craies très foncés et clairs
  • Broyeuse à mâchoire ou pilons
  • Sel
  • Quatre petites assiettes en verre (une par glaçon)

Déroulement :

  1. Avec la broyeuse à mâchoire ou un pilon préparer de la poudre de roche claire et foncée.
  2. Poser un glaçon sur chaque assiette
  3. Mettre un peu de sel sur un glaçon, un peu de poudre de roche blanche sur un deuxième glaçon, un peu de poudre de roche noire sur un troisième glaçon. Ne rien mettre sur le quatrième glaçon.
  4. Faire proposer aux apprenants d’autres configurations possibles.
  5. Laisser les glaçons au soleil et attendre… Observer les différentes vitesses de fusion des glaçons.
  6. Conclusion : les glaçons recouverts de poudre foncée fondent plus rapidement que ceux recouverts par une poudre claire. La poudre noire, ne renvoi pas et donc absorbe plus la lumière et la chaleur associée que la poudre blanche.
  7. Observation : Lorsque l’on veut ralentir la fonte d’un glacier on le recouvre de toiles blanches (à lire : www.osi-explorearth.org/Comment-pro...).

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Expérience 5 : la dégustation finale

Matériel pour chaque participant :

  • Jus d’orange (25 cl par personne environ)
  • Un sacs de congélation hermétique (fermeture zip) petit (par exemple 1 litre)
  • Un sacs de congélation hermétique (fermeture zip) grand (par exemple 3 litres)
  • Sel (5 cuillères environ)
  • Glaçons (assez pour remplir à moitié le grand sac de congélation)

Déroulement :

  1. Verser le jus d’orange dans le petit sac et bien fermer.
  2. Mettre le petit sac dans le grand sac
  3. Ajouter les glaçons et le sel dans le grand sac, ensuite bien fermer.
  4. Avec les mains, remuer le contenu des sacs pendant 5-10 minutes environ. On devrait voir que le jus d’orange dans le petit sac commence à devenir un sorbet.
  5. Sortir le petit sac, l’ouvrir… et déguster le sorbet d’orange.
  6. Conclusion : cet expérience est une autre application de la propriété expliquée dans l’expérience 3. Le mélange de sel et glaçons a une température très froide. Ce mélange absorbe la chaleur du jus d’orange qui commence donc à solidifier.

Ecrit par Fulvia Baratelli, éducatrice scientifique à Objectif Sciences International.

Sources :

Enrico Maraffino, Il manuale degli esperimenti, ed. Lapis, 2010.
E. Richard Churchill, Louis V. Loeschnig, Muriel Mandell, 170 semplici esperimenti scientifici, ed. Il castello, 2012.
Graham, Ian, Goldsmith, Mike, Esperimenti scientifici, ed. Gribaudo, 2013.
Bingham, Jane, Esperimenti scientifici, ed. Usborne, 1994.

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