Version du 1 avril 2020 à 19:52

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Cristaux et géométrie

Les cristaux, un merveilleux phénomène naturel qui fascine beaucoup de monde et probablement toi aussi !

Déroulé

Avant de commencer et si tu le souhaites, tu peux te munir de ton "cahier d'expérience" pour y noter tes découvertes, tes questions et dessiner les expériences.

Dès maintenant dépose dans ton congélateur un plateau ou une assiette de couleur sombre (le noir est idéal), au moins pendant 20 minutes. Tu t’en servira un peu plus tard.

As-tu déjà entendu parler ou vu des cristaux ? Où peut-on trouver des cristaux ? Peux-tu décrire quelle forme ont-ils ?

Activité 1 : Fabrication de cristaux

Grâce à cette expérience tu vas pouvoir faire pousser toi-même des cristaux à partir de sel.

Pour faire l'expérience, clique sur ce lien : cristaux de sel

Prends quelques grains de gros sel. En regardant de très près, ça ressemble à des cristaux ! et oui, le sel est du cristal.

Les cristaux sont présents un peu partout dans la nature. Ils sont particulièrement dans les pierres, mais ont peu aussi en observer dans les flocons de neige, la glace et les grains de sel.

Activité 2 : Les cristaux de glace

Intéressons-nous aux cristaux de glace. Je te propose d’aller faire un petit tour dans ton congélateur. L’idéal est que tu soit équipé d’une loupe.

Avec une grande cuillère, prélève un peu de glace, dépose la sur le support que tu avais mis au congélateur quelques temps avant. Observe la forme de ces cristaux de glace. Ils sont minuscules !

Quelle forme ont-ils ? Je t’invite à essayer d’en dessiner un.

Au fait, avant d’être de la glace, quelle était cette matière ?? De l’eau, bravo !

D’ailleurs, les cristaux de glace se trouvant dans ta cuillère se sont surement transformés en eau.

Si la température est supérieur à 0 degré, l’eau est dans un état liquide. En dessous de 0 degré, l’eau va se solidifier.

Allons plus loin encore, en fonction de la température (en dessous de 0 degré) des cristaux vont prendre des formes différentes.

Voici les différentes formes de cristaux de glace, selon la température :

Je t’invite à prendre ton cahier d’expérience et à dessiner les formes de ces cristaux. Tu peux observer que les lignes sont toujours de la même taille !

Ce sont les cristallographes qui étudient les cristaux et leur formation, on appelle cela la science de la cristallographie. Ils se servent, entre autre de la géométrie pour mieux les observer et les classer.

Activité 3 : Les cristaux de neige

Voici quelques exemple de cristaux de neige (appelé aussi flocon, à la différence qu’un flocon de neige est constitué de plusieurs cristaux de glace accrochés ensemble).

Group-Cristaux et geometrie flocon de neige.jpg

Quelles sont les différences que tu peux observer ?

Quelles sont les ressemblances que tu peux observer ?

Tu peux observer qu’ils sont tous en forme d’étoile et que chaque branche de l’étoile dessine les mêmes formes. Ces formes, pourraient même être redessinées à l’infini ! C’est ce qu’on appel les fractales (c’est tout simplement de la géométrie).

Je t’invite à dessiner ton propre flocon de neige en essayant de bien suivre les symétries, l’idéale est d’utiliser un règle et même un compas.

Tu peux aussi t’aider de quelques exemples

Group-Cristaux et geometrie Flocon dessin.jpg

Terminons en beauté !

Tu peux décorer ta maison en fabricant des flocon en papier, pour cela, clique sur le lien : réaliser des flocon de neige en papier

Usage dans la vie quotidienne :

Un peu d’histoire :

D’après les faits historiques, bien des personnes ont été fascinées par la beauté et le mystère des cristaux. Il y a deux mille ans, le naturaliste Pline l’Ancien admira la régularité des cristaux de roche sous forme de prismes à six côtés. A cette époque, les processus de cristallisation du sucre et du sel étaient déjà connus des anciennes civilisations indienne et chinoise. Les cristaux de sucre étaient fabriqués à partir du jus de canne à sucre en Inde. En Chine, du cristal de sel pur était obtenu à partir de l’eau salée. La cristallisation était également développée en Irak, au 8 e siècle. Deux siècles plus tard, l’Egypte et la région d’Andalousie en Espagne maitrisèrent les techniques de la taille des cristaux de roche pour fabriquer des ustensiles et des objets décoratifs.

En 1611, le mathématicien et astronome allemand Johannes Kepler fut le premier à observer les formes symétriques des flocons de neige et devina à partir de là leur structure sous-jacente. Moins de 200 ans plus tard, le minéralogiste français René Just Haüy découvrit les lois géométriques des cristaux .

Objectifs

Découverte de la cristallographie

Expériences

Cristaux de sel

Montrer de manière simple, comment les cristaux se forment avec le temps

Facile
Chimie
15 minute(s)

Réaliser des flocons de neige

Réaliser un flocon de neige en découpant du papier

Facile
Mathématique , Science de la matière , Physique
15 minute(s)

Membres du groupe

Benoit

A rencontré les ptit déb à la Rochelle et maintenant je me débrouille avec ceux de l’Île de France

Ile de France

L'utilisateur n'a pas rentré d'informations à son sujet

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+Dès maintenant dépose dans ton congélateur un plateau ou une assiette de couleur sombre (le noir est idéal), au moins pendant 20 minutes. Tu t’en servira un peu plus tard.
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+As-tu déjà entendu parler ou vu des cristaux ? Où peut-on trouver des cristaux ? Peux-tu décrire quelle forme ont-ils ?
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+<br />
-•     Du carton
+===<u>Activité 1 : Fabrication de cristaux</u>===
+Grâce à cette expérience tu vas pouvoir faire pousser toi-même des cristaux à partir de sel.
-•    2  [http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Pic_à_brochette pics à brochette]
+Pour faire l'expérience, clique sur ce lien : [https://www.wikidebrouillard.org/wiki/Cristaux_de_sel cristaux de sel]
-•     Du ruban adhésif
+Prends quelques grains de gros sel. En regardant de très près, ça ressemble à des cristaux ! et oui, le sel est du cristal.
-•     Trois pailles (ou tubes de stylos démontables)
-•     Vrille
+Les cristaux sont présents un peu partout dans la nature. Ils sont particulièrement dans les pierres, mais ont peu aussi en observer dans les flocons de neige, la glace et les grains de sel.
-•     Un crayon
+===<u>Activité 2 : Les cristaux de glace</u>===
+Intéressons-nous aux cristaux de glace. Je te propose d’aller faire un petit tour dans ton congélateur. L’idéal est que tu soit équipé d’une loupe.
-•     Une règle
+Avec une grande cuillère, prélève un peu de glace, dépose la sur le support que tu avais mis au congélateur quelques temps avant. Observe la forme de ces cristaux de glace. Ils sont minuscules !
-•     Des ciseaux
+Quelle forme ont-ils ? Je t’invite à essayer d’en dessiner un.
-|Step_Picture_00=Voiture_propuls_e_par_un_ballon_mat_riel-2.jpg
-}}
-{{Tuto Step
-|Step_Title=Découpage
-|Step_Content=Découper un petit morceau de carton. Tracer des lignes bien parallèles aux bords du carton et découper les pailles un peu plus grandes que la largeur du carton
-|Step_Picture_00=Voiture_propuls_e_par_un_ballon_tape_1.jpg
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-|Step_Title=Préparation des roues
-|Step_Content=Percer les bouchons au centre pour en faire des roues
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-|Step_Title=Utilisation des pailles
-|Step_Content=Enfiler les deux baguettes de bois chacune dans une paille
-}}
-{{Tuto Step
-|Step_Title=Montage des roues
-|Step_Content=Fixer un bouchon de chaque côté des deux baguettes, sans bloquer la paille, il faut que les roues tournent facilement si on tient délicatement la paille
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-|Step_Content=Fixer les pailles bien droites sur le carton avec du ruban adhésif, le long des lignes tracées
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-|Step_Picture_01=Voiture_propuls_e_par_un_ballon__tape_8.jpg
-}}
-{{Tuto Step
-|Step_Title=Ensuite ....et non, ce n'est pas fini !
-|Step_Content=Couper un morceau de paille (si possible de gros diamètre), le renter dans le ballon.
-Scotcher le ballon bien serrer autour de la paille pour qu'il n'y ait pas de fuite mais sans écraser la paille.
-<br />
+Au fait, avant d’être de la glace, quelle était cette matière ?? De l’eau, bravo !
-|Step_Picture_00=Voiture_propuls_e_par_un_ballon__tape_10.jpg
-|Step_Picture_01=Voiture_propuls_e_par_un_ballon__tape_11.jpg
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-|Step_Title=On passe au montage final
-|Step_Content= Coller le ballon sur la voiture au niveau de la paille.
-Voilà, c'est prêt !
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-}}
-{{Tuto Step
-|Step_Title=On y met de l'air
-|Step_Content= Souffler dans le morceau de paille pour gonfler le ballon puis pincer la paille avec le doigt
-|Step_Picture_00=Voiture_propuls_e_par_un_ballon_IMG_20200325_151257.jpg
-}}
-{{Tuto Step
-|Step_Title=C'est parti on roule !
-|Step_Content= Poser la « voiture » sur une table et laisser l'air s'échapper du ballon
+D’ailleurs, les cristaux de glace se trouvant dans ta cuillère se sont surement transformés en eau.
-Oups ! sur le sol ça ira plus loin....
+Si la température est supérieur à 0 degré, l’eau est dans un état liquide. En dessous de 0 degré, l’eau va se solidifier.
-|Step_Picture_00=Voiture_ballon_1.mp4
-}}
-{{Notes
-|Observations=Lorsque le ballon se dégonfle, la voiture avance.
-<br />
-|Explanations=L’[http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Air air] expulsé est responsable du mouvement de la voiture.
-La voiture avance donc dans le sens inverse de l’expulsion de l’[http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Air air].
+Allons plus loin encore, en fonction de la température (en dessous de 0 degré) des cristaux vont prendre des formes différentes.
-L’air dans le ballon est sous pression. Lorsque le ballon se gonfle, le matériau élastique utilisé pour fabriquer le ballon s’étire et comprime l’air emprisonné. Plus le ballon est gonflé, plus l’air est sous pression.
+Voici les différentes formes de cristaux de glace, selon la température :
-Lorsque l’ouverture du ballon est libérée, l’air contenu dans celui-ci s’échappe, propulsant ainsi la voiture.
+<br />
-|Deepen=Lorsque le ballon est gonflé, une tension est imposée par la surface élastique en caoutchouc, en réponse à sa déformation (ici c’est une dilatation dont l'allongement relatif sera fonction du module d'Young qui entre lui même en jeu, dans l'expression de la contrainte que l'on impose en gonflant) impose une pression à l'intérieur de celui-ci. On rappelle que la loi de Hooke dit que :
-Avec σ (en Pascal) égale à une contrainte soit où F est une force (en Newton) et S la surface (en m²) sur laquelle la force agit.
+{{#annotatedImageLight:Fichier:Group-Cristaux et geometrie 8-44-34.png|0=794px|hash=|jsondata=|mediaClass=Image|type=frameless|align=center|src=https://www.wikidebrouillard.org/images/2/23/Group-Cristaux_et_geometrie_8-44-34.png|href=./Fichier:Group-Cristaux et geometrie 8-44-34.png|resource=./Fichier:Group-Cristaux et geometrie 8-44-34.png|caption=Forme des cristaux selon la température|size=794px}}
+Je t’invite à prendre ton cahier d’expérience et à dessiner les formes de ces cristaux. Tu peux observer que les lignes sont toujours de la même taille !
-Avec E (en Pascal) le module d'Young
+Ce sont les cristallographes qui étudient les cristaux et leur formation, on appelle cela la science de la cristallographie. Ils se servent, entre autre de la géométrie pour mieux les observer et les classer.
-Avec ε l'allongement relatif
+<br />
-Mais intéressons-nous à l'explication de cette tension que l'on retrouve dans de nombreux milieux élastiques et qui impose cette force de restitution, force qui tend à ramener le matériau dans sa configuration non étirée.
+===<u>Activité 3 : Les cristaux de neige</u>===
+Voici quelques exemple de cristaux de neige (appelé aussi flocon, à la différence qu’un flocon de neige est constitué de plusieurs cristaux de glace accrochés ensemble).{{#annotatedImageLight:Fichier:Group-Cristaux et geometrie flocon de neige.jpg|0=799px|hash=|jsondata=|mediaClass=Image|type=frameless|align=center|src=https://www.wikidebrouillard.org/images/5/5f/Group-Cristaux_et_geometrie_flocon_de_neige.jpg|href=./Fichier:Group-Cristaux et geometrie flocon de neige.jpg|resource=./Fichier:Group-Cristaux et geometrie flocon de neige.jpg|caption=|size=799px}}
-Le caoutchouc est constitué de molécules flexibles, reliées entre elles par des liaisons appelées des cross-link.
-Ces derniers sont introduits pendant la vulcanisation du latex (voir la fiche sur les [http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Ballon_de_baudruche ballons de baudruche]), c'est à dire au moment où on le mélange avec du soufre pour le rendre plus résistant. Dans la configuration initiale, les molécules du ballon ont une position allongée puis, avec l'étirement, elles se redressent, la distance inter cross-link augmente alors.
+Quelles sont les différences que tu peux observer ?
-Durant cet étirement, si l'on raisonne thermodynamiquement, il est possible d'observer une diminution de l'entropie (c’est le « degré de désorganisation » d’un système moléculaire). Lorsque le morceau de caoutchouc n'est pas tiré, il existe des mouvements aléatoires entre les cross-link. Puisque aucune direction n'est privilégiée, il en résulte une entropie maximale (les molécules sont donc très désorganisées). Puis si on étire ce morceau, le redressement des molécules impose la diminution de l'entropie (plus on étire le ballon, plus les molécules sont « rangées ») : l'énergie libérée diminue alors et l'énergie dans le matériau est celle qui tend à ramener les molécules dans leurs configuration initiale, soit à minimiser la distance entre les cross-link. En d’autres termes, plus on étire le ballon, plus il tend à vouloir reprendre sa forme initiale.
+Quelles sont les ressemblances que tu peux observer ?
-|Applications=C’est pour cela que, plus on gonfle un ballon, plus on a du mal à le gonfler. il va opposer une résistance de plus en plus forte, à mesure qu’il va grossir.
-Mais si on le gonfle trop, celui-ci explose. La pression exercée par l’air, à l’intérieur du ballon, étant trop forte, les liaisons se rompent et il finit par se déchirer.
+Tu peux observer qu’ils sont tous en forme d’étoile et que chaque branche de l’étoile dessine les mêmes formes. Ces formes, pourraient même être redessinées à l’infini ! C’est ce qu’on appel les fractales (c’est tout simplement de la géométrie).
-|Related=•   [http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Un_ballon_à_réaction Un ballon à réaction]
-•    Balade thématique sur l''''[http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Air air]'''
+Je t’invite à dessiner ton propre flocon de neige en essayant de bien suivre les symétries, l’idéale est d’utiliser un règle et même un compas.
-'''Autres expériences'''
+Tu peux aussi t’aider de quelques exemples{{#annotatedImageLight:Fichier:Group-Cristaux et geometrie Flocon dessin.jpg|0=229px|hash=|jsondata=|mediaClass=Image|type=frameless|align=center|src=https://www.wikidebrouillard.org/images/3/33/Group-Cristaux_et_geometrie_Flocon_dessin.jpg|href=./Fichier:Group-Cristaux et geometrie Flocon dessin.jpg|resource=./Fichier:Group-Cristaux et geometrie Flocon dessin.jpg|caption=|size=229px}}
-•     Principe de l’[https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/80-principe-daction-reaction action-réaction]
-•     Différentes façons d’utiliser l’air pour propulser [http://www4.ac-nancy-metz.fr/ia57science/spip.php?article64 ici].
+'''Terminons en beauté !'''
-'''Deux courtes''' [http://eduscol.education.fr/orbito/lanc/princip/princip3.htm expériences] '''pour mieux comprendre le principe d’action-réaction'''
+Tu peux décorer ta maison en fabricant des flocon en papier, pour cela, clique sur le lien : [https://www.wikidebrouillard.org/wiki/R%C3%A9aliser_des_flocons_de_neige réaliser des flocon de neige en papier]
-|Objectives=•     Comprendre le principe d’action-réaction
-•     Introduction au principe d’entropie
-•     Comprendre la pression de l’air
+===Usage dans la vie quotidienne : ===
-|Animation=Cette animation peut être intéressante si on la présente comme un concours d’idées. On peut demander aux participants de quelle manière on pourrait faire rouler une voiture avec de l’air.
-Il y a principalement deux réponses à cette question. Soit prendre le principe des chars à voile, en installant une voile sur la voiture et en la faisant avancer grâce au vent (on peut le faire en extérieur si le temps et le vent le permettent, ou créer du vent artificiel grâce à un ventilateur), ou cette solution, moins naturelle mais ne demandant aucun matériel supplémentaire.
+*[https://www.youtube.com/watch?v=oAWMS9nIBrI Découverte de la récole de sel]
+*[https://www.youtube.com/watch?v=eNio5TaFXW0 Un petit film de 12 minutes pour découvrir une expédition à la recherche de cristaux]
+*[https://www.mnhn.fr/fr/visitez/lieux/galerie-mineralogie-geologie Visite de la galerie de géologie du Musée Homme d’Histoire Naturelle]
+*[http://www.musee.mines-paristech.fr/Galerie/Video/ Visite du musée de Minéralogie (Mines Paris Tech)]
-De plus, la construction de la voiture « boîte d’allumette » peut aussi être un défi, en présentant aux participants les différents matériaux et en leur demandant de construire une voiture à quatre roues grâce à cela.
+===Un peu d’histoire : ===
+D’après les faits historiques, bien des personnes ont été fascinées par la beauté et le mystère des cristaux. Il y a deux mille ans, le naturaliste Pline l’Ancien admira la régularité des cristaux de roche sous forme de prismes à six côtés. A cette époque, les processus de cristallisation du sucre et du sel étaient déjà connus des anciennes civilisations indienne et chinoise. Les cristaux de sucre étaient fabriqués à partir du jus de canne à sucre en Inde. En Chine, du cristal de sel pur était obtenu à partir de l’eau salée. La cristallisation était également développée en Irak, au 8 e siècle. Deux siècles plus tard, l’Egypte et la région d’Andalousie en Espagne maitrisèrent les techniques de la taille des cristaux de roche pour fabriquer des ustensiles et des objets décoratifs.
-<br />
+En 1611, le mathématicien et astronome allemand Johannes Kepler fut le premier à observer les formes symétriques des flocons de neige et devina à partir de là leur structure sous-jacente. Moins de 200 ans plus tard, le minéralogiste français René Just Haüy découvrit les lois géométriques des cristaux .
-|Notes=Principe de l’[http://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-entropie-3895/ entropie] pour aller plus loin
+|GroupObjectif=Découverte de la cristallographie
-}}
-{{Tuto Status
-|Complete=Draft
 }}

Différences entre les pages « Voiture propulsée par un ballon » et « Group:Cristaux et géométrie »