Différences entre les pages « Apollo thé » et « La fonte des glaces »

 
 
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{{Tuto Details
 
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|Main_Picture=La_fonte_des_glaces_IMG_20200322_165611-min.jpg
 
|Licences=Attribution (CC-BY)
 
|Licences=Attribution (CC-BY)
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|Description=Un sachet de thé qui décolle comme une fusée !
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|Description=Lorsque l'on dit que la fonte des glaces fait monter le niveau des océans, de quelles glaces parle-t-on ?
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|Disciplines scientifiques=Physics
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|Disciplines scientifiques=Earth Sciences
 
|Difficulty=Easy
 
|Difficulty=Easy
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|Duration=10-15
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|Tags=Fonte des glaces, iceberg, banquise, eau, montée des eaux, océan
 
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{{Introduction}}
 
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{{Tuto Step
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|Step_Title=Réunis le matériel
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|Step_Content=*2 verres
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*2 assiettes
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*Eau chaude
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*Une règle plate
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*4 glaçons
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*Une petite boule de pâte à modeler
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*Un livre
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L'eau chaude s'obtient soit directement depuis le robinet, soit en faisant chauffer de l'eau grâce à une casserole ou une bouilloire. Attention de ne pas prendre de l'eau trop chaude, entre 35 et 60°C c'est suffisant.
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}}
 
}}
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{{Tuto Step
 +
|Step_Title=Dispose les assiettes et les verres
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|Step_Content=Mets les assiettes côte à côte sur la table, un verre au milieu de chacune d'entre elles.
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}}
 
}}
 
{{Tuto Step
 
{{Tuto Step
−
|Step_Title=Rassembler le matériel
+
|Step_Title=Mets la pâte à modeler sur la règle
−
|Step_Content=Il te faut essentiellement un sachet de thé et de quoi y mettre le feu.  
+
|Step_Content=Fais deux petits boudins de pâte à modeler, dont la longueur est inférieure à la largeur de la règle.  
  
−
Prépare le sachet de thé :
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Place le 1er  boudin sur la partie numérotée de la règle à 4cm du bord, et le second boudin sur le dessous de la règle à 1cm du même bord.
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|Step_Picture_03=La_fonte_des_glaces_IMG_20200322_170009-min.jpg
 +
}}
 +
{{Tuto Step
 +
|Step_Title=Installe la règle en pente
 +
|Step_Content=La règle doit être installée comme un toboggan entre le haut du livre et le verre.
  
−
* Découpe la partie supérieure du sachet de thé.
+
La règle est bloquée par le bout de pâte à modeler calé au-dessous et l'extrémité de celle-ci arrive au bord du verre.  
−
* Vide le contenu du sachet.
 
−
* Déplie le sachet de manière à obtenir un tube.
 
  
−
Prépare ton feu.
+
Attention, le bout de pâte à modeler supérieur ne doit pas faire toute la largeur de la règle, afin de permettre à l'eau du glaçon de couler le long de la règle par la suite.
−
|Step_Picture_00=Apollo_th__mat_riel.JPG
+
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−
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+
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−
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−
|Step_Picture_03=Apollo_th__sachettubebasse.gif
 
 
}}
 
}}
 
{{Tuto Step
 
{{Tuto Step
−
|Step_Title=Mise à feu
+
|Step_Title=Mets 3 glaçons dans l'autre verre
−
|Step_Content=*Dispose le tube verticalement sur un plan qui ne craint pas le feu. (Ici c'est un couvercle de bocal mais ça peut être autre chose).
+
|Step_Content=Dispose 3 glaçons dans l'autre verre.
−
*Enflamme le haut du tube avec une allumette.
+
|Step_Picture_00=La_fonte_des_glaces_IMG_20200322_170120-min.jpg
−
*Attention au décollage !
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}}
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{{Tuto Step
 +
|Step_Title=Mets un glaçon sur la règle
 +
|Step_Content=Le 4ème glaçon est placé sur la règle en pente, calé au-dessus du bout de pâte à modeler.
  
−
Alors, ça a marché ?
+
 
−
|Step_Picture_00=Apollo_th__miseafeubasse.gif
+
Récapitulons :
−
|Step_Picture_01=Apollo_th__decollagebasse.gif
+
 
 +
*Le verre 1 contient 3 glaçons ;
 +
*Le verre 2 est pour le moment vide, une règle en pente étant posée sur son bord avec un glaçon placé dessus.
 +
 
 +
Si nous avons tous ces éléments alors nous pouvons continuer !
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|Step_Picture_00=La_fonte_des_glaces_IMG_20200322_170141-min.jpg
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}}
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{{Tuto Step
 +
|Step_Title=Remplis d'eau chaude les verres
 +
|Step_Content=Remplis d'eau chaude les deux verres, jusqu'à ras-bord.
 +
 
 +
{{Warning|Attention de ne pas prendre de l'eau trop chaude ! D'une part pour que l'expérience fonctionne, mais aussi pour ne pas te brûler.
 +
}}Il est important de remplir vraiment jusqu'à ras-bord.<br />
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|Step_Picture_00=La_fonte_des_glaces_IMG_20200322_170149-min.jpg
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|Step_Picture_01=La_fonte_des_glaces_IMG_20200322_192517-min.jpg
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}}
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{{Tuto Step
 +
|Step_Title=Attends 20-30 minutes
 +
|Step_Content=A ton avis, quel verre débordera en premier ? Celui rempli de 3 glaçons, ou l'autre ?
 +
 
 +
Attends que tous les glaçons aient complètement fondu pour avoir la réponse.
 +
|Step_Picture_00=La_fonte_des_glaces_gaelle-marcel-Xd_H7iOwKN0-unsplash-min.jpg
 +
|Step_Picture_00_annotation={"version":"3.5.0","objects":[{"type":"image","version":"3.5.0","originX":"left","originY":"top","left":-72,"top":-180,"width":5440,"height":8176,"fill":"rgb(0,0,0)","stroke":null,"strokeWidth":0,"strokeDashArray":null,"strokeLineCap":"butt","strokeDashOffset":0,"strokeLineJoin":"miter","strokeMiterLimit":4,"scaleX":0.13,"scaleY":0.13,"angle":0,"flipX":false,"flipY":false,"opacity":1,"shadow":null,"visible":true,"clipTo":null,"backgroundColor":"","fillRule":"nonzero","paintFirst":"fill","globalCompositeOperation":"source-over","transformMatrix":null,"skewX":0,"skewY":0,"crossOrigin":"","cropX":0,"cropY":0,"src":"https://www.wikidebrouillard.org/images/e/ed/La_fonte_des_glaces_gaelle-marcel-Xd_H7iOwKN0-unsplash-min.jpg","filters":[]},{"type":"textbox","version":"3.5.0","originX":"center","originY":"center","left":197.56,"top":885.96,"width":318.16,"height":22.6,"fill":"#000000","stroke":"#000000","strokeWidth":1,"strokeDashArray":null,"strokeLineCap":"butt","strokeDashOffset":0,"strokeLineJoin":"miter","strokeMiterLimit":4,"scaleX":1.19,"scaleY":1.19,"angle":0.63,"flipX":false,"flipY":false,"opacity":1,"shadow":null,"visible":true,"clipTo":null,"backgroundColor":"","fillRule":"nonzero","paintFirst":"fill","globalCompositeOperation":"source-over","transformMatrix":null,"skewX":0,"skewY":0,"text":"Photographie : Gaelle Marcel","fontSize":20,"fontWeight":"normal","fontFamily":"sans-serif","fontStyle":"normal","lineHeight":1.16,"underline":false,"overline":false,"linethrough":false,"textAlign":"left","textBackgroundColor":"","charSpacing":0,"minWidth":20,"splitByGrapheme":false,"styles":{} }],"height":904.3795620437957,"width":600}
 
}}
 
}}
 
{{Notes
 
{{Notes
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|Observations=Le sachet de thé décolle après s’être consumé.
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|Observations=Les glaçons ont fondu au niveau des deux verres. Le premier verre, qui contient les trois glaçons, ne déborde pas, alors que le deuxième déborde.
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<br />
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|Avertissement=*Ne pas avoir rempli jusqu'à ras-bord les deux verres
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*Si l'eau est trop chaude (entre 80 et 100 °C) alors les glaçons fondent trop vite, nous ne pourrons pas observer la fonte progressive des trois glaçons disposés dans le verre
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*Si l'on prend des trop petits glaçons. Si jamais tu n'as pas de gros glaçons à disposition, il vaut mieux augmenter les quantités : quatre glaçons dans le premier verre et deux sur la règle.
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|Explanations=Verre 1 : les glaçons sont déjà présents dans le verre avant que l'on verse l'eau et occupent donc un certain volume dans celui-ci. L’eau sous forme de glace occupe sensiblement la même place que lorsqu’elle est liquide. La fonte des trois glaçons ne fait pas augmenter le niveau de l'eau.
 +
 
 +
 
 +
Verre 2 : Au début de l’expérience, le verre 2 est rempli d'eau à ras-bord. Au fur et à mesure de l’expérience, le glaçon sur la règle fond et ajoute de l’eau à ce verre déjà plein. A la fin de l’expérience, celui-ci déborde.
 +
|Deepen=Cette expérience permet d’expliquer la fonte des glaces sur la planète. As-tu déjà entendu parler de glaciers, de banquise et d’iceberg ?
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'''Le glacier''' se forme en général en haute montage ou au niveau des pôles grâce à l'accumulation de la neige. En se tassant sous son propre poids, la neige devient compacte : elle expulse progressivement l'air qu'elle renferme et se transforme en glace. Lorsqu’on parle de glaciers, on peut utiliser les mots calotte glaciaire et inlandsis : la calotte glaciaire est un très grand glacier, et l'inlandsis correspond à plus de 50 000 km² de glace terrestre (l’Arctique et l’Antarctique sont les deux seuls inlandsis qui existent à ce jour sur la planète).
  
−
Puis il retombe doucement.
 
−
|Avertissement=Certains sachets ne décollent pas, une différence de papier peut-être.
 
  
−
Mettre le feu un peu trop lentement à tous les côtés du sachet peut rendre le décollage moins impressionnant.
+
'''La banquise''' se forme en mer, contrairement au glacier. Des cristaux de glace se forment lorsque l'eau atteint -1,8 °C. Ces cristaux se solidarisent et forment une couche de glace qui peut atteindre 3 à 4 mètres d'épaisseur. Parfois, un morceau de la banquise se détache et vient dériver en pleine mer : c’est ce qu’on appelle un '''iceberg'''.
−
|Explanations=As-tu essayé de réceptionner le reste du sachet dans ta main quand il retombe ? Combien pèse-t-il ?
 
  
  
−
Quand on a mis le feu au sachet de thé, la combustion a chauffé l'air aux alentours. Cet air plus chaud s'est précipité vers le haut ("la chaleur monte, le froid descend"). Au début, le sachet de thé est un peu trop lourd pour être entraîné vers le haut avec ce courant d'air chaud mais plus il brûle, plus il devient léger, au point qu'il finit par l'être assez pour se laisser emporter !
+
Que se passe-t-il lorsque la banquise ou les glaciers fondent ?
−
|Deepen=La thermodynamique propose que, dans la matière à l'état gazeux, il existe une relation de proportionnalité entre d'un côté la pression P et le volume V et de l'autre côté la quantité de matière n et la température T : PV∝nT, ou P*V = n*T*R (R étant une constante).
 
  
−
Sachant que la quantité de matière est directement proportionnelle à la masse.
+
L’expérience nous montre que de la fonte de la glace déjà présente dans l’eau (= banquise ou iceberg) ne fait pas monter le niveau de l’eau (verre 1). Par contre, lorsque la glace terrestre (= glacier) fond, nous observons une augmentation du niveau de l'eau (verre 2).
  
 +
Le résultat observé dans le verre 1 s'explique par le rôle de la poussée d'Archimède. Celle-ci correspond à la force verticale, dirigée de bas en haut, que subit un corps plongé dans un fluide (liquide ou gaz), opposée au poids du volume de fluide déplacé. La poussée d'Archimède permet d'expliquer notamment pourquoi un bateau flotte ou une montgolfière peut s'élever dans les airs, ou comment un plongeur ou un sous-marin peuvent contrôler leur flottabilité en faisant varier la pression d'un gaz dans un réservoir.
  
−
Plus l’air est chaud, moins il est dense : pour une même quantité de matière d’air, le volume sera plus élevé... Ou pour un même volume d'air, celui-ci sera constitué de moins d'espèce chimique, donc sera moins. Quand l’air est assez chaud, il devient telle plus léger que l’air ambiant qu'il peut faire décoller notre sachet de thé !{{#annotatedImageLight:Fichier:Apollo the Fibressachet.png|0=338px|hash=|jsondata=|mediaClass=Image|type=frameless|alt=Zoom sur un sachet de thé : on distingue bien les fibres du papier|align=center|src=https://www.wikidebrouillard.org/images/f/ff/Apollo_the_Fibressachet.png|href=./Fichier:Apollo the Fibressachet.png|resource=./Fichier:Apollo the Fibressachet.png|caption=|size=338px}}Entre les fibres du papier d'un sachet de thé, il y a des vides qui peuvent être occupés par de l’air. C'est cet air emprisonné à l’intérieur de ces fibres qui va chauffer, diminuer de densité, et finir par rendre tout le sachet plus léger que l'air ambiant quand le sachet brûlera.
+
{{Info|En réalité, l'eau sous forme de glace occupe un peu plus de place que l’eau liquide. Tu l'as peut-être déjà remarqué à la maison après avoir placé de l'eau ou un bac à glaçons au congélateur. Il arrive parfois aussi que le gel fasse éclater un tuyau d'eau mal protégé lorsque les températures sont très basses.
−
|Applications=Les flammes des briquets, des allumettes ou de la gazinière vont vers le haut.  
+
Ce phénomène est particulier à l'eau et à quelques autres composés et est lié aux propriétés chimiques des liaisons atomiques.
 +
Cependant, comme tu l'as sans doute observé, les glaçons placés dans le verre 1 ne sont pas totalement immergés dans l'eau. Grâce à la poussée d'Archimède, on comprend ainsi que le volume de glace immergé correspond au volume d'eau nécessaire pour égaler le poids du glaçon (ou de l'iceberg !). Selon cette même loi, un glaçon produit en fondant le même volume d'eau que la glace solide occupait précédemment. Le niveau de l'eau reste donc le même.}}
  
−
C’est aussi le principe des montgolfières.
 
  
−
Normalement, les montgolfières (l’ensemble ballon et nacelle) sont plus lourdes que l’air, elles restent « clouées » au sol. Pour les faire décoller, on fait chauffer l’air à l’intérieur d’un ballon grâce à un brûleur. Quand on atteint une température assez haute, l’air chaud emprisonné dans le ballon compense le poids de la montgolfière et peut alors emporter le ballon avec la nacelle, la faisant décoller.
+
<u>Changement climatique et montée des eaux</u>
  
−
Notons, qu’il faut plusieurs dizaines de minutes pour que l’air à l’intérieur du ballon soit assez chaud pour permettre à la montgolfière de décoller.
 
−
|Related=[[Bouchon sauteur]]
 
  
−
[[Chandelle fait monter l'eau]]
+
En 20 ans, la température moyenne sur la planète a augmenté de 0.2 °C. L’atmosphère et les océans sont très reliés : si la température de l’atmosphère augmente, alors celle des océans aussi. L’eau est un corps qui se dilate sous l’effet d’une augmentation de température.
  
−
[[Déplacements de l'air]]
+
La dilatation signifie l’augmentation du volume : lorsqu’un corps se dilate, il prend plus de place. Les molécules d’eau (les briques microscopiques qui composent l’eau) s’agitent lorsque la température augmente, et prennent donc plus de place. A titre d’exemple, imagine qu'une cinquantaine de personnes sont dans une grande salle : si les personnes restent immobiles ou bougent peu, elles tiennent facilement dans cet espace restreint. Par contre, si les personnes commencent à s’agiter, ou à danser, elles vont s’éloigner les unes des autres et prendre plus d’espace. C’est un peu pareil pour les molécules d’eau : quand la température augmente elles s’agitent, s’écartent les unes des autres, et le volume de l’eau augmente.
  
−
[[L'oeuf qui flotte]]
 
−
|Objectives=* Comprendre le principe de densité
 
−
* Comprendre la différence entre l’air chaud et l’air froid
 
−
|Animation=Cette expérience est intéressante avec un ensemble d’expérience sur l’air. On peut commencer par l’expérience « Ma chandelle fait grimper l’eau », qui met en évidence le fait que l’air froid prend moins de place que l’air chaud.
 
  
−
On peut ensuite passer par cette petite expérience qui viendra expliquer un peu plus en détail le phénomène, mais surtout servira à mieux expliciter le principe de densité.
+
L’augmentation de la température de l’atmosphère engendre donc la montée du niveau des océans : d’une part, parce que les glaces fondent plus vite, et d’autre part à cause de la dilatation thermique des océans. '' ''
  
−
On peut enfin finir par la construction d’une mini-montgolfière (Expérience « La montgolfière s’envoie en l’air »)
+
<br />
 +
|Applications=Tu as sans doute déjà voulu rafraîchir une boisson en plein été en y ajoutant des glaçons. Tu as peut-être ainsi remarqué qu'il était plus facile de mettre beaucoup de glaçons dans le verre avant de verser ta boisson. Si tu ajoutes les glaçons après avoir rempli le verre, comme dans notre expérience, un petit nombre de glaçons le fera facilement déborder.<br />
 +
|Objectives=* Manipuler 2 états de l'eau : le solide et le liquide
 +
* Introduire la poussée d'Archimède
 +
*Comprendre la montée du niveau des océans
 +
*Introduire le réchauffement climatique
 +
|Animation=Il est possible de rajouter une histoire à cette expérience, avec des personnages tels que Kader l'ours polaire et Martin le pingouin, tous deux habitant en Arctique et en Antarctique. Ils cherchent à comprendre pourquoi l'eau monte chaque année.
 +
|Notes=Lien "C'est pas sorcier - L'eau ça glace" : https://www.youtube.com/watch?v=u7DmuGIAm_o
  
  
−
Feu = danger. Pour limiter les risques, réalisons cette expérience dans un endroit à l'abri du vent (en intérieur et fenêtres fermées, c'est pas mal). Avoir de quoi éteindre le feu (un extincteur, sinon un verre d'eau on fait ce qu'on peut) est également une idée.
+
Lien Futura-sciences sur la montée des eaux : https://www.futura-sciences.com/planete/questions-reponses/mer-niveau-mer-oceans-monte-945/
  
−
En plus d'une expérience de physique amusante, cette manipe est aussi un "truc" de pilier de bar pour épater les copains sur le zinc, alors n'oublions pas la physique derrière !
+
Lien Futura-sciences expliquant pourquoi l'eau sous forme de glace occupe plus de place que l'eau liquide : https://www.futura-sciences.com/sciences/questions-reponses/molecule-glace-prend-elle-plus-place-eau-liquide-7327/
 
}}
 
}}
 
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Version du 9 avril 2020 à 13:26

Lorsque l'on dit que la fonte des glaces fait monter le niveau des océans, de quelles glaces parle-t-on ?

Auteur avatarAntenne64 NASU | Dernière modification 29/09/2020 par Maud M.

La fonte des glaces IMG 20200322 165611-min.jpg
Difficulté
Facile
Durée
1 heure(s)
Disciplines scientifiques
Science de la terre
Lorsque l'on dit que la fonte des glaces fait monter le niveau des océans, de quelles glaces parle-t-on ?
Difficulté
Facile
Durée
1 heure(s)
Disciplines scientifiques
Science de la terre
<languages />
Licence : Attribution (CC-BY)

Verre
Item-Verre 330px-Picardie glass.jpg
Un verre est un récipient utilisé pour boire de forme tubulaire, dont les parois sont solidaires et hermétiques. Il est destiné à recevoir des liquides. Il est constitué d'une paraison (corps ou contenant du verre), d'une jambe et d'un pied. Le terme désigne aussi, par métonymie, le contenu de ce récipient : on dit qu'on "boit un verre d'eau".
Assiette
Item-Assiette 250px-Assiette.jpg
Une assiette est une pièce de vaisselle qui permet de contenir et de servir des mets. Elle peut être en verre, en céramique (faïence, porcelaine, grès), en bois, en mélamine ou en métal. Elle est composée d'un fond plat, appelé ombilic, et de bords inclinés (talus ou descente) généralement bordés par un marli, couronne horizontale ou oblique à contours variés et profil droit ou galbé.

Lors de pique-niques on utilise des assiettes jetables en mousse de polystyrène, en carton ou en matière plastique.

Par métonymie, l'assiette peut désigner son contenu (exemple : une assiette de bouillon).
Pate à modeler
Item-Pate à modeler 180px-Pate a modeler.jpg
L'invention de la pâte à modeler s'inspire de la terre glaise utilisée par les sculpteurs, qui a l'avantage de durcir en séchant. Pour des esquisses, pour l'utilisation par les enfants, ou plus récemment, pour du travail en animation, il convient d'avoir un matériau qui ne durcit pas définitivement, elle a donc naturellement évolué vers des matériaux plus consistants et malléables.
Règle
[[File:]]
Au sens matériel, une règle est un instrument de mesure gradué à arêtes rectilignes servant à tracer des traits droits ou à mesurer des longueurs.
Glaçon
Item-Glaçon 180px-Gla on.jpg
Les propriétés physiques de l'eau font qu'elle est l'une des seules matières qui se dilate en gelant. Ainsi, le volume occupé par un glaçon est plus grand que le volume de la même quantité d'eau à l'état liquide.
Eau
Item-Eau t l chargement.jpeg
L'eau est une substance essentielle à la vie. Transparente, sans goût et sans odeur, on la consomme le plus souvent dans son état liquide.
Livre
Item-Livre DSC 0429.JPG
Assemblage de feuilles imprimées et réunies en un volume, broché ou relié.

Étape 1 - Réunis le matériel

  • 2 verres
  • 2 assiettes
  • Eau chaude
  • Une règle plate
  • 4 glaçons
  • Une petite boule de pâte à modeler
  • Un livre

L'eau chaude s'obtient soit directement depuis le robinet, soit en faisant chauffer de l'eau grâce à une casserole ou une bouilloire. Attention de ne pas prendre de l'eau trop chaude, entre 35 et 60°C c'est suffisant.

La fonte des glaces IMG 20200322 165611-min.jpg




Étape 2 - Dispose les assiettes et les verres

Mets les assiettes côte à côte sur la table, un verre au milieu de chacune d'entre elles.

La fonte des glaces IMG 20200322 165708-min.jpg




Étape 3 - Mets la pâte à modeler sur la règle

Fais deux petits boudins de pâte à modeler, dont la longueur est inférieure à la largeur de la règle.

Place le 1er boudin sur la partie numérotée de la règle à 4cm du bord, et le second boudin sur le dessous de la règle à 1cm du même bord.

La fonte des glaces IMG 20200322 165815-min.jpg
La fonte des glaces IMG 20200322 165928-min.jpg
La fonte des glaces IMG 20200322 165958-min.jpg
La fonte des glaces IMG 20200322 170009-min.jpg


Étape 4 - Installe la règle en pente

La règle doit être installée comme un toboggan entre le haut du livre et le verre.

La règle est bloquée par le bout de pâte à modeler calé au-dessous et l'extrémité de celle-ci arrive au bord du verre.

Attention, le bout de pâte à modeler supérieur ne doit pas faire toute la largeur de la règle, afin de permettre à l'eau du glaçon de couler le long de la règle par la suite.

La fonte des glaces IMG 20200322 170036-min.jpg
La fonte des glaces IMG 20200322 170043-min.jpg



Étape 5 - Mets 3 glaçons dans l'autre verre

Dispose 3 glaçons dans l'autre verre.

La fonte des glaces IMG 20200322 170120-min.jpg




Étape 6 - Mets un glaçon sur la règle

Le 4ème glaçon est placé sur la règle en pente, calé au-dessus du bout de pâte à modeler.


Récapitulons :

  • Le verre 1 contient 3 glaçons ;
  • Le verre 2 est pour le moment vide, une règle en pente étant posée sur son bord avec un glaçon placé dessus.

Si nous avons tous ces éléments alors nous pouvons continuer !

La fonte des glaces IMG 20200322 170141-min.jpg




Étape 7 - Remplis d'eau chaude les verres

Remplis d'eau chaude les deux verres, jusqu'à ras-bord.

Attention de ne pas prendre de l'eau trop chaude ! D'une part pour que l'expérience fonctionne, mais aussi pour ne pas te brûler.
Il est important de remplir vraiment jusqu'à ras-bord.
La fonte des glaces IMG 20200322 170149-min.jpg
La fonte des glaces IMG 20200322 192517-min.jpg



Étape 8 - Attends 20-30 minutes

A ton avis, quel verre débordera en premier ? Celui rempli de 3 glaçons, ou l'autre ?

Attends que tous les glaçons aient complètement fondu pour avoir la réponse.




Comment ça marche ?

Observations : que voit-on ?

Les glaçons ont fondu au niveau des deux verres. Le premier verre, qui contient les trois glaçons, ne déborde pas, alors que le deuxième déborde.


Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?

  • Ne pas avoir rempli jusqu'à ras-bord les deux verres
  • Si l'eau est trop chaude (entre 80 et 100 °C) alors les glaçons fondent trop vite, nous ne pourrons pas observer la fonte progressive des trois glaçons disposés dans le verre
  • Si l'on prend des trop petits glaçons. Si jamais tu n'as pas de gros glaçons à disposition, il vaut mieux augmenter les quantités : quatre glaçons dans le premier verre et deux sur la règle.

Explications

Verre 1 : les glaçons sont déjà présents dans le verre avant que l'on verse l'eau et occupent donc un certain volume dans celui-ci. L’eau sous forme de glace occupe sensiblement la même place que lorsqu’elle est liquide. La fonte des trois glaçons ne fait pas augmenter le niveau de l'eau.


Verre 2 : Au début de l’expérience, le verre 2 est rempli d'eau à ras-bord. Au fur et à mesure de l’expérience, le glaçon sur la règle fond et ajoute de l’eau à ce verre déjà plein. A la fin de l’expérience, celui-ci déborde.

Plus d'explications

Cette expérience permet d’expliquer la fonte des glaces sur la planète. As-tu déjà entendu parler de glaciers, de banquise et d’iceberg ?


Le glacier se forme en général en haute montage ou au niveau des pôles grâce à l'accumulation de la neige. En se tassant sous son propre poids, la neige devient compacte : elle expulse progressivement l'air qu'elle renferme et se transforme en glace. Lorsqu’on parle de glaciers, on peut utiliser les mots calotte glaciaire et inlandsis : la calotte glaciaire est un très grand glacier, et l'inlandsis correspond à plus de 50 000 km² de glace terrestre (l’Arctique et l’Antarctique sont les deux seuls inlandsis qui existent à ce jour sur la planète).


La banquise se forme en mer, contrairement au glacier. Des cristaux de glace se forment lorsque l'eau atteint -1,8 °C. Ces cristaux se solidarisent et forment une couche de glace qui peut atteindre 3 à 4 mètres d'épaisseur. Parfois, un morceau de la banquise se détache et vient dériver en pleine mer : c’est ce qu’on appelle un iceberg.


Que se passe-t-il lorsque la banquise ou les glaciers fondent ?

L’expérience nous montre que de la fonte de la glace déjà présente dans l’eau (= banquise ou iceberg) ne fait pas monter le niveau de l’eau (verre 1). Par contre, lorsque la glace terrestre (= glacier) fond, nous observons une augmentation du niveau de l'eau (verre 2).

Le résultat observé dans le verre 1 s'explique par le rôle de la poussée d'Archimède. Celle-ci correspond à la force verticale, dirigée de bas en haut, que subit un corps plongé dans un fluide (liquide ou gaz), opposée au poids du volume de fluide déplacé. La poussée d'Archimède permet d'expliquer notamment pourquoi un bateau flotte ou une montgolfière peut s'élever dans les airs, ou comment un plongeur ou un sous-marin peuvent contrôler leur flottabilité en faisant varier la pression d'un gaz dans un réservoir.

En réalité, l'eau sous forme de glace occupe un peu plus de place que l’eau liquide. Tu l'as peut-être déjà remarqué à la maison après avoir placé de l'eau ou un bac à glaçons au congélateur. Il arrive parfois aussi que le gel fasse éclater un tuyau d'eau mal protégé lorsque les températures sont très basses.

Ce phénomène est particulier à l'eau et à quelques autres composés et est lié aux propriétés chimiques des liaisons atomiques.

Cependant, comme tu l'as sans doute observé, les glaçons placés dans le verre 1 ne sont pas totalement immergés dans l'eau. Grâce à la poussée d'Archimède, on comprend ainsi que le volume de glace immergé correspond au volume d'eau nécessaire pour égaler le poids du glaçon (ou de l'iceberg !). Selon cette même loi, un glaçon produit en fondant le même volume d'eau que la glace solide occupait précédemment. Le niveau de l'eau reste donc le même.


Changement climatique et montée des eaux


En 20 ans, la température moyenne sur la planète a augmenté de 0.2 °C. L’atmosphère et les océans sont très reliés : si la température de l’atmosphère augmente, alors celle des océans aussi. L’eau est un corps qui se dilate sous l’effet d’une augmentation de température.

La dilatation signifie l’augmentation du volume : lorsqu’un corps se dilate, il prend plus de place. Les molécules d’eau (les briques microscopiques qui composent l’eau) s’agitent lorsque la température augmente, et prennent donc plus de place. A titre d’exemple, imagine qu'une cinquantaine de personnes sont dans une grande salle : si les personnes restent immobiles ou bougent peu, elles tiennent facilement dans cet espace restreint. Par contre, si les personnes commencent à s’agiter, ou à danser, elles vont s’éloigner les unes des autres et prendre plus d’espace. C’est un peu pareil pour les molécules d’eau : quand la température augmente elles s’agitent, s’écartent les unes des autres, et le volume de l’eau augmente.


L’augmentation de la température de l’atmosphère engendre donc la montée du niveau des océans : d’une part, parce que les glaces fondent plus vite, et d’autre part à cause de la dilatation thermique des océans.  


Applications : dans la vie de tous les jours

Tu as sans doute déjà voulu rafraîchir une boisson en plein été en y ajoutant des glaçons. Tu as peut-être ainsi remarqué qu'il était plus facile de mettre beaucoup de glaçons dans le verre avant de verser ta boisson. Si tu ajoutes les glaçons après avoir rempli le verre, comme dans notre expérience, un petit nombre de glaçons le fera facilement déborder.

Éléments pédagogiques

Objectifs pédagogiques

  • Manipuler 2 états de l'eau : le solide et le liquide
  • Introduire la poussée d'Archimède
  • Comprendre la montée du niveau des océans
  • Introduire le réchauffement climatique

Pistes pour animer l'expérience

Il est possible de rajouter une histoire à cette expérience, avec des personnages tels que Kader l'ours polaire et Martin le pingouin, tous deux habitant en Arctique et en Antarctique. Ils cherchent à comprendre pourquoi l'eau monte chaque année.

Sources et ressources

Lien "C'est pas sorcier - L'eau ça glace" : https://www.youtube.com/watch?v=u7DmuGIAm_o


Lien Futura-sciences sur la montée des eaux : https://www.futura-sciences.com/planete/questions-reponses/mer-niveau-mer-oceans-monte-945/

Lien Futura-sciences expliquant pourquoi l'eau sous forme de glace occupe plus de place que l'eau liquide : https://www.futura-sciences.com/sciences/questions-reponses/molecule-glace-prend-elle-plus-place-eau-liquide-7327/

Dernière modification 29/09/2020 par user:Maud M..

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