La fonte des glaces

Auteur avatarAntenne64 NASU | Dernière modification 22/05/2020 par Bolido

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.



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.



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.

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.


Étape 5 - Mets 3 glaçons dans l'autre verre

Dispose 3 glaçons dans l'autre verre.



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 !



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.


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 : le glaçon dans l’eau et occupe un certain volume. 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 à ras bord. Au fur et à mesure de l’expérience, le glaçon sur la règle a fondu et a rajouté de l’eau à ce verre déjà plein. A la fin de l’expérience celui-ci a débordé.

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 aux niveaux des pôles grâce à l'accumulation de la neige. En se tassant sous son propre poids, la neige devient compacte : elle expulsant progressivement l'air qu'elle renferme et se transforme en glace. Lorsqu’on parle de glaciers, on peut utiliser les mots calotte glaciaire et ilandsis : la calotte glaciaire est un très grand glacier, et inlandsis correspond à plus de 50 000 km² de glace terrestre (l’Arctique et l’Antarctique sont les deux seuls ilandsis qui existent 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 ne fait pas monter le niveau de l’eau. Par contre, lorsque la glace terrestre fond (verre 2), nous observer une augmentation du niveau d’eau.

L’eau sous forme de glace prend un tout petit peu plus de place que l’eau liquide, mais la différence est minime et à l’échelle de notre verre, ce n'est pas observable.


Changement climatique et montée des eaux


En 20 ans, la température moyenne sur la planète a augmenté de 0.2°C. L’atmosphère et l’océan 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 atomes d’eau (les briques microscopiques qui composent l’eau) s’agitent lorsque la température augmente, et prennent plus de place. A titre d’exemple, imaginons un instant une cinquantaine de personne dans un salon : si les personnes restent immobiles ou bougent peu, elles tiennent facilement dans un 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. Et bien c’est un peu pareil pour les atomes d’eau, quand la température augmente ils s’agitent, s’écartent 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


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/

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