Confinement : vos petites expériences scientifiques pour s'amuser

Dans le cadre de notre partenariat avec le ministère de l’Education nationale pour le programme “Nation apprenante”, nous vous avons demandé quelles expériences vous avaient le plus marqués quand vous étiez encore enfant, afin de vous proposer un petit panel susceptible d’occuper les petits comme les plus grands, avec très peu de matériel. Après tout, les expériences scientifiques ne sont pas l’apanage des enfants, bien au contraire. La présence des adultes étant d'ailleurs requise pour certaines de ces expériences, c’est l’excuse idéale pour redécouvrir de grands principes scientifiques, comme les liquides non newtoniens ou les électro-aimants.

Sur Twitter, les nombreux témoignages nous ont montré une passion certaine pour l’observation microscopique...

… ou pour des expériences ayant tourné à la semi-catastrophe. La prudence est donc de mise.

Créer un liquide non-newtonien

C’est incontestablement l’expérience qui a le plus marqué nos auditeurs : la création, extrêmement simple, d’un fluide non-newtonien. Pour cela il  vous faut :

• 1 Demi-verre d’eau
• De la maïzena (ou fécule de maïs)

Et pour réaliser l’expérience rien de plus simple : dans un récipient, mélanger deux verres de fécule de maïs avec un demi verre d’eau. Une fois la mixture obtenue, on constate que si on y enfonce lentement un doigt, on ne rencontre aucune résistance. En revanche, si on tente de  l’y plonger rapidement, le liquide devient solide. Plus on frappe fort la surface de ce liquide, plus il est difficile de le pénétrer.

C’est le principe des fluides non-newtoniens : soumis à certaines forces, ils perdent leur propriété liquide et deviennent solides. Un fluide newtonien, comme l’eau, conserve sa fluidité même lorsqu’on le remue. Cependant, dans des conditions de pression extrêmes, même l’eau peut devenir un fluide non-newtonien.

Vidéo à retrouver ci-dessous sur la chaîne "Les parents créatifs" de Tatiana Fenouil

Comment ça fonctionne ?

Le  liquide contient ce qu’on appelle des colloïdes, c’est-à-dire de minuscules particules qui ont, entre elles, une force de répulsion qui les empêche de se regrouper. Lors d’un impact sur le liquide, l’énergie va contraindre les particules à s'assembler, et modifier ainsi la structure du liquide : il devient temporairement “solide”. C’est une réaction extrêmement rapide : dès que l’onde de choc se dissipe, le fluide retrouve sa forme liquide.

Découvrir la tension de l'eau

Vous avez besoin :

• D’un peu de poivre
• De liquide vaisselle
• D’une bassine d’eau

Mettez un peu de poivre moulu sur une surface d’eau dans une bassine. Le poivre flotte à la surface de l’eau. Déposez alors une ou plusieurs gouttes de produit vaisselle au centre du récipient : le poivre semble alors fuir vers les bords de la bassine. Mieux encore : comme le suggère @pierretosirap, vous pouvez imbiber votre doigt de produit vaisselle avant de le tremper afin de vous donner des airs de magicien :

Comment ça marche ?

La  tension superficielle qui existe à l’interface eau-air retient les grains de poivre à la surface de l’eau, comme en créant une forme de membrane. En ajoutant ce qu’on appelle un agent tensio-actif, ici une goutte de savon de vaisselle, on casse la tension superficielle de l’eau et cette dernière diminue : le poivre est donc davantage retenu à la surface de l’eau vers les bords plutôt qu’au centre, où la goutte a été déposée, repoussé de l’endroit où est le liquide vaisselle.

Utiliser un gaz comprimé

Avec un gaz comprimé on peut... créer un volcan. C’est la fameuse expérience que l’on voit à toutes les sauces dans les films américains où les enfants ont pour tâche de réaliser une expérience scientifique... A votre tour de la réaliser. Pour cela il vous faut :

• Une bouteille en plastique vide
• Du vinaigre blanc
• Du bicarbonate de sodium
• De quoi créer votre structure en forme de volcan (du papier cartonné ou du sable par exemple)
• Facultatif mais pour le style : du colorant alimentaire, voire de la grenadine.
• Une surface plane et facile à nettoyer où réaliser votre expérience.

Commencez par créer votre volcan autour de la bouteille vide, dont vous laisserez émerger le goulot. Vous pouvez utiliser du sable mouillé, ou bien du papier cartonné placé en cône autour de la bouteille.

Une fois votre volcan créé, versez deux verres de vinaigre blanc dans la bouteille, ainsi qu’une cuillère à café de colorant alimentaire. Dernière étape, ajoutez rapidement deux cuillères à soupe de bicarbonate et assistez à votre éruption.

Comment ça marche ?

Quand le bicarbonate entre en contact avec le vinaigre, il entraîne une réaction chimique qui crée du CO2. Ce gaz prenant beaucoup de place, il  s’échappe de la bouteille par le haut, en emportant avec lui une partie du liquide, ce qui donne la sensation de lave surgissant d’un volcan...  Même si dans les faits on est bien plus proche d’une mousse.

Avec le gaz comprimé on peut tenter d’autres expériences suggérées sur Twitter :

Si l'on place un ballon de baudruche sur le bouchon, ce dernier va se  gonfler tout seul quand le gaz créé va tenter de s’échapper de la bouteille, trop petite pour contenir tout son volume.

On peut également, comme le suggère @fabuland, mettre rapidement un bouchon en liège pour fermer la bouteille : sous l’effet de la pression du gaz qui tente de s’échapper, le bouchon va être projeté.

Créer un œuf rebondissant

Deux expériences très simples ont régulièrement été citées impliquant des œufs (Pâques oblige ?). La première d’entre elle consiste à créer un “œuf rebondissant”. Pour cela il vous faut

• Un grand verre
• Un œuf
• Du vinaigre blanc

L’expérience est très simple et ne requiert pas beaucoup de manipulation : placez l’œuf cru, encore dans sa coquille, dans le verre contenant le vinaigre. Puis patientez. Vous allez d’abord voir la coquille se dissoudre peu à peu, avec de multiples petites bulles à sa surface.

Au bout de 24 heures elle aura totalement disparu. Sortez alors l’œuf de son récipient et rincez-le à l’eau clair. Il est semi-transparent : c'est parce que le blanc et le jaune ne sont plus retenus que par une membrane qui a conservé la forme de l’œuf. Vous pouvez même observer le jaune se déplacer librement à l’intérieur de cette membrane.  Si vous laissez tomber l’œuf de quelques centimètres à peine (5 cm suffisent), vous verrez l’œuf rebondir.

Vidéo à retrouver ci-dessous sur la chaîne Youtube "Les Parents créatifs" de Tatiana Fenouil

Comment ça marche ?

Seule la coquille de l’œuf s’est dissoute, en laissant en place la membrane qui protège le blanc  et le jaune. Cette coquille est composée de carbonate de calcium. Or l’acide acétique, c’est-à-dire le vinaigre blanc, crée une réaction chimique acido-basique : elle transforme le carbonate de calcium en dioxyde de carbone. Ce sont les petites bulles qu’on peut observer à la surface de la coquille au cours de l’expérience. Une fois la réaction chimique terminée, il ne reste plus de l’œuf que la membrane qui protège le blanc et le jaune.

Mettre un œuf en bouteille

Après avoir fait d’un œuf une balle rebondissante, mettons “un œuf en bouteille”. Cette fois il vous faudra :

• Trois allumettes
• Un œuf dur écaillé
• Une bouteille en verre avec un goulot large (type bouteille de jus de fruit)

Le but de l’opération consiste à faire entrer un œuf dur par le goulot de la bouteille, pourtant trop petit pour le faire passer, sans l’écraser. Comment faire ? Craquez les trois allumettes, puis faites-les glisser au fond de la bouteille sans éteindre la flamme. Alors qu’elles brûlent encore, disposez l’œuf dans le goulot de la bouteille, la tête en bas, la base “plate” tournée vers le haut, en veillant à ce qu’il le ferme bien, sans laisser passer l’air. Observez alors l’œuf dur effectuer un  numéro de contorsionniste pour finir dans la bouteille...
Le plus dur sera finalement de parvenir à le faire sortir.

Comment ça marche ?

Il s’agit à la fois de chimie et de physique : en brûlant, la flamme des allumettes consomme le dioxygène contenu dans la bouteille fermée par l’œuf. La pression dans la bouteille devient alors plus faible que la pression à l’extérieur de la bouteille : l’œuf est alors “poussé” par l’air atmosphérique, pour rééquilibrer la pression. On peut également procéder d’une autre façon, cette fois en jouant sur la dilatation de l’air :

Créer son propre électro-aimant

Passons un peu du côté de l’électricité afin de créer son propre aimant. Pour cela il vous faut :

• Un tournevis (ou un long clou)
• 20 cm de fil de cuivre
• Une pile de 1,5 V
• Du scotch
• Des trombones (ou de la limaille de fer)

Pour  commencer il faut prendre le fil de cuivre (qui doit être assez gros pour supporter 0,5 V, mais assez souple pour être enroulé) et en dénuder chaque extrémité, avant de l’enrouler une dizaine de fois autour du noyau de fer dans un même sens, de façon à créer une spirale. Laissez  l’extrémité de votre tournevis à nu.
Une fois l'opération effectuée scotchez l'une des deux extrémités du fil sur le côté “négatif” de la pile. Approchez la pointe du tournevis des trombones, et poser l’extrémité restante du fil sur le côté positif de la pile : les trombones viennent se coller au tournevis. Vous venez de créer votre propre électro-aimant.

Comment ça marche ?

Tout comme un aimant, un courant peut créer un champ électromagnétique. En enroulant plusieurs fois le fil en spirale autour du tournevis, le champ magnétique créé est bien plus puissant et devient alors magnétique : c’est ce qui attire les trombones métalliques.

Il suffit de ne plus toucher la pile du bout du fil de cuivre pour que le courant arrête de passer : le tournevis cesse alors immédiatement d’être un aimant.

On ne vous détaille pas l’expérience qui consiste à mesurer le PH avec du chou rouge, simplement parce que le légume n’est plus de saison et qu'on espère bien que le confinement sera terminé d'ici août, et on vous épargne la recette de la boule puante, trop risquée à tester chez soi, mais si jamais vous souhaitez aller plus loin, vous pouvez trouver de nombreux tutoriels en ligne sur Youtube ou Dailymotion, ou bien sur de nombreux sites internet comme :

• Kidiscience
• Jeux et compagnie
• EducaTout

Et bien d'autres, les ressources en ligne ne manquant pas. Mais la meilleure d'entre-elles reste peut-être celle mise en ligne par la BNF sur son site par Gallica : La Science amusante : 100 expériences, par Tom Tit, édité pour la première fois en 1891 !