LA MÉDIATHÈQUE ÉDUC’ACTIVE DES CEMÉA

Mouvements de gouttes dans un bocal, pourquoi ça monte et ça descend ?

Gilles Guillon & Olivier Brocart
Faire de la science avec quelques ingrédients alimentaires : vinaigre, colorant, huile, eau et bicarbonate de sodium.
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Expérimenter, tatônner, observer, mesurer, faire des hypothèses, vérifier, discuter ... Tout part d'une curiosité et d'une envie de comprendre. Pourquoi les gouttes descendent, s'entourent de bulles, remontent puis redescendent encore ?
Média secondaire

Matériel

  • Vinaigre blanc
  • Colorant alimentaire
  • Huile
  • Bicarbonate de sodium
  • Paille, petite cuillère ou pipette
  • Verres ou bocaux transparents

Installer la manip

  • Dissoudre du bicarbonate dans de l’eau. 
  • Bien mélanger et ne récupérer que le liquide clair, éventuellement filtrer avec un filtre à café.
  • Déposer environ 3cm de cette solution de bicarbonate dissout dans un récipient transparent.
  • Recouvrir de 6cm environ d’huile.
  • Laisser reposer. Les deux étages sont bien séparés.
  • Mélanger dans un récipient un peu de vinaigre blanc avec un goutte de colorant alimentaire.
  • Avec une pipette, une paille ou une petite cuillère faire tomber quelques gouttes de vinaigre coloré sur l’huile.
  • Attendre quelques minutes et observer.

Observer, mesurer, discuter

Que voit-on ? Le phénomène principal concerne les gouttes de vinaigre coloré qui tombent dans l'huile, atteignent la solution aqueuse de bicarbonate, provoquent la création de bulles transparentes qui peuvent entourer les gouttes colorées et les faire remonter. En arrivant à la surface les gouttes colorées peuvent perdre la compagnie des petites bulles et redescendre dans l'huile. 

Lister les pourquoi exprimés avec les mots de participant·es, l'animateur·ice s'est préparé·e à répondre à quelques unes de ces interrogations. pour certaines questions il faudra peut-être aller se renseigner, réessayer, mesurer une durée, un volume, un poids, l'acidité d'une solution1, faire des hypothèses, les vérifier.

Pour que chacun·e puisse faire et refaire la manip sans utiliser trop d'ingrédients il faudra privilégier un taille adaptée de récipient, plus haut que large pour avoir une hauteur suffisante d'huile. Refaire permettra de modifier des proportions ou des gestes (laisse tomber une petite goutte de vinaigre ou une grosse, au centre ou au bord, bien dispersées ou agglomérées, ...) et observer les résultats, comparer, en discuter.

Les mouvements des gouttes dans le bocal : que se passe t-il ?

Comme lors de la préparation d'une vinaigrette, les gouttes de vinaigre coulent car le vinaigre est plus dense que l'huile2. En bas de la couche d'huile, le vinaigre (acide) réagit avec le bicarbonate de soude (alcalin) en dégageant du dioxyde de carbone. De petites bulles transparentes de ce gaz entourent alors la goutte colorée de vinaigre et font office de bouée : la goutte remonte ! Une fois celle-ci parvenue à la surface, le gaz est libéré : la goutte n'est plus supportée et est entraînée à nouveau vers le fond. Il se crée ainsi un va-et-vient  des gouttes dans le verre, pour notre plus grand plaisir visuel. 

On trouve de nombreuses expériences à partir de cette réaction, lampe à lave, volcan, fusée. On peut remplacer la solution aqueuse de bicarbonate en versant directement la poudre de bicarbonate au fond du récipient, mais cela va provoquer une effervescence plus importante rendant plus difficile l'observation du phènomène étudié.

L'activité n'a pas toujours pour objectif l'apprentissage du raisonnement scientifique. Quand on suit cet objectif il faudra éviter les effets "whaou" qui  n'entrainent pas les questionnements, l'éveil de la curiosité, l'envie de comprendre, ou parfois peuvent aller dans un sens opposé avec un effet magique fertile en imaginaire mais peu propice à l'exercice de la méthode scientifique. 

 

Notes

  1. L'unité d'acidité va de 1 à 14, elle peut se mesurer avec des bandelettes test que l'on trouve au rayon piscine ou avec du chou rouge. En chimie, la notion d’acidité est un concept abstrait difficile à intégrer. Cependant tout le monde est capable d’associer l’adjectif acide au goût du citron. Pour préciser cette notion, on peut la cerner par des expériences simples. Le jus de chou rouge a la propriété de changer de couleur en fonction du niveau d’acidité du milieu dans lequel il est ajouté. Il devient alors facile de se créer un indicateur d’acidité avec ce jus et de tester les produits de la vie courante de façon à associer acidité à un élément concret.
  2. La densité d'un corps est le rapport entre la masse d'un volume donné de ce corps à celle du même volume d'eau.  Donc par déduction la densité de l'eau est égale à 1. Si la densité d'un corps est supérieure à 1, le corps coule dans l'eau. Si sa densité est inférieure il flotte sur l'eau. La goutte d'acide a une densité supérieure à celle de l'huile donc elle coule. L'huile flotte sur  l'eau car sa densité est inférieure à 1.