Le volcan

Du bicarbonate de sodium alimentaire, du vinaigre, et c'est parti pour un joli débordement mousseux ! Personnellement, quand ça s'arrêtait, je n'avais qu'une envie : rajouter du bicarbonate ou du vinaigre pour que ça continue !

Le coin de Papa
Un joli modèle de volcan effusif...
Le bicarbonate de sodium NaHCO₃ réagit avec l'acide acétique CH₃COOH pour libérer du dioxyde de carbone CO₂, gaz responsable des bulles et de la mousse formée. C'est une réaction acide-base que l'on utilise fréquemment au lycée, par exemple pour illustrer la notion de stœchiométrie.
Ci-dessous, les récipient réactionnels ont été coiffés de ballons de baudruche. Tous contenaient 1,7 g de bicarbonate mais des volumes de vinaigre différents : de 10 à 30 mL par pas de 5 mL, de droite à gauche évidemment ! L'expérience peut même être quantifiée à l'aide d'un pressiomètre...

La Lune

C'est bizarre : des fois, on voit la Lune toute entière, d'autres fois seulement un croissant, et d'autres fois encore, il n'y a pas de Lune du tout ?!
Cette succession de phases différentes dure un tout petit peu moins d'un mois : partant d'une Lune pleine, il faut environ 7 jours pour la voir disparaître à moitié (dernier quartier), puis encore 7 jours pour la voir disparaître totalement (nouvelle Lune). En attendant 7 jours supplémentaires, la Lune sera à son premier quartier puis, au bout de 7 jours encore, la Lune redeviendra pleine. Au total : 7 + 7 + 7 + 7 = 28 jours pour tout observer.
Ces observations différentes sont dues au fait que la Lune tourne autour de la Terre en environ 28 jours. Par ailleurs, la Lune n'émet pas de lumière : elle se contente de réfléchir la lumière qu'elle reçoit du Soleil, comme toutes les planètes du système solaire. Or, cette lumière peut être caché par la Terre : c'est ce qui explique les différentes phases observées.

Chose curieuse, la Lune nous présente toujours la même face, sur laquelle on peut imaginer la tête d'un bonhomme un peu triste... C'est très particulier : en fait, la Lune tourne sur elle-même en 28 jours également ! Papa parle de verrouillage gravitationnel ou encore de synchronicité par résonance, ça m'a l'air bien compliqué.

Des fois, la Lune est bien pleine et même rouge !
C'est en fait la même chose qui se passe lorsque le Soleil se couche, tous les soirs : quand il arrive très bas sur l'horizon, sa lumière traverse une grande épaisseur d'atmosphère, ce qui provoque une modification dans la façon dont on la perçoit. C'est d'autant plus visible (rougeâtre) que l'air est pollué, malheureusement.

Pour la Lune, même si le phénomène est plus rare, c'est ce qui arrive lorsqu'elle se trouve très basse sur l'horizon.Voilà un bel exemple au-dessus de Manhattan (New York).

Et les éclipses de Lune ?
Quelques (rares) fois, la Lune est éclipsée par l'ombre de la Terre : des fois (très rares) même complètement (la Lune disparaît), d'autres fois elle devient toute rousse.

L'éclipse est totale si l'ombre de la Terre couvre toute la Lune, partielle si elle n'en couvre qu'une partie seulement.
A ne pas confondre avec la nouvelle Lune : pendant cette phase, la Lune est entre la Terre et le Soleil ; pendant l'éclipse, c'est la Terre qui est entre le Soleil et la Lune !

La bouteille bleue

Le mélange magique est le suivant, pour 100 mL d'eau :

• 1 g de glucose
• 1 g de potasse ou de soude
• Quelques gouttes de bleu de méthylène

On bouche et on agite bien. La solution, initialement bleue, se décolore doucement. Si on agite de nouveau, la bouteille redevient bleue, et se décolore à nouveau !

 

Le coin de Papa
Si la bouteille est bleue, c'est à cause du bleu de méthylène... mais pourquoi se décolore-t-elle ?

Eh bien, c'est à cause de l'air (plus précisément du dioxygène) qui est enfermé entre le liquide et le bouchon : il est responsable de l'oxydation du glucose en milieu basique : cette oxydation s'accompagne de la réduction du bleu de méthylène et de sa décoloration.

Pourquoi se recolore-t-elle quand on agite ?

En agitant, on incorpore de l'air dans le liquide : le bleu de méthylène est à nouveau oxydé et bleu.

Les étoiles

La nuit, il y a plein d'étoiles. Depuis très longtemps, même pendant la Préhistoire, les hommes se sont posés beaucoup de questions sur ces petits points lumineux qui brillent dans le ciel.

La première ? C'est quoi, une étoile ?
Eh bien, il faut commencer par la plus proche de nous : le Soleil. Il ne ressemble pas aux points lumineux dans le ciel, c'est normal, c'est parce qu'il est très proche de nous - mais c'est une étoile comme les autres. Toutes les autres étoiles sont très très loin de nous, c'est pourquoi elles ressemblent à des points.

Ca ressemble à un jeu, mais pour repérer et différencier les étoiles, les hommes se sont amusés à y voir des figures rigolotes, un peu comme celles qui se dessinent des fois dans les nuages.
En reliant les points lumineux, on peut faire des dessins... En voici quelques-uns.

La Grande Ourse : une casserole
Celle-là, on la voit bien, et toute l'année, plutôt assez haut dans le ciel :

Va pour la casserole... mais d'ici à y voir une grande ourse !! Bon, avec un peu d'imagination, voilà ce que cela peut donner.

La Petite Ourse : une petite casserole avec la queue en l'air
Sur la photo ci-dessous, il y a les deux Ourses... mais où est la Petite ? A droite, évidemment !

Dans le ciel, sur le terrain, ce n'est pas si facile. Il y a une astuce, une fois que l'on a repéré la Grande Ourse.

L'étoile Polaire renseigne, la nuit, sur la direction du pôle Nord : c'est essentiel quand on n'a pas de boussole ni de Soleil !

Cassiopée : un W dans le ciel

 

Orion : trois étoiles alignées et deux très brillantes
Les trois étoiles Alnitak, Alnilam et Mintaka forment le baudrier (ceinture) du Géant. On voit bien la grosse étoile rouge en haut, appelée Bételgeuse, et la grosse bleue en bas, appelée Rigel.

La tache rouge sous l'alignement n'est pas une étoile : c'est une poche de gaz appelée Nébuleuse d'Orion. En voici un agrandissement.

La Terre est ronde : comment le sait-on ?

Aujourd'hui, on sait que la Terre est ronde, parce qu'il y en a plein de photos prises depuis l'espace. Mais honnêtement, pour nous qui sommes sur Terre, elle a plutôt l'air plate, non ?
Et c'est que les hommes ont cru pendant longtemps. D'ailleurs, si la Terre est plate, il se peut qu'elle ait une fin et, qu'une fois arrivé là, on tombe dans l'espace... Heureusement, les grands navigateurs, comme Christophe Colomb ou Magellan, ont montré que cette fin n'existait pas et qu'on pouvait faire le tour du monde par la mer !

Une preuve : les gros bateaux disparaissent progressivement à l'horizon. Ci-dessous, on ne voit que la partie supérieure d'un énorme bâtiment.

Il y a très longtemps, sur ce principe et avec un peu de calcul, le savant Eratosthène a même pu déterminer la taille de la boule terrestre... et il ne s'est pas trompé de beaucoup. Mais il faut attendre beaucoup plus tard, et il n'y a pas si longtemps, pour que les hommes soient convaincus de cette rotondité : Copernic et Kepler ont tracé la voie par l'observation, Léon Foucault a donné le coup de grâce (avant la conquête spatiale) avec son pendule... au XIXème siècle !

L'oiseau buveur

C'est un accessoire curieux que Papa était très fier de me montrer.
Il suffit de mouiller sa tête et de le placer près d'un verre d'eau et c'est parti pour plusieurs heures d'action...

Le coin de Papa
Ah, la nostalgie... J'ai découvert ce jouet en préparant l'agrégation (si si, c'est sérieux).
C'est en fait un moteur à eau , qui fonctionne grâce à l'évaporation de l'eau.
Le principe repose sur une différence de température entre le corps et la tête de l'oiseau.

Pour commencer, humidifiez le bec de l'oiseau. Cette eau, en s'évaporant, refroidit et contracte le gaz contenu dans la tête.
La pression du gaz dans la tête devient alors inférieure à celle du corps dont la température est restée celle de l'atmosphère environnante. Cette différence de température, et donc de pression, entre le corps et la tête de l'oiseau va entraîner une ascension de liquide : l'oiseau, déséquilibré, pique du bec vers le verre d'eau.
L'inclinaison à l'horizontal de l'oiseau égalise les pressions entre le corps et la tête : le liquide redescend vers le corps et entraîne le retour de l'oiseau, bec mouillé, dans sa position initiale. Le cycle peut recommencer, donnant l'illusion d'un mouvement de balancier perpétuel tant que le niveau d'eau dans le verre est suffisamment élevé. Attention également à réaliser cette expérience dans une atmosphère in saturée pour que l'eau du bec puisse s évaporer.

Le moteur Stirling, ou moteur à air chaud, repose sur le même principe que l'oiseau buveur : une différence de température. Il peut fonctionner grâce à n'importe quelle source de chaleur (nucléaire, biomasse, solaire) et même par la seule chaleur dégagée par la main 37° ! L'énergie thermique ainsi produite est convertie en travail, ce dont on peut se rendre compte par la mise en marche de la roue. Ce moteur à combustion externe a de nombreux avantages : en plus d'être indépendant du carburant, il est silencieux et son rendement est supérieur à celui des moteurs à explosion. Actuellement, il est principalement utilisé pour les générateurs de satellites, les pompes à chaleur, les appareils frigorifiques et les groupes électrogènes... seulement !?

Feu chimique

Une pastille de permanganate de potassium et quelques gouttes de glycérol...

Le coin de Papa
Il s'agit d'une oxydation, celle du glycérol par les ions permanganate. Chose remarquable, la flamme n'apparaît pas instantanément : la réaction produit de la chaleur et c'est cette dernière qui provoque l'emballement jusqu'à la combustion. Attention, c'est très chaud !

Mélanger de l'eau et de l'huile

Impossible, direz-vous ?
Prenons un verre d'huile.

Ajoutons de l'eau. On peut voir que l'eau descend en dessous de l'huile.

On mélange et on attend : l'huile reste bien au-dessus de l'eau et les deux ne se mélangent pas.

Ajoutons une goutte de liquide vaisselle et agitons : c'est là que le miracle opère.

Le coin de Papa
Le liquide vaisselle est riche en tensioactifs : ces molécules possèdent une tête polaire hydrophile et une queue apolaire lipophile. Ici, nous avons mis nettement plus d'huile que d'eau : les molécule d'eau vont être emprisonnées au sein de micelles inversées qui vont lui permettre d'être en suspension dans l'huile. On obtient une magnifique émulsion d'eau dans l'huile.
Les émulsions sont légion en cuisine : la mayonnaise ou encore la mousse au chocolat tire profit des agents tensioactifs de l'oeuf pour faire coexister corps aqueux et corps gras.

L'expérience de Franklin

L'expérience de Franklin

Eh non, Franklin n'est pas qu'une tortue...
Benjamin Franklin (1706-1790) a été un homme politique influent, père fondateur des Etats-Unis d'Amérique, et un grand scientifique.




En 1750, il a montré que l'éclair est fait d'électricité : lors d'un orage, il a joué au cerf-volant en le reliant à une clé... et a découvert le principe du paratonnerre.






En 1762, alors qu'il se promène sur les bord de l'étang de Clapham, il a l'idée d'une expérience pour le moins originale : il dépose un peu d'huile à la surface de l'eau calme.

La tache d'huile qui se forme est très très grande !
L'expérience peut être réalisée à la maison, dans un saladier rempli d'eau, avec un peu de poivre et de liquide-vaisselle.

On saupoudre délicatement et de façon régulière le poivre à la surface de l'eau. Pas trop épais, hein ! Et sans paquet...

Maintenant, magie : avec le bout du doigt (ou un cure-dent pour les gros doigts), on dépose une petite goutte de liquide vaisselle au milieu du saladier...

Le coin de Papa
Le liquide vaisselle contient des agents tensioactifs qui modifient les propriétés de surface de l'eau. Ces agents sont des molécules "bipolaires" : elles ont une tête polaire hydrophile (qui aime l'eau) et une queue aliphatique hydrophobe (qui déteste l'eau). Pour combler ces deux parties simultanément, les molécules s'organisent à la surface de l'eau un peu "comme les pingouins d'une rookerie" (selon l'expression de Pierre-Gilles de Genne) : les extrémités hydrophobes se dressent en l'air et les molécules sont côte-à-côte, occupant une surface importante à la surface du saladier, comme si la goutte s'était étalée au maximum.
En estimant le volume de la goutte et la surface de la tache, il est même possible d'estimer l'ordre de grandeur de la taille d'un molécule (1 nm)...

De la pâte dégueu

Un peu de farine de maïs, un tout petit peu d'eau (pas trop, sinon ça ne marche pas), éventuellement un peu de colorant... Et voilà un liquide magique qui coule (bon ça, c'est normal) et ne coule plus si on le met dans ses mains et qu'on frotte : on peut même en faire une boule, mais quand on arrête de frotter, ça coule à nouveau !

Le coin de Papa
Voilà un bel exemple de fluide non newtonien rhéoépaississant... La viscosité du mélange augmente avec le taux de cisaillement, ce qui explique qu'on arrive à former une boule en frottant les mains. C'est un comportement assez rare pour être mentionné !

L'anagyre