Nouveau manuel de l'UNESCO pour l'enseignement des sciences ...

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Nouveau manuel de l’Unesco pour l’enseignement des sciences


Nouveau manuelde l’Unesco

pour l’enseignementdes sciences


Publié en 1974par l’Organisation des Nations Unies pour l’éducation, la science et la culture,7, place de Fontenoy, 75700 ParisImprimé par Firmin-Didot S.A.Mesnil-sur-1’EstréeDeuxième impression : 1976Troisième impression : 1979

ISBN 92-3-201058-5Éd. angl. : New Unesco source book for science teaching

ISBN 92-3-101058-l

© Unesco 1974


Préface

Cette nouvelle version du Manuel de I’Unescopour l’enseignement des sciences a été conçueafin de mettre l’ouvrage à jour et d’y considérerun plus grand nombre de questions scientifiquessusceptibles d’être abordées dans des cours desciences élémentaires. La publication d’une nou-velle édition avait été prévue par la Conférencegénérale de 1’Unesco à sa quinzième session(1968) pour donner suite aux demandes reçues desÉtats membres. Les travaux de révision ont étécoordonnés au Science Teaching Center de l’uni-versité du Maryland (États-Unis d’Amérique),sous la responsabilité générale du Dr J. DavidLockard, directeur du Science Teaching Centeret du centre d’échanges d’informations qui endépend, l ’ Internat ional Clearing House onScience and Mathematics Curricular Develop-ments. L’équipe chargée de la révision compre-nait en outre le Dr Alfred de Vito, le Dr J. DudleyHerron, le Dr Ralph W. Lefler, le Dr RobertW. Menefee et le Dr Wayne Taylor. La mise aupoint finale du manuscrit a été assurée par leDr H. Ibstedt, J. Kent et E. G. Smith.

Pour la préparation de ce travail, de multiplescommentaires et avis d’utilisateurs des éditionsantérieures du Manuel ont été recueillis par laConfédération mondiale des organisations de laprofession enseignante (CMOPE). Les organisa-tions et associations d’enseignants ont été invi-tées à faire des suggestions et une étude spéciale aété menée par l’Association zambienne pourl’enseignement des sciences. Ensuite, une réuniona été organisée sous les auspices de la CMOPEafin de définir les principes directeurs dontdevrait s’inspirer la révision de l’ouvrage.

L’histoire du Manuel de I’Unesco pour I’ensei-gnement des sciences remonte à la fin de ladeuxième guerre mondiale. A cette époque,

1’Unesco avait patronné la rédaction d’une bro-chure intitulée Suggestions for science teachers indevastated countries, rédigé par J. P. Stephenson(ancien professeur de sciences à la City of LondonSchool, membre du Comité de la Royal Societypour la coopération avec I’Unesco, Royaume-Uni). Tout en se révélant fort utile dans lesrégions dévastées, cet ouvrage a connu un succèsextraordinaire dans des pays jusque-là plus oumoins dépourvus de matériel pour l’enseignementpratique des sciences. En 1956, le texte fut consi-dérablement augmenté, grâce surtout à des sug-gestions que les experts de l’enseignement scienti-fique envoyés en mission par l’Unesco avaientformulées au sujet de la fabrication d’instrumentssimples et de la réalisation d’expériences à l’aidede matériaux disponibles sur place. C’est ainsique la première édition du Manuel de I’Unescopour [‘enseignement des sciences a vu le jour.

Une deuxième édition a paru en 1962 et,depuis lors, l’ouvrage a été réimprimé 24 fois ettraduit dans 30 langues; plus de 750 000 exem-plaires ont été vendus à ce jour.

II serait absolument impossible de citer icitous ceux qui ont contribué à la production de ceManuel. Une bonne partie de la documentationutilisée a des origines fort lointaines et constitueun patr imoine commun aux professeurs desciences du monde entier. En dehors de J.P. Stephenson, du Dr David Lockard et de sescollaborateurs, mentionnés plus haut, il importede remercier en particulier les nombreuses per-sonnes et les nombreux groupes qui ont participéde diverses manières à la préparation de la pré-sente édition. Il convient de rappeler enfin le rôlejoué par tous ceux dont les noms sont indiquésdans les préfaces aux éditions antérieures.


Sources

Les auteurs du présent Manuel ont trouvé nombred’idées intéressantes qu’ils ont modifiées etadaptées dans les ouvrages des auteurs etéditeurs ci-après : R. et M. Buchsbaum, A.D. Bulman, Louis T. Cox Jr., Alfred E. Friedl,Paul D. Merrick, Alberta Whitfield, R. Kudo,R. Sund, L. Trowbridge, Henry Holt and Co.,Charles E. Merrill Publishing Company, NationalScience Teachers Association (États-Unis d’Amé-rique), Associat ion for Science Education(Royaume-Uni) et University of Chicago Press.

Ils se sont évidemment inspirés d’autresmanuels d’enseignement des sciences. notammentdu Sourcebook .for elementary science, de Hone,Joseph et Victor, du Sourcebook for the physicalsciences, de Joseph. Brandwein, Morholt, Pollacket Castka. du Sourcebook for the biologicalsciences, de Morholt, Brandwein et Joseph tous publiés par Harcourt Brace Jovanovich Inc.

et du Geology and earth sciences sourcebook,publié par l’American Geological Institute. Ilsexpriment à ces auteurs et éditeurs leurs sincèresremerciements.

Ils ont trouvé aussi des idées très utiles dansdivers programmes d’enseignement, notammentceux qui sont proposés au Royaume-Uni, par lesNuffield Projects ct, aux États-Unis d’Amérique,sous les auspices dc la National Science Founda-tion (ISCS, BSCS, PSSC) et par les départementsdc l’éducation des Etats.

La carte détaillée des étoiles des régions inter-tropicales a élé établie spécialement pour cettepublicat ion par H. A. Diamand. expert del’Unesco au Congo. Les illustrations sont dues àMlle Dominique Bazin et à Paolo Moriggia.


Table des matières

Introduction 10

Chapitre premierRessources, installations et techniques pourl’enseignement des sciences 13Quelques suggestions pour l’enseignement dessciences 13

Ressources utilisables éventuellement enmil ieu rural 13

Exploitation des ressources 14Installations pour l’enseignement des sciences

14La sécurité au laboratoire 16

Outillages et techniques utiles 19O u t i l s 1 9Comment couper le verre 19Nettoyage de la verrerie 21S o u d u r e 2 1Tirages héliographiques et diazo 23

Fabrication d’instruments d’usage généralInstruments de pesage 24Instruments d’optique 26Sources de chaleur 28Appareils de mesure 29Autres suggestions pratiques 30

Solutions chimiques 31Préparation de solutions de molarité

d é t e r m i n é e 3 2Préparation de réactifs 33Réactifs d’emploi général au laboratoireRéactifs généraux 33Solutions et réactifs spéciaux 34

Chapitre deuxSciences physiques 39

24

33

C h i m i e 4 1Introduct ion 41Le brûleur Bunsen (ou bec Bunsen) 41Identification des corps purs 42Énergie nécessaire pour transformer les solides

en liquides et les liquides en vapeur 46Utilisation du point de fusion, du point

d’ébullition, de la solubilité et de ladensité pour séparer des corps desmélanges qui les contiennent 47

Action de la chaleur sur les corps 52Comment préparer et recueillir quelques gaz

et en déterminer les propriétés 53Qu’est-ce que la rouille? 57Colorants végétaux employés comme

indicateurs d’acides et de bases 58Cristal l isat ion 59Les particules qui forment la matière :

mouvements, nombre et dimensions 62Conductivité des corps 65Matériaux de construction 66Électrolyse des corps fondus et des solutions

a q u e u s e s 7 0Réactions chimiques 72Énergie calorifique mise en jeu par les

réactions chimiques 76Énergie électrique obtenue à partir de

réactions chimiques 78Facteurs qui influent sur la vitesse d’une

r é a c t i o n 8 3Comment casser des molécules 85Polymérisation de molécules 88

Chaleur et température 89Énergie calorifique 89D i l a t a t i o n 8 9


Thermomètres 91C o n d u c t i o n 9 2C o n v e c t i o n 9 4Rayonnement 95Quantités de chaleur 96

Magnétisme et électricité 97Électricité statique 97Courant électrique 101Magnétisme 108Électromagnétisme 111

Mouvements ondulatoires 115Production des ondes 115Son 117Lumière : Production de la lumière; Réflexion

de la lumière; Réfraction de la lumière: Lacouleur 121-124-127

Mécanique 131Équilibres 131Expériences sur la pesanteur 131inertie 134Force centripète 135Forces et mouvement 136Action et réaction 137Machines 137

Mécanique des fluides 143Pressions dans un liquide 143Poussée de bas en haut dans les liquides 145Tension superficielle 148Pression atmosphérique 151

Chapitre troisSciences biologiques 159Introduction 161Niveaux d’organisation 161

En quoi consistent les niveaux 161Schéma d’organisation 162Étude des organismes 164

Pourquoi étudier les organismes vivants 164Comportement des oiseaux 164Organismes aquatiques 167Embryons de poulets 168Insectes 169Collecte d’organismes vivant dans le sol 171Piégeage des petits mammifères et reptiles 172Comment garder des animaux en cage 172Planaires 173Étude des populations 174Étude des communautés 179Écosystèmes 183Étude des plantes 184Étude des animaux 192Étude des tissus 192Étude des cellules 193

Chapitre quatreSciences de la terre et de l’espace 197Introduction 199Roches et minéraux 199

Les premiers pas 199Propriétés physiques des minéraux 200Principaux minéraux constitutifs

des roches 202Grands groupes de roches 203Comment fabriquer des roches

artificielles 206Activités dirigées 207Sols 208Le sol et l’eau 210


Autres activités 214Astronomie et sciences de l’espace 215

Instruments d’observation astronomique 215Cadrans solaires 217Comment se familiariser avec les étoiles et les

planètes 219Observation des phénomènes célestes 230Comment observer l’effet de la rotation de la

Terre 232Montages et démonstrations

d’astronomie 236Modèles et montages pour l’étude des sciences

de l’espace 239Météorologie 243

Comment fabriquer des instruments etinstaller une station météorologique 243

Le vent et le temps 249Comment l’air se charge d’humidité 251Comment l’air perd son humidité 253Travaux pratiques 254Les nuages et le temps 258

Annexes1. Unités SI 2652. Tableau de correspondance pour unités en

dehors du SI 2673. Table périodique 2684. Liste des éléments 2705. Indicateurs colorés pour les solutions acides

et basiques 2736. Humidité relative (pourcentage) 2747. Correspondance entre températures selon

différentes échelles 2748. Logarithmes 276

9. Rapporteur, équerre, etc. 27810. Appellations latines et françaises des

constellations 280

Index 283


Introduction

Dans toutes les parties du monde, les hommes descience se livrent à des recherches scientifiquesdont l’objet est de nous faire mieux comprendreles phénomènes qui se déroulent autour de nous.Et, tout comme la science elle-même, les effortsvisant à améliorer les méthodes de l’enseignementscientifique sont universels. Le Nouveau manuelde l’Unesco pour l’enseignement des sciences sefonde sur des suggestions fournies par des éduca-teurs du monde entier quant aux moyens de tirerpartie, aux fins de cet enseignement, de ressourceset de matériaux d’un usage courant, généralementfaciles à obtenir. Il s’adresse aux enseignants et plus particulièrement à ceux qui font des coursde sciences dans les écoles primaires et les classesdu premier cycle secondaire a insi qu’auxfuturs maîtres.

Pour que les notions scientifiques puissentêtre vraiment assimilées, elles doivent faire l’objetd’expériences. Ces notions sont si intimementliées à la vie quotidienne de chaque écolier ouécolière que le maître ne se trouve en aucun casdépourvu de matériel de première main pour sesleçons de choses. En nous-mêmes, autour de nous,au-dessus et au-dessous de nous, il existe, enn’importe quel point du globe, une quantité illi-mitée de phénomènes qui peuvent servir de base àl’enseignement des sciences, ainsi que de maté-riaux permettant de produire de l’équipementscientifique et des auxiliaires pédagogiques.

Le Nouveau manuel de l’Unesco pour l’ensei-gnement des sciences est destiné à fournir desindications pour l’organisation d’activités, derecherches et d’expériences scientifiques pouvantêtre menées à bien sans difficulté par les élèves

eux-mêmes et pour la fabrication de matérielscientifique simple à l’aide des ressources dispo-nibles sur place. Comme ces ressources localesdiffèrent très largement a l’intérieur d’un paysdonné aussi bien que d’un pays à l’autre, chaquemaître devra y puiser lui-même ce qu’il lui faut enfonction des besoins de ses propres élèves et desconditions dans lesquelles il dispense son ensei-gnement.

Le Nouveau manuel de l’Unesco pour l’ensei-gnement des sciences pourra aussi être utilisé pardes groupes d’élèves qui participent, par exemple,aux activités de clubs scientifiques, ou par tel outel élève qui souhaite faire des travaux et desrecherches scientifiques à titre individuel. On aadmis, cependant, que ces activités seront menéessous la direction et le contrôle général d’un ensei-gnant, afin que l’élève puisse tirer le maximum deprofit de ses observations et conclusions et, aussi,en raison de la nécessité d’appliquer, dans biendes cas, des règles de sécurité. C’est pourquoi cetouvrage ne s’adresse pas directement aux élèves.

La présente édition révisée a été établie en vuede mettre à jour le Manuel de l’Unesco pour l’en-seignement des sciences et de tenir compte desidées nouvelles sur la manière de dispenser cetenseignement dans les classes du primaire et dupremier cycle secondaire . Compte tenu del’ampleur considérable des progrès récentsconcernant la conception et la méthodologie del’enseignement scientifique, on n’a pas tentéd’inclure dans ce volume des suggestions relativesaux stratégies pédagogiques d’ensemble. Celles-ciseront contenues dans un ouvrage complémen-taire, un guide du maître, qui abordera également


différents aspects du processus d’apprentissagechez l’enfant et comportera un certain nombre deconsidérations d’ordre sociologique en rapportavec l’activité des professeurs de sciences.

Si l’on veut donner aux élèves la largeur devues nécessaire pour faire face aux problèmes quesoulève l’application de la science à leur vie quo-tidienne, il faut que l’enseignement des sciencesrepose sur une base très large. Un tel enseigne-ment doit réunir des éléments soigneusementchoisis, tirés de toutes les disciplines scientifiques,y compris les sciences de la terre et de l’espace etles domaines interdisciplinaires.

La portée du Manuel a été considérablementaccrue à cet effet. La présente édition réviséecomprend donc une section plus développée surles sciences biologiques et de multiples élémentsnouveaux relatifs aux sciences de la terre et del’espace. En outre, la section consacrée auxsciences physiques fait une place beaucoup plusgrande à la chimie.

Pour que la science soit perçue par les élèvescomme un tout, il faut mettre l’accent sur lesconcepts clés qui servent de fondement à ungrand nombre de disciplines scientifiques. Dif-férents concepts de base matière, énergie etinterrelation entre les deux, niveaux d’organisa-tion des êtres vivants, etc. fournissent doncles thèmes essentiels des principaux chapitres decet ouvrage.

Le style du Manuel a été aussi peu modifié quepossible pour éviter de désorienter ses nombreuxutilisateurs dans le monde entier; certains chan-gements capitaux ont toutefois été apportés à laprésentation du texte afin d’en faciliter la lecture

et un index a été ajouté. Les sujets traités ont étégroupés sous quatre grandes rubriques : « Res-sources, installations et techniques pour l’ensei-gnement des sciences », « Sciences physiques »,« Sciences biologiques » et « Sciences de la terreet de l’espace ». Cela n’implique aucunementqu’il soit nécessaire d’organiser l’enseignementscientifique selon ce plan particulier. Mais, commel’ouvrage s’adresse à des enseignants qui appli-quent des programmes d’études très divers parleur contenu et leur structure, cette formule a étéadoptée en vue d’en faciliter la consultation etune intégration plus poussée des divers élémentsn’a pas été recherchée. On s’est efforcé d’accroîtrela précision de tous les renseignements fournis etde mentionner uniquement des expériences et dumatériel dont il est prouvé qu’ils ne sont pasaffectés par les conditions climatiques. Bonnombre des figures et des diagrammes qui setrouvaient déjà dans l’édition précédente ont étérefaits. Une grande attention a été accordée auxrègles de sécurité à appliquer dans les labora-toires; elles font d’ailleurs l’objet d’une sectionnouvelle. Les unités employées d’un bout àl’autre de l’ouvrage sont les unités internationaleset métriques.

Les utilisateurs du Nouveau manuel sont invi-tés à présenter à l’Unesco des commentaires, descritiques et des suggestions qui pourront servirpour la préparation des éditions futures.


UNESDOC

UNESDOC

Chapitre premier Ressources, installationset techniquespour l’enseignement dessciences

Quelques suggestions pour l’enseignement des sciences

Ressources utilisables éventuellement en milieurural (activités écologiques)

Un champ laissé en jachère constitue un endroittrès favorable à l’observation du processus connusous le nom de succession. Les premiers végétauxqui germent dans le champ sont appelés pion-niers. A mesure que le temps passe, la commu-nauté qui occupe ce champ (écosystème) change :certaines populations sont remplacées par d’au-tres. Cette relève porte le nom de succession éco-logique. Souvent, il est possible d’observer unsite occupé par une communauté arrivée à l’étatde maturité, par exemple une forêt, à proximitéimmédiate d’un champ abandonné. Il est intéres-sant d’étudier les divers stades de développementet d’en déduire quels doivent être les stades inter-médiaires.

Un bois ou une forêt proches de l’école per-mettront : d’observer les changements saisonnierschez les animaux et les plantes; d’étudier leursmodes de vie; de découvrir l’habitat des animaux;de voir comment la vie animale et la vie végétaledépendent l’une de l’autre, comment le milieuphysique (humidité, température. ensoleillement)affecte les êtres vivants; de trouver des exemplesde plantes et d’animaux utiles ou nuisibles. Exem-ples d’activités : organisation d’une promenadesur le terrain pour l’observation et la collected’échantillons; des spécimens choisis serontapportés en classe.

Un bâtiment en construction fournira l’occa-

sion de voir : comment on installe les câblesélectriques; comment on assure l’isolation dubâtiment; quels sont les matériaux utilisés; quelleest la différence entre le sol extrait par les terras-siers qui font les fondations et la terre de jardin;comment on évacue les eaux usées. Exemplesd’activités : collecte de spécimens de matériauxde construction pour les étudier (fils électriquesavec leurs différents types d’isolation, divers typesde matériaux d’isolation thermique, échantillonsde sols, etc.); conversation avec les ouvriers quiinstallent l’électricité, la plomberie ou qui exé-cutent d’autres tâches semblables; observation desprocédés utilisés pour décider de l’emplacementd’un puits et pour le creuser, s’il en est prévu un;étude des installations de plomberie; si les W.C.sont extérieurs, étude de leur emplacement parrapport à celui des points d’eau et des raisons quiont conduit à le choisir.

Une scierie aidera : à comprendre comment onchoisit les arbres à abattre; à découvrir commenton protège les jeunes arbres, quelles sortes d’ar-bres sont les plus appréciés et pourquoi; à obser-ver comment on se sert des machines; à appren-dre comment on prépare et comment on traite lebois d’œuvre; à observer les changements provo-qués dans le monde animal et végétal à la suited’une coupe. Exemples d’activités : visite de lascierie pour observer son fonctionnement; col-lecte d’échantillons de bois dont on observera lescouches concentriques de croissance; promenadedans les bois permettant d’observer comment on


Ressources, installations et techniques 14

abat les arbres; étude des diverses machines pouren apprécier l’utilité.

Une ferme permettra : d’observer les diversesmanières de conserver et de stocker les denréesalimentaires, d’élever les animaux, de cultiver leslégumes et les fleurs; d’observer l’emploi demachines à la maison, aux champs, dans lagrange, dans le jardin ou le verger; d’observercomment on protège les bâtiments et les champscontre l’incendie et quelles précautions sont pri-ses pour éviter les accidents.

Un jardin potager ou d’agrément permet-tra : d’étudier comment on procure aux plantessuffisamment de lumière, d’humidité ainsi queles autres éléments nécessaires à leur croissance;d’apprendre comment on prépare le sol pour lesplantations, comment on repique les plantes etcomment on dissémine les graines; d’observercomment s’opère la fécondation des fleurs parpollinisation directe ou croisée et comment lessemences germent et poussent; d’apprendre quelssont les sols qui conviennent à la croissance desdiverses espèces de plantes et comment on ana-lyse les sols; d’observer comment les plantesemmagasinent les substances alimentaires et com-ment elles changent avec les saisons. Exemplesd’activités : visite du jardin pour observer lesplantes et les méthodes de culture; collecte degraines et de fruits montrant les systèmes de dis-persion; semis de graines dans la classe pour mieuxen étudier la germination et la croissance; expé-riences concernant l’action de la lumière, de latempérature et de l’humidité sur la croissance desplantes; aménagement si on le peut d’unjardin à l’école pour mieux étudier la croissancedes plantes.

Un rucher permettra : d’observer comment onélève les abeilles, comment on construit les rucheset comment on les aménage en prévision destemps froids; d’étudier la formation des essaimset la manière de les capturer sans danger; de com-prendre en quoi les abeilles sont utiles à l’homme;de les observer au travail et d’étudier la vie à l’in-térieur de la ruche; de voir ainsi un exemple d’in-sectes vivant en société et d’insectes utiles àl'homme.

Un ruisseau ou une mare permettront : d’ob-

server certains types de vie végétale et les adapta-tions des tiges, racines, fleurs et fruits au milieuhumide; d’apprendre comment les animaux sontadaptés à la vie dans l’eau ou au bord de l’eauet de faire la comparaison avec les animaux ter-restres; d’observer comment ces animaux et cesplantes changent selon les saisons; d’observer lamanière dont ils se procurent la nourriture et dontils construisent leurs gîtes.

Exploitation des ressources

La valeur des ressources utilisées dépend de l’ha-bileté avec laquelle on en tire parti. Chacuned’elles doit être utilisée à des fins déterminées :aider à résoudre un problème, rendre plus par-lant l’énoncé d’un principe scientifique, encoura-ger la curiosité des élèves à l’égard de leur envi-ronnement.

Lors de la préparation d’une excursion, pro-fesseur et élèves doivent avoir clairement présentà l’esprit un ou plusieurs problèmes nettementdéfinis. Le maître accompagné peut-être d’unpetit groupe d’élèves se rendra d’abord sur leslieux que la classe doit visiter pour s’assurer quel’endroit est bien celui qui convient et qu’il estaccessible.

Chaque fois que les élèves se proposent dedemander des renseignements à un habitant, ons’assurera que celui-ci comprend bien l’objet dela visite et saura mettre ses explications à la portéedes élèves.

Les discussions collectives qui doivent fairesuite à l’excursion seront préparées avec soin. Ons’appuiera, pour la solution du problème posé,sur les données appropriées et l’on consignerapar écrit les résultats toutes les fois qu’ils sem-bleront susceptibles d’être utilisés par la suite.

Installations pour l’enseignement des sciences

Aménagement d’un « coin des sciences » dans laclasse. Réserver un coin de la salle de classe etl’appeler le « coin des sciences ». Se procurer, sipossible, une ou deux tables pour les expériences


15 Quelques suggestions pour l’enseignement des sciences

ou les expositions. Le gardien de l’école aiderapeut-être à installer sous la table des rayonnagespour ranger des matériaux, des fournitures et desappareils, comme on le verra plus loin. Encou-rager les élèves à apporter des objets qui pourrontêtre exposés dans le « coin des sciences ». On nelaissera jamais ces objets trop longtemps sur latable; ils perdraient tout leur intérêt : le « coindes sciences » doit être un lieu d’activité et derenouvellement.

Tableau d’affichage scientijique. Si on les y encou-rage, les enfants apporteront très souvent à l’écoledes coupures intéressantes de journaux ou derevues. Elles seront fixées sur le tableau d’affi-chage, ainsi que des dessins et d’autres documentsprovenant des leçons de sciences. Un bon empla-cement est juste au-dessus des tables, dans le« coin des sciences ». Le panneau d’affichage peutêtre en bois tendre ou en fibre agglomérée.

Étagère à collections. Dès qu’ils y prennent goût,les enfants deviennent des collectionneurs insa-tiables et, bien sûr, certaines des Choses qu’ilscollectionnent prendront le chemin de l’école. Ilfaut les encourager, et une manière d’y parvenirest d’aménager une étagère en musée scolaire oùles collections ou spécimens pourront être expo-sés.

Aquariums et terrariums. Aquariums et terrariumssont des centres d’intérêt permanents, propices àl’observation de nombreux phénomènes scienti-fiques importants. On trouvera au chapitre troisdes conseils pour la fabrication et l’entretien desaquariums.

Cages pour animaux. On peut garder dans laclasse plusieurs types d’animaux pour les obser-ver. Certains supportent mieux que d’autres cettecaptivité. On peut aussi encourager les enfants àapporter leurs animaux favoris pour de courtespériodes d’observation et d’étude. On trouveraau chapitre quatre des suggestions pour la cons-truction de cages.

Installation d’une station météorologiqae. Le cha-

pitre quatre contient la description d’instrumentsmétéorologiques simples susceptibles d’être fabri-qués à partir de matériaux très courants. L’obser-vation quotidienne des changements de temps estpleine d’intérêt et peut donner lieu à des leçonsde sciences très utiles.

Culture deplantes. De petits pots de fleurs disposéssur un appui de fenêtre bien éclairé suffiront lar-gement pour faire germer des graines et cultiverdes plantes de faible encombrement. Si certainesexpériences exigent plus de place, on pourra seprocurer de petites boîtes peu profondes ou enfabriquer avec des planchettes ou de vieilles plan-ches de caisses.

Effets du climat tropical. Sous les tropiques, denombreux inconvénients peuvent nuire au bonfonctionnement d’un laboratoire, surtout pen-dant la saison humide. Les matériaux se gâtent,les papiers se collent, les instruments rouillent,les spécimens moisissent, un champignon se formesur les lentilles, endommageant leurs surfacespolies et les rendant inutilisables. Enfin les four-mis, les termites et d’autres insectes poursuiventleur incessante œuvre de destruction.

On conservera donc dans des récipients hermé-tiquement clos tout ce qu’on peut y mettre.L’idéal est de disposer de bocaux en verre, telsque les bocaux à spécimens, avec un couverclebien enduit de graisse. Les bouteilles à bouchonà vis, comme par exemple les bocaux à bonbons,se révéleront très pratiques. Des boîtes en métal,à biscuits ou cake, deviendront passablementétanches grâce à un ruban adhésif isolant collé surle joint du couvercle.

Les lentilles des microscopes seront placéesdans un dessiccateur entre les périodes d’utilisa-tion. Un bout de ficelle imprégné de créosote etplacé avec l’oculaire dans la boîte à accessoiresretarde l’apparition des moisissures.

Pendant la saison humide, microscopes, gal-vanomètres et autres instruments délicats seront,si possible, rangés dans un placard étanche oùune ampoule de 50 watts restera allumée en per-manence. Les aiguilles peuvent être piquées dansun morceau de tissu imprégné de vaseline. Les



instruments métalliques, palmers ou calibres àvis, pieds à coulisse, diapasons, etc., seront grais-sés. On huilera fréquemment les vis des socles desupports, les anneaux et les serre-joints, noix ouétriers. Les scalpels seront enduits de vaseline etconservés dans un étui. On passera un chiffonimprégné d'huile sur les parties métalliques desoutils.

La sécurité au laboratoire

La leçon de sciences profite considérablement desactivités dirigées et des expériences qui l’accom-pagnent, en raison de l’intérêt passionné que peu-vent y prendre les élèves. Mais ces activités pcu-vent également être dangereuses et le professeurde sciences doit prendre toutes les précautionsnécessaires pour éviter les accidents.

Beaucoup de nos occupations quotidiennescomportent quelque danger : allumer un feu, tra-verser une rue, conduire une voiture ou mêmeprendre un bain peuvent être occasion d’accident;la crainte de l’accident ne nous empêche tout demême pas de nous livrer à ces activités. Nousapprenons plutôt à nos enfants quels sont lesdangers qu’elles présentent pour qu’ils puissenten tirer joie et profit tout en évitant les risques.Le même raisonnement vaut pour les leçons desciences. Il convient d’apprendre aux enfants quelssont les dangers que chaque activité peut présen-ter et comment y parer. Voici un certain nombrede précautions générales.

Feu, brûlures. La brûlure est peut-être l’accidentle plus fréquent dans un laboratoire. On peutéviter la plupart des brûlures si les élèves retien-nent que « ce qu’on chauffe devient brûlant, etpeut rester brûlant pendant quelque temps ». Lachose est évidente, et pourtant on l’oublie sou-vent. Les élèves placent un morceau de métal oude verre dans une flamme pendant quelquessecondes, le retirent et mettent les doigts surl’extrémité pour voir si c’est chaud : bien sûr quec’est chaud! Et malheureusement la plupart desobjets brûlants ne se distinguent des mêmes objetsfroids ni à la vue, ni à l’odorat, ni à l’ouïe. C’est

seulement au toucher qu’on peut s’en apercevoir,et, si l’objet en question est trop chaud, même uncontact prudent peut occasionner une brûlure.Autre avertissement simple au sujet du feu : « nejamais mettre de choses inflammables près d’uneflamme découverte ». Les élèves doivent biencomprendre que les vêtements, les cheveux, lepapier, le bois et de nombreux produits chimiquescourants prennent feu assez facilement. Les brû-leurs doivent être éteints quand ils ne serventplus. Une précaution supplémentaire en ce quiconcerne les lampes à alcool : si une grandequantité de chaleur se trouve renvoyée vers lebas, vers le réservoir (par exemple, lorsqu’on faitchauffer quelque chose dans une boîte en métalbrillant pouvant former déflecteur), il peut arriverque l’alcool se vaporise dans ce dernier : le petitbrûleur devient alors une sorte de chalumeau àtempérature très élevée.

Coupures, éclats de verre. Les coupures sans gra-vité sont un deuxième type d’accident très cou-rant. Elles ont en général trois causes : tubes deverre cassés, récipients de verre jetés par terre etexplosions d’appareils producteurs de gaz.

On évitera à peu près toutes les coupures occa-sionnées par les tubes de verre si on entoure letube d’un torchon avant de l’enfoncer dans unbouchon. Le verre, préalablement lubrifié à laglycérine ou à l’eau, sera tenu au moyen du tor-chon et on le fera pénétrer dans le bouchon enle tournant.

Toutes les extrémités des tubulures ou tubesde verre seront bordées à la flamme, mais onprendra soin de ne pas les boucher. Si l’extrémitéa été involontairement bouchée et qu’on utiliseensuite le tube dans un dispositif de distributionde gaz, le passage du gaz est bloqué et il peut seproduire une explosion. On vérifiera donc tou-jours les dispositifs de génération de gaz pours’assurer que les circuits ne sont pas obstrués.Des précautions particulières s’imposeront quandon fabriquera de l’hydrogène ou de l’oxygène, enraison du risque supplémentaire d’explosion. Lesprocédés de fabrication de ces gaz qui demandentl’utilisation d’une source de chaleur sont forte-ment déconseillés.


17 Quelques suggestions pour l’enseignement des sciences

Il est évident que les risques de coupures duesà la chute d’objets de verre seront beaucoup moinsgrands si les récipients de verre sont disposés surle sol ou sur une étagère d’où il y a peu de chancesqu’on les fassetomber accidentellement. Ceci estparticulièrement le cas des grandes bonbonnesd’acides, de gaz ou de liquides inflammables.

Le verre cassé doit être jeté dans des récipientsspéciaux et non pas dans la poubelle ou la cor-beille à papiers : penser aux gens qui évacuent lesdéchets.

Chauffage des produits dans les tubes à essai.Quand on fait chauffer des produits dans un tubeà essai, il convient d’imprimer au tube un mou-vement de va-et-vient sur la flamme, et l’ouver-ture du tube ne doit jamais se trouver dirigée versles personnes présentes mais vers une paroi (voirfigure).

Source de chaleur

Ne jamais remplir un tube à essai à plus dutiers ou de la moitié de sa capacité pour éviterqu’il ne déborde quand on porte le contenu àébullition. Pour transvaser des produits, tenir lesrécipients à bout de bras.

Comment sentir et goûter. Le nez est un organefragile : soyons prudents chaque fois qu’il s’agitde sentir des produits chimiques! La bonnetechnique consiste à placer la main derrière letube ou récipient, comme un déflecteur : onenverra le gaz vers les narines et on le flaireraavec précaution (voir figure).

Si l’on ne perçoit aucune odeur, on peutapprocher le visage et recommencer. Pour ce quiest de goûter, la règle la plus sûre est abstiens-toi!

Comment sentir

N’introduire dans la bouche que les substancesconnues pour ê t re absolument sans danger(comme le simple sel de cuisine ou le sucre) :certains produits sont tellement toxiques quemême une fraction de gramme peut se révélerfatale.

Produits chimiques dangereux. Se rappeler quetout produit chimique peut être dangereux. Enaucun cas on ne doit tolérer que les élèves fassentdes expériences sans autorisation et aucune expé-rience ne doit être autorisée si l’on n’est pas abso-lument sûr qu’elle est sans danger. Les expériencesdécrites dans ce livre doivent être considéréescomme sans danger si aucun avertissement neles accompagne. Par ailleurs, la nature du dangerdoit en principe ressortir clairement de l’avertis-sement, mais dans le doute, abstenez-vous : c’estle fusil « non chargé » qui tue et c’est l’expériencetenue pour inoffensive qui, souvent, provoquel’accident. Ainsi, des produits comme le sucre,le soufre et la limaille de zinc sont absolumentsans danger... en principe; mais, mélangés à desagents très oxydants comme les chlorates ou lespermanganates, ils forment des mélanges explo-sifs. On trouvera ci-dessous une liste de quelques-unes des catégories de produits chimiques les plusdangereux, avec les dangers qu’ils présentent.

Acides et bases. Tous les acides « forts » ou« acides minéraux » comme l’acide chlorhydri-que, l’acide sulfurique ou l’acide nitrique sontdangereux lorsqu’ils sont concentrés. Dilués, leurmanipulation n’offre que peu de dangers : il suffitde laver à grande eau si de l’acide est répandu.



Naturellement, le plus grand risque est le contactavec les yeux, aussi convient-il de les protégerderrière des lunettes spéciales. Certains acides,tels que l’acide sulfurique et l’acide nitrique, sontplus dangereux que d’autres parce qu’ils sontaussi très oxydants. Les acides organiques sonten général moins dangereux que les acides miné-raux, mais il y a des exceptions. Ainsi, le phénol(ou acide phénique, acide carbolique) et l’acideoxalique sont dangereux, non en tant qu’acides,mais parce qu’ils sont toxiques. Les bases fortestelles que l’hydroxyde de sodium (soude causti-que) et l’hydroxyde de potassium (potasse caus-tique) peuvent occasionner le même genre debrûlures que les acides forts. Les bases faibles,comme l’hydroxyde de calcium (chaux éteinte)peuvent également provoquer des brûlures si ellesrestent longtemps au contact de la peau. Les solu-tions diluées des bases sont relativement sansdanger, mais on se lavera tout de même immé-diatement à grande eau pour les éliminer de lapeau.

Produits oxydants. Les oxydants sont des pro-duits qui activent la combustion. Au contact desmatières qui peuvent être combustibles (commetoutes les matières organiques) il y a danger d’ex-plosion ou d’inflammation. Parmi les produitsles plus dangereux de cette catégorie, il faut citerles chlorates, les peroxydes, les perchlorates etl’acide perchlorique. Étant donné que le chloratede sodium et le chlorate de potassium sont desproduits assez courants, il convient d’être avertide leur danger. Il s’agit de composés stables et onpeut les manipuler en toute sécurité à conditionde faire très attention. On prendra soin d’évitertout contact entre ces produits et les acides forts :en effet ils forment avec eux du dioxyde de chlore,qui est toxique, et ils peuvent également exploser.On les éloignera des substances facilement oxyda-bles telles que le soufre, les sulfures, le phosphore,le sucre, les alcools, les solvants organiques, lescomposés ammoniacaux, les métaux en poudre,les huiles ou les graisses et les poussières de toutessortes.

Bonnes habitudes à prendre. Quelques mots main-

tenant de certaines manières d’opérer à respectersystématiquement.1. Mettre toujours des lunettes de protection

s’il y a un risque de projections de produitsbrûlants ou caustiques dans les yeux.

2. Toujours faire bien attention aux étiquettesdes flacons de réactifs : les lire plutôt deux foisqu’une; il y a une grande différence entre duchlorure de potassium et du chlorate de potas-sium, entre du chlorure mercureux et du chlo-ture mercurique, entre du manganèse et dumagnésium.

3. Ne jamais diriger vers une personne présenteun tube à essai ou un dispositif qui peut pro-jeter un gaz ou un liquide.

4. Vérifier toujours, avant usage, que les verre-ries ne sont pas fêlées.

5. Tous les objets en verre, quels qu’ils soient,doivent être placés au fond de la table d’expé-riences pour éviter toute casse. Les bonbonnesou réserves seront sur le sol ou près du sol.

6. Toute blessure, si légère soit-elle, doit fairel’objet de soins médicaux immédiats.

7. Pour diluer un acide, il faut toujours verserprogressivement l’acide dans l’eau, jamais l’in-verse.

8. Le laboratoire doit absolument être tenu pro-pre et en ordre. On jettera les débris de verreou de métal dans des récipients spéciaux etl'on fera couler l’eau en abondance dans l’évieraprès y avoir évacué des produits chimiques.

Emploi du mercure. Si étrange que cela paraisse,le mercure se vaporise même à la température oùl’eau gèle, produisant une vapeur inodore, inco-lore et sans saveur, dont la concentration dépendde la température. Cette vapeur est toxique etpeut affecter le système nerveux. Le mercurepénètre dans l’organisme facilement par inhala-tion, par ingestion ou à travers la peau. Une actionprolongée peut entraîner un empoisonnementprogressif, qui se traduit par des symptômes ner-veux ou psychiques.

Que faire si du mercure se répand. Le mercures’insinue dans les fentes, se mélange à la pous-sière et pénètre dans des corps comme le bois, lescarreaux, les tuyaux de fer et la brique. Si l’on


19 Outillage et techniques utiles

utilise du mercure, il faut avoir des sols lisses etsans fissures : les fentes seront bouchées avec duvernis. Le mercure répandu doit être enlevé aussi-tôt; la salle sera évacuée et l’on ouvrira les fenê-tres pour mieux aérer. On fermera les portes don-nant sur les couloirs. Le mercure répandu serarécupéré immédiatement par pompage à la trompeà eau ou au moyen d’une serpillière mouillée : àdéfaut, on utilisera une pelle a ordures et un balaiou un lave-pont en caoutchouc pour rassemblerle mercure en une seule masse. On le recueilleradans un récipient solide de plastique, de verre oude métal pouvant être scellé hermétiquement. Lesnombreuses petites gouttelettes restées dans lesfentes et les fissures peuvent encore être nocives,même après qu’on a recueilli la majeure partie dumercure : on traitera donc soigneusement la zonecontaminée au calcium, au polysulfure de sodiumou à la fleur de soufre le soufre du commercedestiné au soufrage des vignes convient très bien.Ces corps se combinent au mercure pour donnerun composé inerte qui ne s’évapore pas. Toutesles fois qu’on doit utiliser du mercure, il estrecommandé d’avoir une réserve de fleur de sou-fre à portée de la main.

Protection de /a peau. On évitera à tout prix

Outillage et techniques utiles

Outils

Il arrive que des expérimentateurs adroits obtien-nent des résultats extraordinaires avec un outil-lage extrêmement réduit; il est donc impossiblede dire en quoi consiste l’outillage minimal. Detoutes manières, chacun constituera probable-ment son outillage petit à petit et on ne renoncerapas à un projet sous prétexte que tel ou tel outilfait défaut. Voici ce qu’il faudra prévoir pourcommencer :Outilspour le travail du métal. Étau, scie à métaux,

tournevis, pinces (universelles et à becs ronds),pinces coupantes, marteau, fer à souder électri-que ou ordinaire, chignole électrique, mèches

de faire entrer du mercure ou de la vapeur demercure en contact avec la peau. On portera desgants imperméables et des chaussures à semellede caoutchouc (le cuir absorbe le mercure). Onse lavera soigneusement les mains, si elles onttouché du mercure, pour éviter l’absorption àtravers la peau. Si du mercure s’est répandu, oninspectera les vêtements : il peut en effet avoirpénétré accidentellement dans les revers de pan-talon, les poches ou d’autres ouvertures.

Stockage. On stockera le mercure dans unendroit bien aéré où les récipients seront tenus aufrais et à l’abri des rayons du soleil. On éviterales parquets de bois : on préférera le linoléumépais, le ciment non poreux, le carrelage ou unsol vitrifié; ce qu’il faut, c’est un sol uni etdépourvu de fissures. N’utilisez pas de mercure,n’en conservez pas, à proximité de sources de cha-leur ou d’ammoniaque. Tenez les récipients bienbouchés en dehors des périodes d’utilisation ; ceciest très important : un faible courant d’air quipasse sur un vase ouvert contenant du mercure àla température ambiante peut entraîner plusieursmilligrammes de mercure par mètre cube d’air.Si l’on dispose d’une armoire étanche, elleconviendra très bien pour le stockage du mercure.

hélicoïdales, tarauds et filières, diverses sortesde limes, pointe à tracer.

Outils usuels pour le travail du bois. Ciseaux, scieordinaire, scie à refendre, rabot métallique,râpe ou rabot-râpe, vilebrequin et forets, unchoix de colles et de ciments, peintures de cou-leurs différentes.

Comment couper le verre

1.1 Coupe droiteLa roulette à couper le verre ne le coupe pas, maisle fêle : si la roulette est bien aiguisée et qu’on lamanoeuvre à la surface du verre à la vitesse et


Ressources, installations et techniques 201.1

1.1 Coupe du verre

avec la pression voulues, elle trace une fine rainureen écrasant le verre et en le pulvérisant légère-ment. Les flancs biseautés de la roulette agissentcomme des coins qui forcent les bords de la rai-nure et fendent le verre, amorçant une fêlure. Sicette amorce de fêlure ne se produit pas, tapotersur la rainure avec la tête de la roulette. Avant

d’essayer de faire une coupe bien propre, fairequelques essais sur un bout de verre inutilisable,pour apprendre à régler la vitesse et la pressionqui permettront d’avoir une cassure franche (voirfigure). Le verre à vitres ordinaire se présente endeux épaisseurs, simple ou double. Le verre sim-ple est plus mince et plus facile à couper. La glace,jusqu'à 6 mm d’épaisseur, se coupe de la mêmemanière que le verre à vitres ordinaire. Le verrede sécurité feuilleté, fait de deux feuilles de verre,ou davantage, soudées par un plastique transpa-rent, demande un outillage spécial.

1.2 Coupe de tubes de verreUne des manières de couper des tubes est de faireune marque à la surface avec une lime triangu-laire ou tiers-point : donner un coup de tiers-pointen poussant. L’arête d’une lime plate ordinairepeut jouer le même rôle. Donner le coup de limeà angle droit par rapport à l’axe du tube afin quecelui-ci se casse bien droit. Pour le casser, le posersur l’établi en mettant une allumette ou un cure-dent juste au-dessous du trait de lime, celui-ciétant sur le dessus du tube. Maintenir solidementl’une des extrémités du tube et appuyer sur l’au-tre : il se cassera d’un seul coup. Une autreméthode fréquemment employée consiste à don-ner un léger trait de lime sur le tube, puis à pren-dre le tube ainsi rayé solidement entre les deuxmains, les pouces étant dirigés l’un vers l’autre mais de chaque côté du trait de lime et àcasser le tube en ramenant les poignets vers soi.Passer les extrémités coupées à la flamme pourles border.

1.3 Coupe-verre à résistance électriqueSe procurer environ 60 cm de fil de nichromed’environ 0,55 mm de diamètre et le munir à sesextrémités de poignées isolantes improviséesdont une pourvue d’un interrupteur. Branchersur une source de courant 12 V, 5 A (batterie devoiture ou transformateur). S’assurer que lesconnexions et l’interrupteur sont assez forts pourle courant débité. Le fil doit être porté au rougequelques secondes après la mise du contact : s’ilne rougit pas, vérifier d’abord l’alimentation etles connexions. II peut s’avérer nécessaire de rac-


21 Outillage et techniques utiles 1.4

Coupe-verre à résistance électriqueA Fil de nichrome d’environ 0,5 mm de diamètreB Petit trait de lime sur le flanc de la bouteilleC Interrupteur dans une poignéeD Fil électrique d’alimentation

courcir le fil s’il persiste à ne pas chauffer suffi-samment. Faire un léger trait de lime sur le bocalde verre à l’endroit où les fils se croiseront. For-mer une boucle avec le fil et le placer à l’endroitchoisi pour la coupe, en empêchant les fils de setoucher à l’endroit où ils se croisent, dans le traitde lime. Mettre le contact et, au bout de quelquessecondes, le verre doit normalement se casser netà l’endroit du fil. Si cela ne s’est pas produit aubout de 15 à 20 secondes, couper le contact, enle-ver rapidement le fil de nichrome et placer lebocal sous le robinet d’eau courante : la rétrac-tion du verre provoquera alors la cassure selonla ligne prévue. Soyez prudent au cours de cettedernière opération (voir figure).

Nettoyage de la verrerie

Les solvants forts utilisés pour le nettoyage serontréservés au maître et interdits aux élèves. Fairedissoudre 100 g de bichromate de potassiumdans une solution d’acide sulfurique de 100 gd’acide concentré pour un litre d’eau. On feratremper la verrerie dans cette solution, qui peutservir de nombreuses fois.

Attention : prendre grand soin d’éviter toutcontact entre cette solution très corrosive et lapeau ou les vêtements. Pour étendre l’acide sulfu-rique concentré, utiliser un récipient en grès ouen terre. Verser l’acide très lentement dans l’eau :l’opération dégage une grande quantité de cha-leur.

Le professeur utilisera ses connaissances dechimie pour faire disparaître les taches d’origineconnue. Si des récipients sales ont contenu desbases, ou des sels alcalins, il est bien évident quec’est avec un peu d’acide dilué qu’on peut d’abordessayer de les nettoyer; si les taches sont dues aupermanganate de potassium, on essaiera une solu-tion de sulfite de sodium, acidifiée au moyen d’unpeu d’acide sulfurique dilué, etc. Les alcalis atta-quent lentement le verre et les bouteilles qui ontcontenu de la soude caustique, etc., pendant long-temps ne redeviendront jamais parfaitement trans-parentes.

Soudure

La soudure sert à assembler les surfaces métal-liques : cuivre, fer, nickel, plomb, étain, zinc etaluminium par exemple. Elle est particulièrementutile pour les connexions électriques, l’assemblagede tôles et le bouchage des joints pour éviter lesfuites. Le fers à souder ou pistolets électriquessont très utilisés pour les montages électriques,mais on peut également faire des soudures avecdes fers ordinaires en cuivre, non électriques.

1.4 SouduresLa plupart des soudures tendres sont des alliagesd’étain et de plomb. Celles qui servent à souderl’aluminium sont en général des alliages d’étainet de zinc ou d’étain et de cadmium. Les pointsde fusion de la plupart des soudures en alliage deplomb et d’étain sont de 165 °C ou plus. Les sou-dures étain-plomb portent en général des numérosqui précisent les proportions d’étain et de plomb.Le premier chiffre indique le pourcentage d’étain,le deuxième le pourcentage de plomb. Les sou-dures à fort pourcentage d’étain sont plus chèresque celles qui contiennent beaucoup de plomb.


1.5 Ressources, installations et techniques 22

D’une manière générale, les soudures à fort pour-centage d’étain ont un point de fusion moinsélevé que celles à fort pourcentage de plomb; lespremières sont préférables pour les contacts élec-triques, tandis que les autres offrent une plusgrande résistance mécanique.

On trouve les soudures sous différentes présen-tations : baguettes, fils, lingots et poudres. Lessoudures en fils sont vendues avec ou sans déca-pant incorporé.

1.5 DécapantsPour qu’une soudure soit bonne, il faut que lemétal à souder, l’extrémité du fer à souder et lasoudure elle-même soient débarrassés de toutcorps étranger (saleté, corps gras, oxydes, etc.) quiempêcherait la soudure d’adhérer au métal. Lesdécapants sont employés pour nettoyer les sur-faces à souder, faire disparaître la petite couched’oxyde normalement présente à la surface d’unmétal et empêcher une nouvelle oxydation. Ilsréduisent également la tension superficielle de lasoudure et en font un meilleur agent mouillant.On utilisera le décapant approprié au métal àsouder, comme indiqué ci-dessous.

MétauxLaiton, cuivre, étainPlombFer, acier

DécapantsColophaneSuif, colophaneBorax, chlorure

d'ammoniumFer galvaniséZincAluminium

Chlorure de zincChlorure de zincStéarine, décapant

spécial

On classe généralement les décapants en troiscatégories : corrosifs forts, corrosifs moyens etnon corrosifs. Les décapants non corrosifs sontutilisés pour la soudure des contacts électriquesou pour d’autres travaux exigeant l’absence detoute trace de résidu corrosif. La colophane est ledécapant non corrosif le plus couramment utilisé.A l’état solide, la colophane est neutre et noncorrosive; à chaud, elle devient suffisammentactive pour réduire les oxydes présents à la sur-face du métal chauffé et agir comme décapant. On

la trouve sous forme de poudre, de pâte ou deliquide.

Les décapants à base de colophane laissentsouvent une trace brune sur le métal soudé.Celle-ci est difficile à enlever, mais on peut l’éviterjusqu’à un certain point en ajoutant un peud’essence de térébenthine à la colophane. Onadditionne quelquefois la colophane d’un peu deglycérine pour en renforcer l’action.

1.6 Techniques de soudureLes remarques générales suivantes sont valablespour la plupart des travaux de soudure :1. S’assurer que toutes les surfaces à souder sont

totalement débarrassées de tout corps étranger(saleté, oxyde, matière grasse, etc.). Si possible,les éléments à souder doivent être assemblésmécaniquement, de telle sorte que la soudureaura seulement pour fonction de maintenirl’assemblage, comme la colle de menuisiermaintient un assemblage en bois.

2. Utiliser la soudure et le décapant correspon-dant au type de soudure à effectuer. Se rappe-ler que le point de fusion du décapant doit êtreplus bas que le point de fusion du type de sou-dure utilisée.

3. Chauffer les parties à souder juste assez pourfaire fondre la soudure : la soudure ne prendpas sur des surfaces non chauffées. Mais onfera très attention à ne pas trop chauffer lasoudure, les fers à souder ou les parties àsouder; en règle générale, la soudure ne doitpas être chauffée au-delà de la températurerequise : l’élévation de la température de lasoudure fondue accroît le taux d’oxydation et,si la surchauffe se produit au contact de l’air,l’oxydation fait perdre plus d’étain que deplomb.

1.7 Connexions électriquesPour souder les connexions électriques, employerune soudure à âme de colophane. La raison estqu’il est habituellement difficile, voire mêmeimpossible, de faire disparaître le décapant acidedes appareils électriques, qu’il s’agisse de déca-pant incorporé à la soudure ou de décapant appli-qué au pinceau. Or l’acide qui reste une fois la


23 Outillage et techniques utiles 1.10

soudure faite provoque une corrosion indésirable.Pour souder des fils électriques, placer le fer à sou-der (la panne) sous l’épissure à souder, en assu-rant le contact le plus large possible de manière à

Assemblages électriquesA Soudure à âme de colophaneB Fer à souder

permettre le plus grand transfert de chaleur pos-sible; appliquer la soudure à âme de colophanesur l’épissure (voir figure). Éviter de trop chaufferles pièces électriques.

1.8 Soudure à la lampe à souderLa lampe à souder est souvent utilisée pour lespetits travaux ou pour les endroits peu accessi-bles. On peut utiliser une lampe au propane ou àl’alcool. La technique consiste en général à faireagir la flamme de la lampe sur les surfaces a sou-der et à appliquer ensuite la soudure froide,baguette ou fil : les surfaces chauffées feront fon-dre cette soudure. Au fur et à mesure, en enlèverala soudure en excès au moyen d’un torchonhumide avant qu’elle ait le temps de durcir.

Tirages héliographiques et diazo

Se procurer deux plaques de verre d’environ25 x 35 cm. Les border avec une ganse adhésiveet les réunir par leur plus grand côté au moyend’un adhésif formant charnière.

1.9 Tirages héliographiquesPlacer une feuille de papier héliographique, faceverte en dessus, sur l’une des plaques de verre;placer l’objet à reproduire sur le papier (voirfigure) : un négatif photographique, une feuille

d’arbre ou un morceau de dentelle donneront debons résultats. Les maintenir en place au moyende la deuxième plaque de verre. Les exposer ausoleil de 20 secondes à plusieurs minutes, selon

l’intensité de la lumière solaire. Rincer le papieren le mettant dans une cuvette d’eau pendantquelques minutes : toute la couche sensible nonexposée sera entraînée. Mettre à sécher sur unetable à la surface lisse et bien plate.

1.10 Tirages diazoMême technique que pour les tirages hélio jus-qu’au stade du lavage : dans ce cas, ce n’est pas del’eau qu’on utilise, mais des vapeurs d’ammoniac.On exposera le papier à ces vapeurs pendant quel-ques minutes, dans un grand bocal. Le papier ces-sera alors d’être sensible à la lumière (voir figure).

Ces expériences peuvent inciter certains élèvesà effectuer des travaux en utilisant les produitsphotographiques, plus sensibles : se renseigner

A CouvercleB Bocal à large goulotC Papier diazoD Ammoniaque ordinaire

du commerceE Vapeurs d’ammoniac



auprès des commerçants locaux pour le dévelop-pement des films et des papiers photographiques.

1.11 Fabrication de papier héliographiquePréparer des solutions de ferricyanure de potas-sium (10 g pour 50 cm3 d’eau) et de citrate doubleammoniaco-ferrique (10 g pour 50 cm3 d’eau) :ces solutions doivent être préparées séparément ettenues à l’abri de la lumière. Pour l’utilisation. les

mélanger par quantités égales en lumière atténuéeet les mettre dans une cuvette plate en verre ouune cuvette émaillée. On rend le papier sensible enpassant cette solution à sa surface au moyen d’unpinceau large et doux, ou encore en laissant flotterle papier à la surface du liquide pendant quelquessecondes. Le papier, une fois sensibilisé, sera misà sécher en le suspendant dans la chambre noire.

Fabrication d’instruments d’usage général

Instruments de pesage

1.12 Balance simpleA l’aide d’une pointe, faire quatre trous dans unevieille boîte à conserves, en les espaçant régulière-ment sur la circonférence; y faire passer des boutsde ficelle qu’on attachera ensemble et fixer ce pla-teau de balance à un bracelet de caoutchouc sus-pendu à un clou (voir figure). Si l’on ne disposepas de poids, on peut établir une graduation enversant dans la boîte des volumes d’eau connus grâce à un récipient gradué et en traçant desrepères sur la colonne support, à la hauteur dubord du plateau. On cherchera ensuite des cail-loux qui provoqueront des allongements équiva-

simple

lents du caoutchouc, et on les marquera pour s’enservir ultérieurement comme poids. On peut aussiutiliser des pièces de monnaie.

1.13 Peson à ressortUn peson à ressort à boudin risquera moins de sedétériorer si le ressort est enfermé dans un tube.La lecture se fait à l’extrémité inférieure du tubesur un curseur de bois gradué qui coulisse à l’inté-rieur du tube (voir figure). Commencer par enrou-ler le ressort et le fixer par un petit piton à oeillet àun embout (plastique ou bambou) bien ajusté àl’intérieur du tube. Fixer l’autre extrémité duressort au moyen d’une agrafe métallique à uncylindre de bois coulissant dans le tube. Fixer

1.14 Balance romaine

1.13 Peson à ressort


25 Fabrication d’instruments d’usage général 1.16

l’embout au sommet du tube et y visser un crochetde suspension. Visser un autre crochet au curseurcoulissant : on peut alors porter des graduationssur ce curseur.

1.14 Balances romainesOn peut improviser des balances romaines (oupesons) avec des bouts de tuyaux de plomb ou defer servant de contrepoids et des boucles de fil defer servant de couteaux (voir figure).

Le fléau peut être soit en bois, soit en métal :dans ce dernier cas, on peut faire à la lime, surl’arête inférieure du fléau, des encoches corres-pondant à différents poids.

1.15 Balance de précision à contrepoidsSe procurer un petit boulon qui s’ajuste exacte-ment à l’intérieur d’une paille (chalumeau pourboire les boissons fraîches); l’adapter à l’une desextrémités et donner quelques tours de vis. Repé-rer à peu près le point d’équilibre de cet ensembleet piquer une aiguille à coudre dans la paille pourservir de pivot. Pour une meilleure stabilité, letrou sera légèrement au-dessus de l’axe de la paille(voir figure).

Balance de précision à contrepoids

Tailler en biseau l’autre extrémité de la paille.Une fois l’aiguille en place, la mettre à cheval surles bords de deux lamelles de microscope (ou dedeux lames de rasoir) disposées parallèlement etmaintenues par une planchette et un bracelet decaoutchouc. Régler le boulon pour que la pailleforme un angle d’environ 30 degrés par rapport àl’horizontale. Placer un petit carton verticalementderrière le biseau de la paille en le maintenant aumoyen d’une pince à linge ou d’une planchette etd’une punaise : ce carton portera les graduations.

Suspendre au biseau qui peut servir de petitplateau un cheveu, ou un bout de papier de soieet repérer l’abaissement du fléau. Pour une mesureil faut étalonner la balance. On peut utiliser dupapier d’aluminium (provenant de paquets decigarettes) pour en faire de petits poids.

Couper ce papier d’aluminium en petits carrésde 1 mg, 2 mg, etc., et les placer dans le « pla-teau » au moyen de petites pinces faites de fil decuivre coudé. Repérer les positions du fléau cor-respondant aux divers poids et les inscrire sur lecarton. On peut faire varier la sensibilité de labalance en agissant sur le boulon.

1.16 Balance de précision à fléau et plateauxPour faire cette balance, il faut disposer d’unepince à linge, d’une aiguille à tricoter rigided’environ 30 cm de long, de deux épingles ouaiguilles et d’un support tel que bouteille à lait oubocal à conserves (voir figure).

Le fléau est constitué par l’aiguille à tricoterpassant dans le trou du ressort de la pince à linge.Les couteaux sont les deux aiguilles ou épingles,une de chaque côté de la pince à linge, un peu au-dessous du trou où passe l’aiguille à tricoter.Celle-ci doit être équilibrée de chaque côté del’épingle à linge et peut être bloquée par un petitcoin de bois. Les mâchoires de la pince à linge,dirigées vers le bas, serrent un crayon qui sertd’aiguille indicatrice. Les plateaux sont constituéspar deux couvercles de boîtes métalliques percéssur leur pourtour de trous régulièrement espacés.Des ficelles passées dans ces trous sont attachées

Balance de précisionà fléau et plateaux


1.17 Ressources. installations et techniques 26

ensemble et suspendues au fléau par une boucle.Une fois les plateaux équilibrés, il est recom-mandé de faire un trait de lime sur l’aiguille àtricoter pour que les boucles ne glissent pas surcelle-ci. Enfin, une échelle graduée sera placée àl’intérieur du bocal en face de l’aiguille indica-trice.

On peut utiliser comme poids des pièces demonnaie, des capsules de bouteille, des allumettes,etc., étalonnées au moyen de poids marqués. Si onne dispose pas de poids marqués, on peut mettredeux fioles identiques dans les deux plateaux, etverser dans l’une des quantités d’eau connues,mesurées dans un verre gradué. Faute de mieux,une vieille seringue graduée en centimètres cubespeut servir de doseur pour de très petites quantitésd’eau. On peut improviser un système de poidsdivisionnaires en suspendant au fléau un anneaude fil métallique.

Instruments d’optique

1.17 Loupe facile à réaliserEnrouler un fil de cuivre autour d’une pointe un seul tour; plonger dans l’eau la boucle ainsiobtenue, la retirer et regarder au travers. Voiciune loupe semblable aux premières loupes qu’onait faites. L’agrandissement est souvent de l’ordrede quatre ou cinq fois (voir figure).

Si on tapote avec cette loupe le rebord duverre, une gouttelette d’eau se détache : mais, parsuite de l’adhérence de l’eau et du fil de cuivre, leliquide restant forme une lentille très mince à soncentre, donc une lentille concave.

1.18 Une goutte d’eau formant loupeDéposer délicatement une goutte d’eau sur uneplaque de verre. Approcher l'oeil tout près de lagoutte et observer quelque chose de très petit àtravers cette goutte et la plaque de verre : on cons-tatera que ce système simple fonctionne commeloupe.

1.19 Modèle réduit de longue-vuePlacer une lentille à longue distance focale àl’extrémité d’un banc d’optique (voir chapitredeux, expérience 2.219) en dirigeant l’ensemblevers un paysage vu par la fenêtre. Disposer del’autre côté de la lentille un rectangle de cartonblanc, en cherchant l’endroit où l’image dupaysage donnée par la lentille est la plus nette.Placer alors une lentille à courte distance focalederrière ce carton en la rapprochant jusqu’à ceque la distance entre le carton et cette lentille soitlégèrement inférieure à sa distance focale. Retirerle carton et regarder le paysage à travers les deuxlentilles.

1.20 Projecteur de diapositives ou de films fixesLe socle de l’appareil sera constitué par uneplanche de 40 x 10 cm et de 3 cm d’épaisseur. Lepasse-film sera une planchette de contre-plaqué de25 x 10 cm, fixée dans une rainure sur le socle.Une ouverture de 35 x 23 mm ménagée danscette planchette servira de fenêtre pour que lalumière ne traverse qu’une seule des vues du film.Le film sera pressé contre cette fenêtre, en posi-tion verticale, au moyen de guides réalisés avecdes « trombones » ou clips de bureau : ceux-ci selaissent facilement plier à la largeur du film; oncoupe ensuite les extrémités et on les affûte à lalime afin de pouvoir les enfoncer dans le contre-plaqué. II est inutile de prévoir des bobines : lefilm sera déroulé à la main; il suffit de tirer surl’extrémité et il s’enroule sur lui-même suffisam-ment pour tenir en place (voir figure).

La lampe une ampoule de phares d’auto-mobile dont la douille sera encastrée dans unsocle sera réglable. On la fera coulisser entredeux règles de bois clouées au socle de l’appareil.Le condenseur sera constitué par une carafe ou unballon rempli d’eau et disposé de telle sorte que


Fabrication d’instruments d’usage général 1.21

diapositives ou films fixes

l’image de la lampe qu’il donne couvre la totalitéde la fenêtre. Une fois mis en place, lampe etcondenseur seront collés au socle.

La lentille servant d’objectif sera pourvued’un manche de bois modérément serré dans untrou prévu pour le recevoir et percé dans un blocde bois qui, comme le support de la lampe, pourraglisser entre deux guides de bois. On peut alorsrégler la position de la lentille en enfonçant plusou moins le manche dans le trou où il est fixéjusqu’à ce que lampe, condenseur et objectifsoient à la même hauteur.

II convient de prévoir un couvercle recouvrantlampe et condenseur (en pointillé sur le dessin).L’obscurité est nécessaire pour faire une séancede projections avec cet appareil. Les projecteursdu commerce utilisant des ampoules de 100 wattspeuvent être employés dans une demi-obscurité,mais l’évacuation de la chaleur dégagée par lalampe pose alors des problèmes très difficiles.

1.21 MicroprojecteurLe système optique de cet appareil est le mêmeque celui du projecteur de vues fixes. La dif-férence, du point de vue de la construction, estdue à la dimension des objets projetés (plaquespour examen au microscope ou autres objetsmontés de même manière) et à la nécessité d’uti-liser un objectif à très courte distance focale pourobtenir un fort agrandissement. La lampe seraconstituée par une ampoule de phare d’auto, lecondenseur par une petite ampoule de verre de 1,5

à 2 cm de diamètre fabriquée par soufflage dansun tube de verre, et l’objectif sera l’objectif d’unmicroscope ordinaire.

Pour réaliser le socle de l’appareil, on fera unesorte d’auge en bois de 10 x 7 cm et 4 cm d’épais-seur en clouant deux tasseaux de 4 cm sur lesbords d’une planche de 10 x 5 cm et de 1 cmd’épaisseur. Ces dimensions ne sont pas impéra-tives et on peut les modifier selon les dimensionsdes autres parties de l’appareil. A une extrémitédu socle, on fixera un porte-objectif constitué parune plaque de contre-plaqué de 9 x 7 cm percéed’un trou de 2,5 cm.

Une boîte à lumière rectangulaire sera ajustéedans la gouttière. On l’improvisera facilement enfixant une ampoule de phare avec sa douille dansune boîte à conserves rectangulaire. On percerades trous de ventilation tout autour du haut et dela base de cette boîte. Un trou de 1,5 cm de dia-mètre maintiendra le condenseur, qui sera solide-ment fixé par des fils de cuivre passant autour deson col et dans des trous percés dans la boîte.

Le porte-objet sera placé dans des encochestaillées sur les côtés de la gouttière et qui le main-tiendront en position verticale de telle sorte que lalumière venant du condenseur le traverse. Pourdéterminer l’emplacement des encoches, on pro-cédera comme indiqué plus loin.

L’objectif du microscope doit être bien ajustédans une ouverture découpée dans une plaque decontre-plaqué de 7 x 4 cm. Celle-ci sera plaquéecontre le porte-objectif par une pince à pantalonpour cycliste. L’objectif doit être disposé de tellesorte que les lentilles soient dans l’are du systèmeoptique.



Sur la figure, les divers éléments sont repré-sentés plus éloignés qu’ils ne doivent être en réa-lité, ceci pour mieux montrer leurs positions rela-t ives . Pour monter l ’apparei l , on avanceraensemble le porte-objet, la boîte à lumière et lecondenseur de telle sorte que la lumière traversel’objectif en donnant une image celle d’unspécimen botanique par exemple sur un verredépoli de 30 cm de côté placé à environ 60 cmde l’avant de l’appareil. Une fois qu’on auradéterminé l’emplacement du porte-objet, on pra-tiquera à la scie, dans les côtés du socle, lesencoches destinées à le recevoir, leur emplace-ment restant fixe pour toutes les autres projectionsà faire. On peut également utiliser cet appareilpour projeter des anneaux de Newton ou des phé-nomènes de diffraction.

1.22 Utilisation d’un microscope commemicroprojecteur

A condition d’utiliser une source lumineuse trèsbrillante, on peut renvoyer sur un écran, à l’aided’un miroir, l’image fournie par l’oculaire d’unmicroscope composé. Un projecteur de vues fixespuissant convient bien à cet usage.

Sources de chaleur

1.23 Brûleur à bougiesDes bougies peuvent tenir lieu de brûleur si on lesfixe au fond d’une boîte à conserves ou d’un cou-vercle dans un peu de cire fondue. Le résultat serameilleur si l’on s’arrange pour que les bougiesaient à peu près la même longueur (voir figure).

1.24 Réchaud très simple à charbon de boisUtiliser une grande boîte à conserves d’au moins10 cm de diamètre. A mi-hauteur environ, tracerl’emplacement de 6 fenêtres triangulaires répar-ties sur le pourtour de la boîte, comme le montrela figure, et découper les côtés inférieurs de cestriangles, sans toucher à la base supérieure.Recourber les pointes vers l’intérieur de la boîte :elles serviront de grille pour le charbon de bois.Limer les rebords des fenêtres et percer des trouspour l’arrivée de l’air.

1.23 Brûleur à bougies 1.24 Réchaud àcharbon de bois

1.25 Lampe à alcool faite d’une bouteille à encreSe procurer une bouteille à encre pourvue d’unbouchon métallique à vis. A l’aide d’un clou, per-cer un trou au centre du bouchon, et l’élargir en yfaisant pivoter un tiers-point jusqu’à ce qu’il ait 8à 10 mm de diamètre. Polir les bords au moyende quelque objet rond et dur. Découper, dans uneboîte à conserves ou une feuille peu épaisse, enmétal doux, un rectangle d’environ 2,5 x 4 cm etl’enrouler sur un morceau de tube ou sur unebaguette ronde d’un diamètre tel qu’on obtienneun tuyau s’ajustant dans le trou du bouchon de labouteille. Introduire ce tuyau dans le bouchon demanière à ce qu’il dépasse d’environ 1 cm à l'inté-rieur. On peut souder ce tube sur le bouchon etsouder également le tube sur sa longueur. Lamèche sera constituée par des bouts de coton, unmorceau de serviette éponge ou des fils de cotonréunis en torsade. La mèche doit aller jusqu’aufond de la bouteille et s’y étaler largement. Utili-ser de l’alcool dénaturé ou de l’alcool à brûler.

Dans les pays chauds, il faut prévoir un capu-chon pour couvrir la mèche en dehors despériodes de service. Un vieux capuchon de stylopeut faire l’affaire. Si l’on dispose d’une cartouchede fusil en cuivre, la douille, découpée au bonendroit avec une scie à métaux peut servir à faireaussi bien le tube que le capuchon (voir figure).

1.26 Le brûleur BunsenSi l’on ne dispose pas déjà d’un bec Bunsen, il està la fois facile et instructif d’en fabriquer un avecdes matériaux de récupération. II n’existe aucunimpératif précis quant à la taille : tout dépend de


29 Fabrication d’instruments d’usage général 1.28

cc qu’on a sous la main. Les tubes de cuivre peu-vent avoir environ 1 cm de diamètre, mais si ceuxdont on dispose ont d’autres dimensions, onpourra essayer tout de même.

Faire fondre des morceaux d’étain de récupé-ration sur un réchaud à gaz, dans une boîte àconserves solide ou dans un vieux pot, et verserl’étain fondu dans une boîte à cirage. On obtien-dra ainsi un socle lourd [A sur la figure] (on peutlaisser en place la, boîte à cirage). On y percerades trous verticaux et horizontaux comme lemontre la figure : ils recevront les tubes decuivre B et C. Ceux-ci seront d’un diamètre légè-rement plus réduit à l’une de leurs extrémités et onles fera pénétrer à force dans le socle. Le tuyaud’alimentation B doit pénétrer d’environ 2 cmdans le socle, tandis que le tuyau brûleur C doitêtre très peu enfoncé verticalement. Après avoirvérifié que le tube C a la dimension convenable,on y coulera un bouchon de plomb en versant duplomb fondu autour d’une aiguille bien graissée,placée dans l’axe du tube. En retirant l’aiguille ondégagera un orifice qui constituera l’injecteur.Pour faciliter l’opération, on peut placer le tubedans un trou peu profond percé dans un bloc debois. l’aiguille étant centrée avec précision dansl’axe du tube.

Des tubes de cuivre de diamètre appropriésont nécessaires pour fabriquer la cheminée D etla virole de réglage de l’arrivée d’air E dans les-quels il convient de découper des trous d’arrivéed’air d'égales dimensions. Si on éprouve de la dif-ficulté à réaliser une virole en cuivre, on peut laremplacer par un tuyau de fer-blanc, mais l’aspectsera moins joli. Si D ne s’ajuste pas très bien surle tube C, on peut le consolider avec de la résineépoxy. La meilleure manière de faire les trousd’arrivée d’air dans D et E est d’y passer desbaguettes rondes maintenues dans un étau. Cesbaguettes seront légèrement effilées pour qu’ellespénètrent mieux. On aplatira légèrement les tubesà la lime et on les percera au moyen d’une mèchede 5 mm. On finira les trous à la lime ronde, quiservira aussi à polir l’intérieur de la virole pourqu’elle tourne librement sur D. On soudera sur D,juste au-dessus de la virole, un anneau de fil de

1.26 Brûleur Bunsen1.25 Lampe à alcool A Socle en plomb

B Tuyau d’arrivée du gaz,en laiton

c Injecteur en laitonD CheminéeE Arrivée d’air (adaptée à

celle de D) ou viroleF Anneau en fil de cuivre

cuivre F pour empêcher le réglage d’arrivée d’airde glisser et de se perdre.

Avec des arrivées d’air doubles, c’est-à-diretraversant le tube de part en part, il peut se faireque l’entrée d’air soit excessive : en fonction-nement, il arrive alors parfois que le gaz « brûleen dedans ». Ne pas laisser le gaz « brûler endedans » longtemps, car il peut alors arriver quel’injecteur, qui est en plomb, fonde et bouchel’orifice d’arrivée du gaz.

1.27 Utilisation du propaneLes bouteilles de gaz propane à jeter après usageconstituent une source de chaleur peu coûteuseet pratique. On les trouve dans des dimensions etdes présentations variées et elles sont à utiliserquand on ne dispose pas du gaz de ville.

Appareils de mesure

1.28 Calorimètre simpleOn peut trouver de petites boîtes à conserves (depotage ou de sauce par exemple) qui s’adaptentsans frotter au goulot d’un bocal à confiture. Endécoupant soigneusement le couvercle avec unbon ouvre-boîtes à roulette, on peut confection-ner un excellent calorimètre (voir figure).



Pour empêcher la boîte de tomber dans lebocal, on peut soit entourer le bord d’un fort bra-celet de caoutchouc, soit y découper des encochespuis le rabattre légèrement vers l’extérieur. Cetype de suspension ainsi que la faible conductivitédu verre et de l’air contribuent à l’efficacité ducalorimètre.

Dans certains pays, on trouve des gobelets depolystyrène expansé; ils constituent d’excellentscalorimètres. On peut aussi faire des calorimètresavec deux boîtes à conserves en fer-blanc ou deuxgobelets en verre. On les choisira de telle sorteque l’un entre dans l’autre en laissant un espaceintermédiaire d’au moins 1 cm, qu’on garnira delaine de verre ou de papier froissé.

1.29 Verre ou éprouvette graduésChoisir plusieurs bocaux de verre cylindriques dedimensions assorties : les bocaux à olives sonttrès pratiques pour la réalisation d’éprouvettesgraduées. Coller verticalement à l’extérieur unebande de papier d’environ 1 cm de large jusqu’à1 cm du bord environ. Se procurer ensuite uneéprouvette graduée du commerce, de capacité àpeu près identique, et, après l’avoir remplie d’eau,transvaser son contenu dans le bocal jusqu’à ceque le niveau atteigne presque le sommet de labande de papier. Tracer une ligne transversale surcelle-ci et, au-dessous, noter le nombre de centi-mètres cubes d’eau qui a été transvasé. Recom-mencer avec de plus petites quantités pour com-pléter la graduation.

Autres suggestions pratiques

1.30 Petit trépied de chauffageOn peut réaliser un trépied simple et pratique endécoupant les parois d’une boîte à conserves. IIest bon d’en fabriquer deux ou trois qui s’adapte-ront aux différents types de brûleur et servirontaussi de supports pour ballons, cornues, etc. Onpercera des trous sur le pourtour supérieur afin delaisser échapper les produits de la combustion(voir figure).

1.31 Bain-marieOn peut fabriquer un bain-marie à l’aide d’unvieux bidon à huile. On verse de l’eau dans lebidon et on la chauffe par en dessous. On fabriqueun porte-tube en enroulant autour de celui-ci unfil de cuivre torsadé qui fait un manche. Le pro-duit à chauffer sera placé dans le tube et l'on pro-cédera comme le montre la figure.

1.32 Production d’eau distilléeUne bouilloire fournira la vapeur, qui viendra secondenser dans un pot à confiture pourvu d’un


31 Solutions chimiques

grand bouchon et plongé dans une cuvette d’eaufroide. Le joint peut être un tuyau de caoutchouc,une bande d’adhésif ou de la pâte à modeler (voirfigure).

1.33 ÉtuvePour réaliser une étuve, utiliser une grande boîte àconserves. Fixer un thermomètre dans le cou-vercle grâce à un bouchon passant dans un trouqu’on y aura percé; la coupelle sera posée sur unbanc de treillis métallique placé dans le fond de laboîte (voir figure).

1.34 Pince pour tubes à essaiPour faire une pince pour tubes à essai, plier dufort fil d’acier ou de laiton faisant ressort commele montre la figure. Le fil de cintres à vêtementsconvient parfaitement (voir figure).

1.35 Brucelles de laboratoireLes bandes d’acier flexibles (feuillard) utiliséespour les expéditions de colis ou de malles peuventservir à fabriquer des brucelles ou pinces très pra-tiques (voir figure).

Les brucelles de la figure ont environ 12 cm delong. Une d’elles peut être obtenue en soudant à labrasure ou en rivant deux bandes de feuillard quiseront ensuite courbées et coupées selon lemodèle. L’autre paire a été faite avec un seul mor-ceau de feuillard de 25 cm de long. Pour formerl’arrondi du ressort, on a enroulé le milieu duruban autour d’une tige de fer de diamètre appro-prié; puis on a taillé et courbé les mâchoirespour leur donner la forme et la dimension pré-vues.

Solutions chimiques

1.32 Production d’eau distillée

1.33 Étuve

1.34 Pince pour tubes à essai

1.35 Brucelles de laboratoire

La plupart des réactions chimiques étudiées dans qui est intéressant; c’est lui qui subit les transfor-les cours d’initiation scientifique sont celles obte- mations chimiques. Néanmoins, bien qu’il s’agissenues entre solutions. Normalement, c’est le pro- là d’une règle très généralement valable, il y a desduit dissous dans l’eau (ou dans un autre solvant) exceptions. Dans ce livre, on étudiera plusieurs



cas où l’eau sera modifiée chimiquement, doncparticipera a la réaction chimique. Étant donnéque ce qui nous intéresse habituellement c’est leproduit dissous, il est important de savoir quelleest la quantité de ce produit (soluté) qui est effec-tivement présente dans un volume donné de solu-tion. Par exemple, le vinaigre est une solutiondiluée d’acide acétique : c’est l’acide acétique quidonne au vinaigre son goût aigre et il est doncimportant de connaître sa concentration. Levinaigre du commerce est la plupart du temps unesolution à 5%, c’est-à-dire que 100 g de vinaigrecontiennent 5 g d’acide acétique. Les pourcen-tages en masse sont une des manières de préciserla concentration d’une solution. Mais, étantdonne que les modifications chimiques font inter-venir des réactions entre molécules, on préfèresouvent exprimer la concentration en fonction desmolécules plutôt que des masses. Autrement dit,on cherchera à définir la concentration de tellesorte que des volumes égaux de deux solutionsdifférentes et de même concentration contiennentle même nombre de molécules. On appelle cela lamolarité. Dans ce livre, la concentration sera tou-jours exprimée en molarité, l’abréviation étant« M ». Si l’on écrit qu’une solution est de mola-rité 1 ou 1 M, ceci veut dire qu’un litre de cettesolution contient une mole de molécules (6,2 x1023 molécules) du soluté. La masse d’une mole demolécules est appelée masse molaire.

Préparation de solutions de molarité déterminée

Pour préparer une solution de molarité donnée, ilsuffit de déterminer la masse du nombre de molesde molécules correspondant à cette concentrationet de dissoudre cette masse de produit dans laquantité d’eau distillée nécessaire pour obtenirun litre de solution. Mais comment déterminer lamasse molaire? Un exemple va nous y aider.

Supposons qu’on veuille préparer une solution2 M de MgSO4. On déterminera d’abord la massede 2 moles de molécules de MgSO4. On trouverala masse d’une mole de molécules en additionnantles masses atomiques, c’est-à-dire d’une moled’atomes, pour tous les atomes représentés par la

formule, la somme étant donnée en grammes :

1 mole d’atomes de Mg : 1 x 24,3 = 24,31 mole d’atomes de S : 1 x 32,1 = 32,14 moles d’atomes de O : 4 x 16,0 = 64,0

Total 120,4(masse molaire)

Une mole de molécules de MgSO4, pèse donc120,4 g. On trouvera la masse de deux moles enmultipliant par deux. (On trouverait la masse den’importe quel nombre de moles en multipliantpar ce dernier nombre.) La masse de deux molesde molécules de MgSO4, est donc de 2 x 120,4 g =240,8 g. Pour obtenir une solution 2 M, on pèseradonc dans une balance 240,8 g de MgSO4 et on lesfera dissoudre dans de l’eau distillée. Une fois leproduit dissous, on ajoutera de l’eau jusqu’à ce quele volume total de la solution soit égal à un litre.On obtiendra une solution de même concentration(2 M) en faisant dissoudre une quantité de produitsolide égale à la moitié de la quantité ci-dessuspour 500 ml de solution, ou un quart de cettequantité pour 250 ml de solution.

Certains produits chimiques contiennent del’eau par hydratation ou cristallisation, c'est-à-dire que l’eau fait partie intégrante du cristalsolide. Pour ces sels, il convient de tenir compte del’eau dans le calcul du poids d’une mole du solideà partir de la formule. Ainsi, par exemple, le chlo-rure de magnésium cristallise selon la formuleMgCl26H2O : ce qui veut dire que 6 moléculesd’eau sont à inclure avec chaque unité (molécule)de MgCl2. La masse de cristaux contenant unemole de molécules de MgCl26H2O est donc lasuivante :

1 mole d’atomes de Mg : 1 x 24,3 = 24,32 moles d’atomes de Cl : 2 x 35,4 = 70,8

12 moles d’atomes de H : 12 x 1,0 = 12,06 moles d’atomes de O : 6 x 16,0 = 96,0

Total 203,l

La masse de cristaux MgCl26H20 contenant unemole de molécules de MgCl2, est donc 203,1 g.

Pour la plupart des solutions utilisées dans cet


33 Solutions chimiques 1.40

ouvrage, une concentration précise n’est pasnécessaire et l’on peut peser le produit à dissoudreau gramme près.

Préparation de réactifs

Les volumes sont donnés en millilitres (ml) et enlitres (1). Un millilitre équivaut à un centimètrecube (cm3 ou cc). Les masses sont données engrammes (g). La proportion par rapport à unesolution molaire (M = 1) est donnée dans denombreux cas. On utilisera de l’eau distilléecomme solvant.

Réactifs d’emploi général au laboratoire

1.36 Acides dilués, molarité 3Utiliser la quantité d’acide concentré indiquéepour faire un litre de solution diluée.Acide acétique : N = 3 (normalité 31). Utiliser

172 ml d’acide 17,4 M (à 99-100 %).Acide chlorhydrique : N = 3. Utiliser 258 ml

d’acide 11,6 M (à 35 % d’HC1).Acide nitrique : N = 3. Utiliser 195 ml d’acide

15,4 M (à 69 % d’HNO3).Acide sulfurique : N = 6. Utiliser 168 ml d’acide

17,8 M (69 % d’H2SO4). Dans le cas de l’acidesulfurique, le verser lentement dans les troisquarts du volume prévu d’eau et attendre quecette solution soit refroidie pour compléter àun litre.

1.37 Bases diluéesAmmoniaque ou hydroxyde d'ammonium, 3 M.

Diluer 200 ml de solution concentrée 14,8 M(soit une solution à 28 % de NH,) pour faireun litre de solution.

Chaux éteinte ou hydroxyde de calcium, 0,02 M.Solution saturée, soit 15 g de Ca(OH)2 pour unlitre. Mettre la chaux légèrement en excès, fil-trer le CaCO3 et tenir à l’abri du CO, de l’air.

1. La normalité d’un acide est le nombre de molesd’ions H+ par litre. Elle est égale à la molarité pour lesmonoacides.

Hydroxyde de sodium, 3 M. Faire dissoudre 126 gde soude solide (à 95 %) dans l’eau et complé-ter la solution à un litre.

Réactifs généraux

1.38 Électrolyte pour batterie (accumulateur auplomb)

Selon la charge, la densité relative de l’acide sul-furique varie comme suit : accumulateur en pleinecharge, 1,28; à mi-charge, 1,21; déchargé, 1,15.Ces chiffres sont approximatifs; il convient de seconformer aux instructions du fabricant, habi-tuellement inscrites sur la batterie, pour effectuerle remplissage et la première charge.

Pour préparer une solution d’acide sulfuriquede densité relative 1,28, on pourra procédercomme suit : verser, très lentement et en remuant,l’acide concentré dans un grand becher en Pyrexrempli aux trois quarts d’eau distillée jusqu’à ceque la solution soit presque bouillante; laisserrefroidir et ajouter de l’acide, en prenant lesmêmes précautions que ci-dessus, jusqu’à ce quela solution soit de nouveau sur le point de bouillir.Après l’avoir laissé refroidir jusqu’à ce qu’elle soità la température ambiante, régler la densité rela-tive en ajoutant de l’acide ou de l’eau selon lesindications données par le densimètre. Être tou-jours très prudent pour manipuler l’acide sul-furique concentré : porter des lunettes et des vête-ments protecteurs.

1.39 Eau régaleMélanger une partie d’acide nitrique concentréHNO3 et 3 parties d’acide chlorhydrique concen-tré (HCl). Il convient d’ajouter un volume d’eausi l’on doit conserver l’eau régale pendant quelquetemps, faute de quoi il peut y avoir production dechlore ou d’autres gaz indésirables.

1.40 Chlorure de bismuth, 0,17 MFaire dissoudre 53 g de chlorure de bismuth(BiCl3) dans un litre d’acide chlorhydrique (HCl),dilué à raison d’une partie d’HC1 concentré pour5 parties d’eau.



1.41 Nitrate de bismuth, 0,083 MFaire dissoudre 40 g de nitrate de bismuth(Bi(N03)3.5H2O), dans un litre d’acide nitrique(HNO3), dilué à raison d’une partie d’acidenitrique concentré pour 5 parties d’eau.

1.42 Sulfate cuivrique, 0,5 MFaire dissoudre 124,8 g de sulfate cuivrique(CuSO4.5H2O), dans de l’eau additionnée de 5 mld’acide sulfurique concentré (H2SO4). Diluer pourobtenir un litre de solution.

1.43 Chlorure ferrique, 0,5 MFaire dissoudre 135,2 g de chlorure ferrique(FeCl3.6H2O), dans de l’eau additionnée de 20 mld’acide chlorhydrique concentré (HCl). Diluerpour obtenir un litre de solution.

1.44 Sulfate ferrique, 0,25 MFaire dissoudre 140,5 g de sulfate ferrique(Fe2(S04)3.9H2O) dans de l’eau additionnée de100 ml d’acide sulfurique concentré (H2SO4,).Diluer jusqu'à obtenir un litre de solution.

1.45 Sulfate double ammoniaco-ferreux, 0,5 MFaire dissoudre 196 g de sulfate double ammo-niaco-ferreux (Fe(NH4SO4)2.6H2O) dans de l’eaucontenant 10 ml d’acide sulfurique concentré(H2SO4). Diluer jusqu’à un litre de solution. Lesrésultats seront meilleurs avec une solutionfraîche.

1.46 Sulfate ferreux, 0,5 MFaire dissoudre 139 g de sulfate ferreux (FeSO4.7H2O), dans de l’eau contenant 10 ml d’acide sul-furique concentré (H2SO4). Diluer pour obtenirun litre de solution. Cette solution se garde mal.

1.47 Eau de chauxLa chaux est peu soluble dans l’eau, mais on pré-parera facilement la solution à utiliser en classeen ajoutant 10 g de chaux éteinte à 1 000 ml d’eaudistillée. Agiter, laisser reposer et décanter leliquide clair.

1.48 Solution de tournesolRéduire en poudre le tournesol et le faire bouillir

avec de l’eau pendant cinq minutes. Filtrer lasolution et la conserver dans une bouteille. Il seranécessaire de renouveler la solution de temps entemps.

1.49 Nitrate mercureuxU t i l i s e r u n e p a r t i e d e n i t r a t e m e r c u r e u x(Hg2(NO3)2) pour 20 parties d’eau et une partied’acide nitrique concentré (HNO3).

1.50 Eau de merOn peut obtenir un utile équivalent de l’eau demer en dissolvant dans 2 litres d’eau les produitssuivants :

45,0 g de chlorure de sodium3,5 g de sulfate de magnésium5,0 g de chlorure de magnésium2,0 g de sulfate de potassium

1.51 Sulfure de sodium, 0,5 MFaire dissoudre 120 g de sulfure de sodium(Na2S.9H2O) dans de l’eau pour un litre de solu-tion; ou encore, saturer par H2S 500 ml d’hy-droxyde de sodium, 1 M (21 g de soude solide à95 %), en refroidissant la solution, et diluer dans500 ml de NaOH, 1 M.

1.52 Chlorure stanneux, 0,5 MFaire dissoudre 113 g de chlorure stanneux(SnC12.2H2O) dans 170 ml d’acide chlorhydriqueconcentré (HCl), en chauffant si besoin est. Ajou-ter de l’eau pour obtenir un litre de solution.Ajouter quelques morceaux de papier d’étain.Renouveler fréquemment la solution.

Solutions et réactifs spéciaux

1.53 AlliagesAlliages à bas point de fusion. On peut les réalisersur un bec Bunsen. Si l’alliage contient à la fois dubismuth et du plomb, faire d’abord fondreensemble le bismuth et le plomb et ajouter ensuiteles autres éléments. Ne pas chauffer plus qu’iln’est nécessaire, pour éviter une oxydation exces-sive. Les proportions sont données en masses.



Alliage Plomb Étain Bismuth Cadmium

Alliage de Wood 4 2 7 1Soudure 1 1 0 0Alliage pour fusibles

électriques 8,5 2,5 1,3 0

Alliages à point de fusion élevé. On peut les réaliserdans un four. Faire fondre d’abord le cuivre,ajouter ensuite les autres métaux.

Alliage Cuivre Étain Zinc

Bronze 80 5 15Laiton malléable 58 0 42Laiton pour moulages 72 4 24

1.54 Liqueur de Bénédict (réactif qualitatif duglucose)

Faire dissoudre à chaud 173 g de citrate de sodiumet 100 g de carbonate de sodium anhydre(Na2CO3) dans 800 ml d’eau. Filtrer si nécessaireet ajouter de l’eau pour obtenir 850 ml de solu-tion. Dissoudre 17,3 g de sulfate cuivrique(CuSO4.5H2O) dans 100 ml d’eau. Verser cettedernière solution, en agitant constamment, dansla solution de carbonate et de citrate et diluerpour obtenir un litre de solution.

1.55 Bleu de bromothymolFaire dissoudre 0,5 g de bleu de bromothymoldans 500 ml d’eau. Ajouter une goutte d’hydro-xyde d'ammonium qui donnera à la solution unecoloration bleu foncé.

1.56 Colles ou cires et masticsLes indications ci-dessous permettront de pré-parer facilement des colles et mastics.

CollesColle inattaquable par les acides : 1 partie de dis-

solution de caoutchouc; 2 parties d’huile delin; 3 parties de blanc de terre à pipe.

Ciment pour aquariums : a) Mélanger en parties

égales de la fleur de soufre, du chlorured’ammonium et de la limaille de fer. Ajouterde l’huile de lin bouillie et mélanger intime-ment le tout. Ajouter du blanc de céruse pourformer une pâte consistante. Ce ciment doitêtre appliqué tant qu’il est encore fluide.

b) Mélanger du minium avec une quantitésuffisante de vernis d’apprêt pour obtenir unepâte assez molle et appliquer immédiatement.Laisser durcir plusieurs jours et laver l’aqua-rium à grande eau avant de l’utiliser.

Colle pour celluloïd : des fragments de celluloïdsont solubles dans l’acétone ou l’acétated’amyle. On obtient ainsi une colle qui peutêtre utile pour la fabrication de petits accus.

Colle pour le fer : 90 parties de limaille de fer fine,1 partie de fleur de soufre, 1 partie de chlorured’ammonium. Former une pâte en ajoutantde l’eau juste avant de s’en servir.

MasticsMastic de Chatterton : 1 partie de poix d’Arkhan-

gelsk, 1 partie de résine. Mélanger et ajouter3 parties de caoutchouc crêpe coupé en petitsmorceaux.

Mastic de Faraday : 5 parties de résine, 1 partiede cire d’abeilles, 1 partie d’ocre jaune. Mélan-ger dans une boîte à conserves la résine et lacire et ajouter l’ocre en remuant.

1.57 Solution de Clarke à base de savon (pourapprécier la dureté de l’eau)

Faire dissoudre 100 g de savon blanc pur enpoudre dans un litre d’alcool éthylique à 80 degréset laisser reposer pendant une nuit (solution A).

Préparer une solution titrée (B) de chlorure decalcium (CaCl2) en faisant dissoudre 0,5 g de car-bonate de calcium (CaCO3) dans de l’acide chlo-rhydrique (HCl) (densité 1,19), neutraliser àl’hydroxyde d’ammonium (NH4OH) faire ensorte que la solution présente au tournesol uneréaction légèrement alcaline et diluer pourobtenir 500 cm3 de solution : un millilitre équi-vaut à 1 mg de CaCO3.

Titrer la solution A avec la solution B (solu-tion A dans la burette). Diluer A avec de l’alcooléthylique à 80 degrés jusqu’à ce qu’un ml de lasolution résultante soit équivalent à 1 ml de B, en



tenant compte du facteur moussant (quantité desolution de savon dans l’alcool nécessaire pourproduire une mousse persistante dans 50 cm3

d’eau distillée). Un centimètre cube de la solutionA résultante, après déduction du facteur mous-sant, correspond à 1 mg de CaCO3.

1.58 Hydroxyde cuivrique ammoniacal ou réactifde Schweitzer (dissout le coton, le lin et lasoie, mais pas la laine)

a) Faire dissoudre 5 g de sulfate cuivrique dans100 ml d’eau bouillante et ajouter de l’hydroxydede sodium (soude) jusqu’à précipitation complète.Laver soigneusement le précipité et le faire dis-soudre dans la quantité minimale d’hydroxyded’ammonium.

b) Faire barboter lentement de l’air dans300 ml d’hydroxyde d’ammonium concentrécontenant 50 g de cuivre en copeaux fins; pour-suivre l’opération pendant une heure.

1.59 Noir matCe noir est utile pour l’intérieur des appareilsd’optique (chambres noires, etc.) où il amortirales réflexions indésirables, évitera la diffusion desrayons et assurera des images plus nettes. Mélan-ger du noir de fumée à du vernis d’apprêt et ajou-ter de l’essence de térébenthine, en remuant cons-tamment, jusqu’à obtention d’un mélange suf-fisamment fluide pour pouvoir être utilisé commepeinture.

1.60 TeinturePour teindre du coton, il convient d’éliminerd’abord l’apprêt du tissu. On y parvient en lefaisant bouillir pendant 5 minutes dans une solu-tion d’acide chlorhydrique (HCl) dilué à raisond’une partie d’acide concentré pour 10 partiesd’eau. La formule suivante constitue une bonneteinture :

Rouge Congo : 0,5 gNaHCO3 (hydrogénocarbonate de sodium) :

2,0 gNa2SO4 (sulfate de sodium) : 1,0 gH2O (distillée) : 200,0 ml.

On fera bouillir le tissu dans cette solution pen-

dant 4 à 5 minutes, puis on le rincera à l’eaufroide et on le fera sécher.

On peut utiliser, au lieu de rouge Congo, dubleu de méthylène ou de la primuline (brune). Onmélangera d’abord les teintures et les sels et onles versera ensuite dans l’eau, lentement et enremuant constamment.

La soie, la rayonne ou la laine blanches peu-vent être teintes de la même manière. Faire chauf-fer un morceau de tissu de coton blanc dans unesolution diluée de (NH4)2SO4 (sulfate d’ammo-nium) pendant 10 minutes. Le laisser quelquesminutes dans NH4OH dilué (hydroxyde d’ammo-nium) avant de rincer. La soie blanche peut êtremordancée par ébullition pendant 5 minutes dansune solution d’acide tannique. La laisser ensuitequelques minutes dans une solution d’émétique.On pourra étudier l’efficacité du mordançage enfaisant bouillir pendant quelques minutes desmorceaux mordancés et des morceaux non mor-dancés de coton et de soie dans une solutiond’alizarine; ensuite rincer et faire sécher.

Faire bouillir 5 minutes des échantillons decoton mordancé et non mordancé et de soie mor-dancée et non mordancée dans une solution devert malachite (ou de bleu de méthylène). Rinceret faire sécher. On obtient la solution de vertmalachite en faisant dissoudre 1 g de teinturedans 200 g d’eau. Acidifier d’autre part 200 gd’eau à l’acide acétique et ajouter à cette eau aci-difiée 40 g de la solution de teinture.

La coloration des fibres par des teintures ditesimprégnées ou développées exige l’emploi de troissolutions. La première s’obtient en faisant dis-soudre 0,1 g de primuline et 0,1 g de NaHCO3

(hydrogénocarbonate de sodium) dans 100 cm3

d’eau. Faire bouillir pendant 1 minute dans cettesolution une bande de coton dépourvu d’apprêt,puis la transférer dans la deuxième solution.Celle-ci s’obtient en ajoutant 0,5 g de NaNO2

(nitrite de sodium) et 3 cm3 d’HCl à 100 cm3

d’eau. Laisser tremper dans ce bain pendant15 minutes et passer ensuite dans le bain de déve-loppement. Celui-ci s’obtient en faisant dissoudre0,05 g de NaOH (hydroxyde de sodium) et 0,05de phénol dans 100 cm3 d’eau. (On peut remplacerle phénol par de l’ naphtol ou du résorcinol.) Le



traitement par cette solution se fait à chaud, etle tissu doit y séjourner 20 minutes, après quoi onrincera et on fera sécher.

1.61 Bains de galvanoplastie1. Cuivre. Dissoudre environ 100 g de cristaux de

sulfate cuivrique dans 300 cm3 d’eau environ;ajouter ensuite 6 g d’hydrogénosulfate depotassium et 5 g de cyanure de potassium etcompléter à 450 cm3. (La solution doit rester‘froide pendant sa préparation.)

2. Argent. Dissoudre environ 20 g de cyanure desodium (poison) et 40 g de cristaux de carbo-nate de sodium dans environ 500 cm3 d’eau.Dissoudre d’autre part 20 g de nitrate d’argentdans 250 cm3 d’eau. Verser lentement cettedeuxième solution dans la première et complé-ter pour obtenir 1 litre de solution définitive.

Le courant électrique à faire passer dans ces solu-tions dépend de la surface de l’électrode surlaquelle doit se déposer le métal. Il ne doit pasdépasser environ 2 ampères pour 100 cm2 de sur-face. Une source de courant continu de 4 à 6 voltsconvient généralement : par exemple, une batteriede voiture de 6 volts. Le courant devra être réduitproportionnellement à la surface de l’électrode.Le métal déposé ne présentera l’aspect brillantattendu qu’une fois poli, le polissage pouvant êtreeffectué à l’aide d’une spatule en os ou d’un autreobjet dur, lisse et non métallique.

1.62 Liqueur de Fehling (réactif réducteur dessucres

1. Solution de sulfate cuivrique. Faire dissoudre34,7 g de CuSO4 5H2O dans de l’eau et complé-ter à 500 cm3.

2. Solution alcaline de tartrate. Faire dissoudre173 g de tartrate double de sodium et potas-sium (sel de Seignette, sel de la Rochelle,KNaC4H4O6.4H2O) et 50 g de NaOH dans del’eau et diluer après refroidissement pourobtenir 500 cm3 de solution.

Mélanger les deux solutions en volumes égaux aumoment de l’utilisation.

1.63 Solution de fluorescéineL’intérêt de cette solution est qu’on peut y obser-

ver très nettement le trajet d’un rayon lumineux.On fera dissoudre 1 g de fluorescéine dans 100 mld’alcool à brûler ou alcool méthylique industriel.

1.64 Papier sensible à la chaleurVerser une solution aqueuse de chlorure de cobaltdans une solution aqueuse de chlorure d’ammo-nium : les proportions sont sans importance.Diluer la solution jusqu’à ce qu’elle soit rose pâle.Du papier filtre trempé dans cette solution etséché ne change guère de couleur, mais, si on lechauffe. il devient d’un vert éclatant.

1.65 Teinture d’iodeMettre 70 g d’iode (I2) et 50 g d’iodure de potas-sium (KI) dans 50 cm3 d’eau et compléter avec del’alcool pour obtenir 1 litre de teinture d’iode.

1.66 Réactif de Nessler (pour l’ammoniac)Faire dissoudre 50 g de KI dans très peu (lemoins possible) d’eau froide (50cm3). Ajouter unesolution saturée de chlorure mercurique (il en fau-dra environ 22 g pour 350 cm3 d’eau) jusqu’à for-mation d’un précipité indiquant l’excès. Ajouterensuite 200 cm3 d’hydroxyde de sodium (NaOH,5 N) et diluer jusqu’à 1 litre. Laisser reposer etdécanter le liquide clair.

1.67 Solution absorbante pour l’oxygèneFaire dissoudre 300 g de chlorure d’ammoniumdans un litre d’eau et ajouter 1 litre de solutionconcentrée d’hydroxyde d’ammonium. Agitervigoureusement. Pour absorber l’oxygène, on lefera barboter dans une bouteille à moitié pleine decopeaux de cuivre et remplie presque complète-ment de cette solution de NH4Cl-NH4OH.

1.68 Argenture du verrePour faire la solution A, dissoudre 12,5 g de nitrated’argent dans 100 cm3 d’eau et dissoudre d’autrepart 32,5 g de tartrate double de sodium et potas-sium dans 100 cm3 d’eau. Mélanger les deux solu-tions, chauffer à 55 °C et maintenir à cette tempé-rature pendant 5 minutes. Refroidir et décanter leliquide clair en laissant le précipité qui s’estdéposé. Compléter à 200 cm3.

Pour faire la solution B, dissoudre 1.5 g de


1.69 Ressources, installations et techniques

nitrate d’argent dans 12 cm3 d’eau. Ajouter del’hydroxyde d’ammonium dilué jusqu’à redisso-lution quasi complète du précipité qui se formed’abord, et compléter le liquide à 200 cm3.

Mélanger ensuite les deux solutions A et B. (Onmaintiendra la surface à argenter après l’avoirsoigneusement nettoyée pour la débarrasser detoute trace de corps gras dans cette solution,le côté à argenter étant tourné vers le bas, et justeau-dessous de la surface du liquide. On peut aussiverser cette solution dans un tube à essai ou unpetit ballon bien propres : une couche argentéeformant miroir se déposera sur l’intérieur. Onpeut réchauffer légèrement la solution pour accélé-rer la formation du dépôt.)

1.69 Hydroxyde de sodium (pour l’absorption deCo2)

Faire dissoudre 330 g de NaOH dans de l’eau etdiluer pour obtenir 1 litre de solution.

1.70 Solution d’amidona) Former une pâte avec 2 g d’amidon soluble et0,01 g d’iodure mercurique (HgI2) dans une petitequantité d’eau. Introduire lentement dans 1 litred’eau bouillante et faire bouillir quelques minutes.Conserver dans une bouteille bouchée à l’émeri.Si on n’utilise pas d’amidon soluble, la solutionne deviendra pas claire à l'ébullition : il convien-dra de la laisser reposer et de décanter le liquidelimpide.

b) Pour obtenir une solution d’amidon qui seconservera indéfiniment, on procédera commesuit : mélanger 500 cm3 de solution saturée deNaCl (filtrée), 80 cm3 d’acide acétique cristal-lisable, 20 cm3 d’eau et 3 g d’amidon. Porter len-tement à ébullition et faire bouillir 2 minutes.

38

1.71 Acide tannique (réactif de l’albumine, desalcaloïdes et de la gélatine)

Faire dissoudre 10 g d’acide tannique dans 10 cm3

d’alcool et ajouter de l’eau pour obtenir 100 cm3

de solution.


Chapitre deux Sciencesphysiques


Chimie

Introduction

Les expériences sont présentées de manière à per-mettre un exposé simple et progressif des notionsesquissées sous les principaux titres. Les maîtrespourront choisir et réaliser toute expérience quileur semblera intéressante, mais peut-être éprou-veront-ils le besoin de revenir en arrière pour faireune expérience figurant plus tôt dans la progres-sion : par exemple, après avoir entrepris une expé-rience sur la production d’énergie électrique àpartir de réactions chimiques, ils trouveront peut-être utile d’étudier la conductivité électrique et lespropriétés des ions; ou encore, ils s’apercevrontpeut-être qu’il convient d’approfondir l'étude descritères de la pureté des substances avant d’es-sayer de les séparer.

Ces expériences ont pour objet d’encouragerla discussion non seulement sur les grands prin-cipes de la chimie, mais aussi sur la manière dontils peuvent être exploités à leur profit par leshommes vivant dans une société donnée. L’in-dustrie doit séparer et purifier les substances avantd’entreprendre de les transformer pour en fairedes substances plus utiles : elle a recours à desusines de filtrage, ou de tri, à des centrifugeurs;elle utilise les différences de points de fusion, depoints d’ébullition, de solubilité et de densité.Les expériences présentées sous ces rubriques con-duiront les élèves à se demander comment l’in-dustrie traite ces questions à une échelle beau-coup plus grande.

En regardant autour d’eux, sans même quit-

ter leur milieu habituel, les élèves peuvent pren-dre conscience des problèmes liés au choix desmatériaux de construction (plâtres, mortiers etciments, béton) ou à l’utilisation des métaux (sou-dure, alliages, conductivité, etc.).

Les descriptions des expériences comportentun certain nombre de questions. On espère queles travaux qu’ils feront inciteront les élèves àposer des questions analogues, à discuter et àcompléter leur information par des lectures afind’enrichir leur compréhension des problèmes dela chimie.

Dans toutes les figures, ce symboledésignera la source de chaleur

Le brûleur Bunsen (ou bec Bunsen)

2.1 Étude d’un brûleur BunsenPour chauffer des objets, il faut savoir quelle estla partie la plus chaude de la flamme donnée parun bec Bunsen.

A. Pour commencer, fermer l’arrivée d’air, ouvirole, et ouvrir à fond le robinet à gaz. Allu-mer, et présenter un fil de fer ou de cuivre dansla flamme à différents endroits, en allant de basen haut. Quel est le point le plus chaud? Ouvrirensuite l’arrivée d’air. Passer de nouveau le filmétallique dans la flamme, de bas en haut. Quelleest la région la plus chaude de la flamme? Les


Sciences physiques 42

2.1 Combustion du gaz issudu cône central d’une flamme

élèves doivent pouvoir comparer les deux flammeset dire laquelle comporte la région la plus chaude.

B. Fermer l’arrivée d’air. Présenter le fondd’un tube à essai juste au-dessus de la flamme. Ducarbone se déposera peut-être sur le verre. Est-cele carbone non brûlé qui donne à la flamme sacouleur jaune? Obtient-on le même résultat ensaupoudrant la flamme de charbon en poudre?

C. Rouvrir l’arrivée d’air. Est-ce que du car-bone se dépose sur un tube à essai tenu au-dessusde cette flamme? L’air mélangé au gaz le fait brû-ler plus vite et mieux. Que contient le cône centralplus froid? Introduire dans la flamme une petitebaguette de bois, de manière qu’elle traverse lecône central. Quelle est la partie de la baguettequi brûle? Introduire un tube de verre de manièrequ’une de ses extrémités pénètre dans le cônecentral comme l’indique la figure : du gaz sedégage à l’autre extrémité et l’on peut l’enflam-mer. Peut-on fabriquer un brûleur à gaz qui don-nerait une flamme plus chaude?

D. Étudier la flamme d’une bougie et la flammed’une lampe à alcool en procédant comme ci-dessus. Quelle est la partie la plus chaude de laflamme? La flamme contient-elle des particulesde carbone non brûlées? Existe-t-il un cône cen-tral constitué par des gaz non brûlés?

Identification des corps purs

2.2 Comparaison des points de fusion du naphta-lène et de l’acide stéarique

Le naphtalène (ou naphtaline, anti-mites cou-rant) est d’un emploi très commode. Son pointde fusion est 80,2 °C. Mettre, sur une hauteurd’environ 2 cm, du naphtalène dans un tube àessai de 100 x 16 mm, tenu par un support àpince (voir figure). Introduire dans le tube unthermomètre dont le réservoir pénètre dans lenaphtalène.

Chauffer doucement le tube sur une petiteflamme et surveiller attentivement la tempéra-ture. Quelle est la température du naphtalène aumoment de la fusion? Interrompre le chauffagequand le naphtalène fond et laisser refroidir.Quelle est la température au moment où le corpsse solidifie?

Évaluation approximatived’un point de fusion

Effectuer la même expérience, en utilisant untube à essai et un thermomètre propres, avec del’acide stéarique ou tout autre corps dont le pointde fusion est inférieur à 100 °C si le thermomètreutilisé va jusqu’à 110 °C.

2.3 Méthode plus précise pour trouver le point defusion

Mettre une très petite quantité de naphtalène dansun tube capillaire scellé à une de ses extrémités.


43 Chimie 2.6

(On peut faire un tube capillaire en étirant untube de verre ordinaire.) Au moyen d’un brace-let de caoutchouc découpé par exemple dansun tube de caoutchouc - attacher ce tube capil-laire, l’extrémité scellée vers le bas comme le mon-tre la figure, à un thermomètre et chauffer dansun becher posé sur un trépied. On peut utiliser lethermomètre comme agitateur, mais faire bienattention à ne pas laisser entrer de l’eau dans letube capillaire. Échauffer lentement l’eau et bienobserver la température à laquelle le naphtalènefond. La noter. Laisser refroidir le tube et noter

la température à laquelle le naphtalène se soli-difie. Prendre la moyenne des deux températures.Des deux expériences ci-dessus, laquelle sembledonner le point de fusion le plus précis? Répéterla dernière expérience avec de l’acide stéarique.

2.4 Les impuretés modifient le point de fusion d’uncorps

Mélanger au naphtalène un peu d’acide stéari-que, ce qui le rend ainsi impur. Observer s’il y aune modification dans le point de fusion. Lesimpuretés abaissent le point de fusion.

2.5 Point d’ébullition de l’eauA. Mettre un peu d’eau dans un tube à essai et yplonger un thermomètre, le réservoir étant main-tenu juste au-dessous de la surface comme le mon-tre la figure. Ajouter quelques perles de verre oucopeaux pour empêcher une ébullition tumul-

tueuse et des projections. Porter l’eau à ébulli-tion sur une très petite flamme. Lire la tempéra-ture. La température indiquée est-elle différentesi le thermomètre touche le fond du tube? Quellepeut être l’explication?

B. Suggestion pour les élèves : chercher si le pointd’ébullition de l’eau dépend de la quantité d’eauutilisée.

2.6 Point d’ébullition des liquides inflammablesA. Les élèves connaissent sans doute d’autresliquides incolores que l’eau. Certains sont trèsinflammables, l’alcool et l’acétone par exemple.II faut donc procéder d’une manière différentepour les faire chauffer. Mettre d’abord environ2 cm d’alcool ou d’acétone dans le tube à essai etplonger le thermomètre dans le liquide. Fairebouillir de l’eau à bonne distance du tube àessai - puis verser cette eau chaude dans lebecher de telle sorte que le niveau de l’eau dépassecelui de l’alcool contenu dans le tube (voir figure).Remuer doucement l’alcool au moyen du ther-momètre et observer la température. Quel est lepoint d’ébullition de l’alcool? Montrer pourquoi


2.7 Sciences physiques 44

B

cette manière de trouver le point d’ébullition desliquides inflammables est dépourvue de danger.

B. Une autre technique sans danger et quidemande peu de liquide inflammable est la sui-vante : sceller à la flamme l’extrémité d’un tubede verre d’environ 8 cm de long et 2 à 3 cm de dia-mètre extérieur. Introduire dans ce tube un peu duliquide à étudier. Plonger dans le liquide un tubecapillaire scellé à une extrémité (comme le tubeutilisé pour trouver le point de fusion), de tellesorte que l’extrémité scellée soit tournée vers lehaut et l’extrémité ouverte plongée dans le liquide(voir figure). Au moyen d’un bracelet de caout-chouc, attacher le tube - celui qui contient leliquide et le tube capillaire - au réservoir d’unthermomètre. Plonger le tout dans un bechercontenant de l’eau, qu’on fera chauffer doucementsur un bec Bunsen. A mesure que la températures’élève, des bulles se dégagent lentement du tubecapillaire, mais, lorsqu’on atteint le point d’ébulli-tion, les bulles se mettent soudainement à sortir enchapelet continu. Lire la température, puis laisserrefroidir l’eau et noter de nouveau la tempéra-ture quand le chapelet de bulles cesse de se déga-ger. Le point d’ébullition est la moyenne de cesdeux lectures. Trouver par cette méthode le pointd’ébullition du benzène.

2.7 Point d’ébullition d’un mélange de deux liquidesLes points d’ébullition du benzène et de l'éthanolsont assez voisins. En utilisant la méthode indi-quée plus haut, trouver le point d’ébullition de

mélanges de benzène et d’alcool de proportionsvariables. Point à discuter avec les élèves : Peut-on reconnaître un corps pur à son point de fusionou à son point d’ébullition?

2.8 Une variation de pression modifie le pointd’ébullition

Mettre de l’eau dans une éprouvette munie d’untube de dégagement latéral ou avec un deuxièmetube à dégagement dans le bouchon. Pour éviterles projections, mettre quelques perles de verredans l’eau. Humecter le bouchon qui porte lethermomètre avant de l’enfoncer dans le tube(voir figure). Chauffer fortement le treillis métal-lique pour porter l’eau à ébullition. Quelle est latempérature indiquée? Interrompre le chauffageet relier A à une trompe à eau. Quand l’eau cessede bouillir, mettre la trompe à eau à plein régime.

Ébullition de l’eausous pression réduiteA Vers la trompe

à eauB Perles de verre

pour éviterles projections

Remettre le bec Bunsen en place et chauffer ànouveau. Quelle a été la modification de la pres-sion à l’intérieur du tube? Quelle est maintenantla température à laquelle l’eau bout?

Au Kenya, en Afrique orientale, l’eau bout à100 °C à Mombasa, situé sur la côte; mais, àNairobi, l’eau bout à moins de 95 °C. Pourquoi?

2.9 Comparaison des solubilités dans l’eau decorps différents

On choisira un certain nombre de sels sur l’éta-gère du laboratoire pour montrer que chacun a


45 Chimie 2.14

une solubilité dans l’eau différente. Prendre deséchantillons de 5 g et essayer de faire dissoudrechacun dans 15 cm3 d’eau recueillie dans un tubeà essai. (Dans les recueils de constantes la solubi-lité est indiquée en grammes par 100 g d’eau à unetempérature déterminée, 20 °C habituellement.)On bouchera les divers tubes à essai et on les agi-tera vigoureusement pendant un même laps detemps. On montrera ainsi que sa solubilité dansl’eau constitue l’une des propriétés caractéristi-ques d’une substance donnée. Parmi les corps àétudier, citons par exemple le sucre, le sel de tableordinaire, le nitrate de potassium, le sulfate decalcium, etc.

2.10 Influence de la température sur la solubilitéLa solubilité du bichromate de potassiumest d’en-viron 5 g pour 100 g dans l’eau froide et de quel-que 95 g pour 100 g dans l’eau chaude. L’écart estdonc important et l’on peut le démontrer de lamanière suivante : préparer environ 50 cm3 desolution saturée de bichromate de potassium à60 °C environ. Décanter dans un becher propreet maintenir la température de ce verre à 40 °Cjusqu’à ce qu’il ne se forme plus de cristaux.Transvaser alors, en décantant, dans un troisièmebecher propre en évitant d’y laisser entraîner descristaux. Laisser refroidir la solution jusqu’à latempérature ambiante : de nouveaux cristaux seformeront au cours de ce refroidissement. Cetteexpérience montre qu’une solution saturée con-tient moins de solide dissous à basse températurequ’à une température plus élevée.

2.11 Comment trouver la solubilité d’un corps dansl’eau à une température donnée

Mettre environ 50 cm3 d’eau dans un becher et yfaire dissoudre, lentement et en remuant cons-tamment, de la levure (hydrogénocarbonate desodium) ou bien du sulfate de potassium. Remuerjusqu’à ce que plus rien ne se dissolve, c’est-à-dire jusqu’à ce que la solution soit saturée. Déter-miner la température de cette solution saturée.Peser une capsule à évaporation propre. Y verserun peu de la solution saturée claire après décan-tation et peser à nouveau pour obtenir la masse dela solution. Faire évaporer complètement celle-

ci et peser de nouveau pour obtenir la massed’hydrogénocarbonate de sodium dissous, enmême temps d’ailleurs que la masse de l’eau desolution. On peut ainsi calculer la solubilité del’hydrogénocarbonate en grammes pour 100 gd’eau à une température déterminée.

2.12 Influence de la grosseur des particules sur lasolubilité

Comparer le temps mis par de gros grains de selà se dissoudre avec le temps mis par du sel fin, oupar de gros cristaux de sulfate cuivrique et lesmêmes cristaux réduits en poudre fine. Mettre 4 gde gros sel dans un tube à essai à moitié remplid’eau et 4 g de sel fin dans un autre tube conte-nant la même quantité d’eau. Agiter les deuxtubes en même temps et de la même manière etlaisser reposer toutes les 3 ou 4 secondes pourobserver la quantité de sel non dissous qui restedans chaque tube : on constate que les petitesparticules se dissolvent plus vite que les grosses.

2.13 Étude de divers types de solvantsOn pourra faire cette étude en observant la solu-bilité du sel de cuisine ou de l’iode dans trois sol-vants : eau, alcool et tétrachlorure de carbone.Remplir au tiers trois tubes à essai : l’un avec del’eau, l’autre avec de l’alcool à brûler du com-merce et le troisième avec du tétrachlorure decarbone. Verser dans chacun environ 1 g desel, puis boucher et agiter. On constate que lesel se dissout facilement dans l’eau, moins faci-lement dans l’alcool et très difficilement dansle tétrachlorure de carbone. Prendre trois autrestubes à essai et les remplir au tiers des mêmes sol-vants, mais utiliser cette fois une très petite quan-tité d’iode - quelques cristaux - en la répartis-sant également entre les trois solvants. Les résul-tats obtenus sont totalement différents : cette fois,c’est le tétrachlorure de carbone qui dissout leplus d’iode et l’eau qui en dissout le moins.

2.14 Densité d’un solideLa densité d’un solide élément, composé ouminéral, par exemple - est, pour un choix d’uni-tés convenable, mesurée par le même nombre quesa masse volumique, c’est-à-dire par le rapport



de sa masse à son volume. Il est facile de déter-miner la masse au moyen d’une balance. Si lesolide est insoluble dans l’eau, on peut - quelleque soit sa forme - déterminer son volume enmesurant le volume d’eau qu’il déplace. Pour cela,remplir à moitié d’eau une éprouvette graduée etrepérer le niveau de l’eau. Immerger le solidedans l’eau et repérer le nouveau niveau : onobtient le volume en faisant la différence entre lesdeux lectures. Voici quelques exemples de massevolumique de quelques corps pouvant présenterde l’intérêt pour le chimiste (en g/cm3) : sou-fre, 2,0; quartz, 2,6; calcite, 2,7; cuivre, 8,9;plomb, 11,4. Certains minerais , comme lamalachite, la cassitérite et la cérusite, n’ont pasune densité homogène, car ils contiennent desquantités variables de quartz, de feldspath etautres minéraux. (Voir aussi les expériences2.286, 2.287 et 4.9.) 2.16 Solidification du naphtalène liquide

2.15 Densité d’un liquideLe toluène, le tétrachlorure de carbone et le bro-moforme sont des liquides dont il est intéressantd’étudier la densité. Le feldspath et le quartzflottent sur le bromoforme, dont la masse volu-mique est de 2,9 g/cm3. Peser un petit récipientcontenant le liquide; verser celui-ci dans uneéprouvette graduée pour trouver son volume. Peuimporte qu’une partie du liquide adhère aux paroisdu récipient. Avec une balance, trouver la masse durécipient et en déduire la masse de liquide trans-vasée dans l’éprouvette. La masse volumiques’obtient en divisant la masse du liquide par sonvolume. (Voir aussi les expériences 2.286 et 2.287.)

Energie nécessaire pour transformer les solides enliquides et les liquides en vapeur

2.16 Étude de l’énergie calorifique dépenséelorsqu’un liquide devient solide

En climat chaud, le naphtalène convient très bienpour cette expérience : au-dessus de 80,2 °C, il estliquide. En climat froid, le benzène convientmieux, car il faut de la glace pour abaisser sa tem-pérature jusqu’au-dessous du point de fusion,qui est de 5,5 °C.

Mettre du naphtalène réduit en poudre dansun tube à essai de 100 x 16 mm, jusqu’à une hau-teur d’environ 6 cm. Chauffer doucement jusqu’àfusion complète du naphtalène. Plonger un ther-momètre dans celui-ci. Cesser de chauffer quandla température du naphtalène est d’environ 95 °C.Il faut disposer d’une pendule ou d’une montrequi indique les secondes. Remuer doucement lenaphtalène avec le thermomètre pendant qu’ilrefroidit. Relever la température toutes les15 secondes, et cela pendant 6 minutes environ.


47 Chimie 2.18

Établir une courbe des températures en fonc-tion du temps - en abscisse - comme indiquésur le graphique. On voit que la chute de tempé-rature marque un palier au point de fusion. Com-ment peut-on expliquer cet arrêt du refroidisse-ment de quelques secondes au niveau du point defusion?

2.17 Chaleur massique et chaleur de vaporisationd’un liquide

Cette expérience peut être réalisée par les élèvesavec de l’eau ou par le maître avec de l’éthanol,du trichloroéthane ou du tétrachloroéthane. Ilimporte avant tout de disposer d’une source dechaleur absolument constante et à l’abri des cou-rants d’air.

A. Placer un bec Bunsen donnant une flammed’environ 5 cm sous un ballon ou un becher con-tenant une masse connue du liquide à étudier :un volume de 50 cm3 convient très bien. Voir ledispositif sur la figure (noter l’écran de protec-tion contre les courants d’air).

Plonger un thermométre dans le liquide et rele-ver l’élévation de température toutes les 15 secon-des. Reporter les données sur un graphique, avec

Chaleur nécessaire à la vaporisationd’un liquideA Écran formant paravent

le temps en abscisse. Réunir les points obtenuspar la meilleure droite possible en négligeant lesderniers points enregistrés; la pente de cettedroite permettra de calculer l’élévation moyenne.de température par minute. Si l’on admet quetoute la chaleur passe dans le liquide et que cellequi est absorbée par le récipient est négligeablepar comparaison, on peut calculer le nombre decalories absorbées par minute par le liquide enmultipliant la masse du liquide- par sa chaleurmassique et par l’élévation de température parminute. (Voir aussi expériences 2.135 et 2.136.)

B. Sans modifier l’intensité de la flamme ni ladisposition du paravent, faire bouillir le liquidependant un laps de temps déterminé (10 minutespour l’eau, mais seulement 5 minutes pour lesliquides plus volatils seront des durées convena-bles). La première partie de l’expérience permetde calculer facilement la quantité de chaleur four-nie au liquide pour un nombre de minutes donné.Quelle hypothèse peut-on faire sur l’utilisation decette chaleur? Le temps d’ébullition prévu une’fois terminé, retirer le bec Bunsen, laisser refroi-dir et trouver la masse du liquide qui a été vapo-risée. Les résultats obtenus jusqu’à présent per-mettent de calculer la quantité de chaleur néces-saire pour convertir une certaine masse deliquide en vapeur. Combien faut-il de kilocaloriespour convertir 18 g d’eau, ou 46 g d’éthanol, etc.,en vapeur? Le chiffre obtenu donne la chaleurde vaporisation du liquide considéré.

Utilisation du point de fusion, du point d'ébullition,de la solubilité et de la densité pour séparer descorps des mélanges qui les contiennent

2.18 Extraction de l’étain d’un mélange d’étain etde carbone

Préparer un mélange d’étain et de carbone àl’aide de limaille d’étain ou de petits fragmentsd’étain, et de charbon de bois écrasé. On peutaussi utiliser de petits morceaux de soudure àl’étain, bien que celle-ci ne contienne qu’en-viron 66 % d’étain, le reste étant constitué par duplomb. Le plomb peut d’ailleurs lui aussi être



employé pour cette expérience. En revanche, lemétal des boîtes à conserves est inutilisable carces boîtes sont en fer-blanc recouvert d’une trèsmince couche d’étain. L’étain fond à 232 °C et lecarbone à 3 730 °C. Chauffer le mélange dans uncreuset. Remuer avec un bout de bois jusqu’à ceque l’étain fonde et se transforme en un liquidesur lequel nage le charbon de bois. Verser l’étainsur une plaque d’amiante ou une autre surfaceréfractaire, en retenant le charbon de bois dansle creuset au moyen d’un morceau de bois. Onpeut aussi couler l’étain dans un moule en plâtrepréparé à l’avance.

2.19 Séparation par sublimationExtraction de l’iode d’un mélange contenantquelques cristaux d’iode et du chlorure desodium. Faire chauffer ce mélange dans une cap-sule au-dessus de laquelle on aura placé unentonnoir (comme indiqué sur la figure). L’iodese sublime puis se condense sur les bords froidsde l’entonnoir.

Sublimation de l’iode

2.20 Séparation par distillationSéparation de l’encre ordinaire et de l’eau : cetteexpérience a pour but de faire comprendre quel’eau, plus volatile, se transforme en vapeur avantde se condenser dans un deuxième récipient pourredonner de l’eau. Il est important d’utiliser pourcela une solution très colorée, comme l’encre,pour mettre en évidence la séparation. Verserenviron 5 à 10 cm3 d’encre dans un récipient pou-vant supporter l’ébullition - petite fiole coniqueou éprouvette en Pyrex - et ajouter des perles

Condensation de la vapeur

de verre ou des copeaux pour empêcher les pro-jections. Fixer à ce récipient un bouchon munid’un tube à dégagement dont l’autre extrémitéplongera jusqu’à mi-hauteur dans un tube à essai(figure A) ou dans un tube en U (figure B). Refroi-dir le tube récepteur. Chauffer la solution d’encresur une flamme Bunsen très réduite. Les élèvespourront remarquer le déplacement de la limitetrès visible entre les zones froide et chaude : elleremonte dans la fiole ou l’éprouvette et va vers letube collecteur. Au bout de quelques minutes, onvoit apparaître des gouttes de liquide incoloredans le tube collecteur. A son action sur du sulfatecuivrique anhydre, on peut vérifier qu’il s’agit

Condensation de la vapeur


49 Chimie 2.21

bien d’eau. On prendra soin de ne pas laisser l’en-cre déborder, sous forme de mousse ou de pro-jections, dans le tube à dégagement.

2.21 Distillation fractionnée du pétrole brutOn peut facilement séparer le pétrole brut entrois ou quatre fractions, dont chacune a des pro-priétés intéressantes en tant que combustible oulubrifiant. On obtiendra un équivalent du pétrolebrut en mélangeant dans des proportions conve-nables de l’huile de vidange de moteur d’auto-mobile, de l’essence minérale, du pétrole lampant,une huile de pétrole fine, du gas-oil et un peu devaseline. Disposer le gros tube de Pyrex, le tube àdégagement et les quatre petits tubes à bords éva-sés en Pyrex épais comme indiqué sur la figure.

On utilisera si possible un thermomètre allantde 0 à 360 °C; dans ce cas, il vaudra mieux choi-sir un tube muni d’un tube à dégagement latéralcomme celui de la figure B que le tube ordinairede la figure A. Mettre environ 4 cm3 de pétroledans l’éprouvette avec de la laine d’amiante oudes copeaux pour empêcher les projections. Ali-gner cinq petits tubes à bords évasés en Pyrexépais pour recueillir les produits de fractionne-ment. Chauffer doucement le pétrole. Recueillirenviron 10 gouttes de distillat dans le premiertube, puis 10 gouttes dans le deuxième tube, etainsi de suite. Le point d’ébullition du pétrolerestant s’élèvera de plus en plus à mesure que ladistillation se poursuivra, et il faudra donc activer

la flamme Bunsen. On disposera les produits defractionnement selon l’ordre croissant des tem-pératures de distillation et on sera en mesure defaire les observations suivantes :1. Les colorations doivent aller de l’incolore au

jaune.2. La viscosité doit aller en augmentant et la

fluidité en décroissant.3. Les produits de fractionnement obtenus à

température élevée doivent être plus difficilesà enflammer que les produits obtenus à tem-pérature basse.

4. Les produits de fractionnement obtenus àhaute température doivent brûler en donnantplus de suie que les produits obtenus à bassetempérature.

Pour faire brûler les produits de fractionnement,on peut utiliser des capsules de bouteille dont onaura retiré la rondelle de liège. Après avoir faitcette expérience, demander aux élèves quels pro-duits de fractionnement leur semblent susceptiblesd’être utilisés comme essence, pétrole lampant,gas-oil ou huile de graissage. Quelle peut êtrel’utilisation du résidu noirâtre qui est resté aufond du tube chauffé?

Si l’on a utilisé un thermomètre allant de0 à 360 °C, les produits de fractionnement recueil-lis correspondent à diverses zones de températurerepérables : a) jusqu’à 80 °C; b) 80-120 °C;c) 120-180 °C; d) 180-220 °C. Sachant qu’on peutreconnaître les corps purs à leur point d’ébulli-



tion, doit-on considérer ici que chaque fractionrecueillie est un corps pur? On incitera les élèvesà se documenter sur les raffineries de pétrole.

2.22 Séparation du sel et du sablePréparer un mélange de sel et de sable et en met-tre environ 2 cm3 dans un tube à essai de 100x 16 mm. Ajouter 5 cm3 d’eau et agiter jusqu’àcomplète dissolution du sel. Verser le contenudu tube sur du papier filtre placé dans un enton-noir et tenu au-dessus d’une capsule. Laver letube à essai avec un peu d’eau et verser égalementcette eau sur le papier filtre. Le sable restera surle papier filtre et l’on pourra le recueillir aprèsséchage. Le sel pourra être extrait du filtrat si onchauffe la capsule pour faire disparaître l’eau.

2.23 Extraction d’huile de noix de coco oud’arachide au moyen d’un solvant

Mettre dans un mortier environ douze arachidesou des morceaux de noix de coco. Ajouter

20 cm3 d’acétone ou d’alcool à brûler. Écraser lesarachides dans le solvant aussi finement que possi-ble pendant quelques minutes, puis verser leliquide dans un tube à essai. Filtrer dans un cris-tallisoir. Exposer le cristallisoir au soleil pendant5 à 10 minutes, ou, s’il n’y a pas de soleil, le met-tre sur un récipient d’eau chaude pendant 15 mi-nutes. Le solvant s’évapore et il ne reste plus quel’huile extraite des arachides.

2.24 Séparation par chromatographieA. Récolter des feuilles et de l’herbe et les fairesécher. Les hacher ou les déchirer en petits mor-ceaux et les mettre dans un mortier. Ajouter envi-ron 5 cm3 d’acétone ou d’alcool. Ecraser com-plètement les feuilles et l’herbe dans le solvantjusqu’à obtenir une solution vert foncé : celle-cidoit être aussi concentrée que possible, c’est pour-quoi on n’ajoutera pas trop de solvant. Découperune bande de papier filtre de 1 cm de large etsuffisamment longue pour être suspendue dansun tube à essai sans toucher le fond. A l’aided’une pipette fine, déposer une goutte de la solu-tion concentrée sur ce papier à 1 cm de l’extrémitéinférieure, comme indiqué sur la figure en A. Fairesécher le papier en l’agitant doucement, puis dépo-

ser une autre goutte au même endroit et fairesécher. Recommencer plusieurs fois en faisantsécher chaque fois avant de déposer une nouvellegoutte. Le but de l’opération est d’obtenir undépôt, concentré sur une petite surface, dessubstances colorées contenues dans les feuilles etdans l’herbe. Mettre ensuite 1 cm3 du solvantdans un tube à essai. Suspendre dans ce tube labande de papier filtre de telle sorte que son extré-mité inférieure soit tout juste immergée dans lesolvant, la tache A restant nettement au-dessusdu niveau du solvant, comme le montre la figure.Le solvant montera dans le papier filtre par capil-larité et les substances colorées monteront aveclui selon leurs « affinités » respectives pour lepapier ou le solvant. Normalement, ce chroma-togramme fera apparaître une bande orangée dexanthophylle, en haut, et une bande verte dechlorophylle, en bas. Si l’on a utilisé du benzèneou du toluène comme solvant, on doit égalementvoir une bande de carotère entre les deux pre-mières.

A Chromatogramme

B. Les encres - l’encre noire en particulier -contiennent habituellement plusieurs teinturescolorantes qu’on peut séparer par chromato-graphie en utilisant le dispositif de l’expérienceprécédente. Déposer une petite goutte d’encrenoire au point A et suspendre le papier filtre dansun mélange d’acétone et d’alcool alcalinisé aumoyen de quelques gouttes d’hydroxyde d’am-monium. Essayer d’autres solvants. On doitpouvoir obtenir une bonne séparation des tein-tures colorantes.

2.25 Comment trouver la quantité de gaz dissoutedans une certaine quantité d’eau

Remplir à ras bord un ballon à fond rond avec


51 Chimie 2.27

de l’eau du robinet et y mettre un bouchon munid’un tube à dégagement, lui aussi complètementrempli d’eau. (Pour y parvenir facilement, mettrele bouchon en tenant l’ensemble de l’appareilimmergé dans un évier rempli d’eau.) Installerl’appareil comme l’indique la figure et chauffer leballon sur un bec Bunsen. Des bulles de gaz sedegageront et seront recueillies dans le tube àessai. Continuer jusqu’à ce que le contenu duballon soit en ébullition. On peut ainsi recueillirenviron un demi-tube à essai de gaz qui était ensolution dans l’eau et a été libéré par l’échauffe-ment.

2.26 Séparation de deux liquides non miscibles dedensités différentes

Voici quelques mélanges pratiques, avec, pour lesconstituants autres que l’eau, leurs masses volu-miques l d (en g/cm3) : a) eau et benzène(d = 0,88); b) eau et tétrachlorure.de carbone(d = 1,59); c) eau et mercure (d = 13,6).

Pour effectuer la séparation de deux liquideson trouvera pratique d’employer une burette ouun gros tube muni d’un bouchon, d’un tuyau deverre et d’un tuyau de caoutchouc obturé à l’aided’une pince comme le montre la figure. L’ajoutd’un cristal d’iode aux mélanges a et b fera mieuxressortir les nappes superposees de benzène et de

1. Les masses volumiques des solides et des liquidessont, en g/cm3, exprimées par les mêmes nombres queleurs densités.

tétrachlorure de carbone. Agiter le mélange et leverser dans le vase séparateur. Attendre qu’unelimite se distingue nettement entre les deux liqui-des et soutirer la couche de liquide la plus lourdedans un verre placé en dessous du vase.

2.27 Séparation de deux solides par différences dedensité

Dans l’industrie, on sépare les diamants (massevolumique voisine de 3,3 g/cm3) du feldspath etdu quartz en faisant flotter ces derniers sur unebouillie d’oxyde magnétique de fer à laquelle on adonné la densité voulue.

Le bromoforme n’est pas un produit très cou-rant dans les laboratoires scolaires; si on a lachance d’en avoir, on pourra faire l’expériencesuivante : le sable de rivières ou celui qu’ontrouve sur les plages est fait souvent de petitesparticules de quartz mélangées à des particulesplus lourdes telles que l’ilménite ou le zircon;dans le bromoforme, dont la masse volumique estde 2,9 g/cm3, les particules de quartz flottent,alors que les autres, plus lourdes, s’enfoncent.Mettre du bromoforme dans un tube à essai jus-qu’à une hauteur de 3 cm et ajouter un peu desable : voir si l’on peut constater une séparationdu quartz et des autres minéraux. Faire flotter duverre sur du bromoforme. Chercher des particulesde roche qui s’enfoncent dans le bromoforme. Lemême bromoforme pourra servir à effectuer denombreuses expériences : ne pas le jeter.



Action de la chaleur sur les corps

Quand on chauffe un corps, on peut observerdiverses modifications : ce corps peut fondre,bouillir, se transformer en un autre corps, setransformer sous l’action de la chaleur, maisreprendre son état initial après refroidissement,changer de coloration ou de volume, devenir pluslourd, plus léger, ou conserver la même masse.

2.28 Corps qui prennent quelque chose à l’airA. Nettoyer une feuille de cuivre de 3 cm de côtéenviron; la chauffer en la tenant avec des pinces :un corps noirâtre se forme à sa surface. Ce corpsprovient-il de la flamme? Ou s’agit-il de quelquechose qui provient de l’air et qui se serait fixé surle cuivre? Ou encore, ce corps noirâtre vient-il del’intérieur du cuivre? Quelles expériences peut-onenvisager pour répondre à ces questions? Si l’onutilise une feuille de cuivre de surface beaucoupplus importante, y a-t-il un moyen de savoir sile cuivre change de masse quand on le chauffe?

B. Action de la chaleur sur le magnésium.Nettoyer environ 25 cm de ruban de magnésiumet le couper en morceaux de 1 cm. Placer cesmorceaux dans un creuset muni d’un couvercle.Peser le creuset avec son couvercle et le magné-sium. Poser le creuset sur un triangle de terreréfractaire placé sur un trépied. Chauffer d’abordtrès doucement, puis aussi vivement que possible.A l’aide d’une pince, tenir le couvercle près ducreuset : lorsqu’il est sur le point de fondre, lemagnésium prend une couleur plus foncée; aumoindre signe de combustion, mettre le couverclesur le creuset et retirer le bec Bunsen. Toutes les4 secondes environ, soulever très légèrement lecouvercle pour permettre une entrée d’air tout enévitant de laisser s’échapper de la fumée blanched’oxyde de magnésium. Lorsque le magnésium neprend plus feu quand on soulève le couvercle,retirer celui-ci avec précaution. Recommencer àchauffer fortement le creuset, en gardant le cou-vercle à portée de la main pour le cas où le magné-sium recommencerait à prendre feu. Laisserrefroidir. Une fois le creuset refroidi, peser l’en-semble creuset, couvercle et contenu. Constate-

t-on une augmentation de masse du magnésium?D’où provient-elle?

2.29 Comment recueillir et peser les gaz résultantd’une combustion

Les produits solides résultant d’une combus-tion sont faciles à peser, mais comment faire pourles produits gazeux?

Pour savoir si une bougie prend quelque choseà l’air, il est nécessaire de peser les gaz produitspar la combustion. La cire, contenant de l’hydro-

A Vers la trompe à eauB Chaux sodée peu tassée

gène et du carbone, brûle en donnant de la vapeurd’eau et du dioxyde de carbone : des granulés dechaux sodée absorbent ces deux gaz. On cons-truira l’appareil comme indiqué sur la figure.

On pèsera l’ensemble de l’appareil avant decommencer l’expérience. Puis on actionnera latrompe à eau pour aspirer l’air au-dessus de labougie, qu’on allumera. On la laissera brûlerpendant 5 minutes, puis on éteindra et on débran-chera la trompe à eau. Une fois l’appareil refroidi,on pèsera de nouveau tout l’ensemble. La massea-t-elle augmenté? La bougie prend-elle de l’oxy-gène dans l’air quand elle brûle? L’augmentationde poids est-elle due à l’absorption de la vapeurd’eau de l’air aspiré par l’appareil? On souhaiterapeut-être s’en assurer en faisant une expériencetémoin qui consistera à aspirer l’air dans l’appa-reil à l’aide de la trompe à eau, à la même vitesseet pendant le même laps de temps, mais sans allu-mer la bougie. Au cours de la première expérience,la bougie a perdu du poids, mais l’augmentation


53 Chimie 2.33

de masse du tube en U résultant de l’absorptiondes produits gazeux doit être supérieure à ladiminution de masse de la bougie.

2.30 Corps qui perdent du poids sous l’effet de lachaleur

A. Peser un tube à essai contenant 1 cm de per-manganate de potassium et bouché avec un tam-pon de coton hydrophile pour éviter que tout pro-duit solide se perde au cours du chauffage (voirfigure). Chauffer le tube. Le peser à nouveau. Ya-t-il diminution de masse? Où la différence est-elle passée?

Le permanganate de potassiumdégage un gaz

B. Essayer de chauffer du carbonate cuivrique dela même manière. Y a-t-il diminution de masse?Où la différence est-elle passée?

2.31 Certains corps n’augmentent pas et nediminuent pas de masse quand on les chauffe

Chauffer de l’oxyde de zinc sec dans un tube àessai comme dans l’expérience précédente. Cons-tate-t-on une augmentation ou une diminution demasse?

2.32 Action de la chaleur sur des cristaux de sulfatecuivrique

Écraser quelques cristaux bleus de sulfate cuivri-que et en mettre sur 4 cm de hauteur dans un tubeà essai. Disposer comme sur la figure. Chauffer letube doucement. Que remarque-t-on? Condensa-tion de vapeur sur les parties les plus froides?Changement de coloration, du bleu au blanc?Écoulement de liquide dans le tube collecteur?Est-il possible d’identifier le liquide recueilli enétablissant son point d’ébullition? Une fois que

tous les cristaux de sulfate cuivrique sont devenusblancs et que le tube s’est refroidi, prendre le tubedans une main et verser le liquide recueilli sur les

2.32 Appareil pour recueillir le produit résultantdu chauffage du sulfate cuivriqueA Becher d’eau froide

cristaux blancs. Reprennent-ils leur colorationbleue? Y a-t-il restitution de chaleur? On peutrendre compte de ce qui s’est produit en écri-vant :

cristaux bleus de sulfate cuivrique + chaleur -sulfate cuivrique (anhydre)blanc + eau

La transformation est réversible. Sujet à discuter :Les expériences précédentes sur le chauffage descorps étaient-elles réversibles?

Comment préparer et recueillir quelques gaz, et endéterminer les propriétés

2.33 HydrogèneA. Mettre un peu de grenaille de zinc, ou desmorceaux de feuille de zinc provenant de l’enve-loppe d’une vieille pile sèche, dans un tube enPyrex; ajouter 2 gouttes de solution de sulfatecuivrique et monter l’appareil comme l’indique la



figure. Au lieu de l’entonnoir à longue tubulure dela figure A, on peut utiliser une seringue comme‘sur la figure B. On peut aisément se procurer desseringues dans un hôpital ou dans une clinique,où elles sont souvent jetées après usage. Versersur le zinc, par l’entonnoir, suffisamment d’acidesulfurique molaire (voir chapitre premier) pourimmerger l’extrémité de la tubulure. Si on utiliseune seringue, il n’est pas nécessaire d’immergerl’extrémité du tube, étant donné que le gaz ne ris-que pas de s’échapper par la seringue. Ne pasprendre les deux ou trois premiers tubes à essaid’hydrogène : ils contiennent aussi de l’air déplacépar le dégagement de gaz. Attention : une explo-sion dangereuse peut se produire si on allume legaz dans un récipient plus grand qu’un tube àessai, surtout si le gaz est mélangé d’air. Recueillirquelques tubes à essai de gaz et les boucher. Véri-fier le troisième tube à essai en approchant unebougie ou une allumette de son goulot immédia-tement après avoir retiré le bouchon : l’hydro-gène pur s’enflamme en faisant un petit « pop »).Ne jamais dessécher l’hydrogène avec de l’acidesulfurique concentré.

B. L’hydrogène brûle dans l’air en donnant de lavapeur d’eau. Lorsqu’on enflamme de l’hydrogènedans un tube à essai sec, peut-on constater la

présence, sur les bords du tube à essai, de goutte-lettes ou de buée?

C. Pour savoir si l’hydrogène est plus léger quel’air, on peut le transvaser dans un tube à essaiplacé soit au-dessous, soit au-dessus de celui quicontient le gaz : une bougie allumée permettra devoir où est passé l’hydrogène. On peut aussi fairedes bulles de savon en faisant déboucher le tubede dégagement de l’appareil générateur dans undétergent ou une solution savonneuse : les bullesgonflées d’hydrogène s’élèveront dans l’air, cequi montrera que la densité de ce gaz est faible.

2.34 Petit générateur à hydrogèneLa figure représente un appareil simple pour lafabrication de l’hydrogène. Le tube à essai A estun tube en Pyrex dont le fond est percé de trous.Pour les percer, on peut procéder comme suit :chauffer au rouge à la flamme d’un bec Bunsen lefond du tube à essai et une baguette de verre tenuscôte à côte; faire fondre la baguette sur le tube àl’endroit où on veut faire un trou : en tirant labaguette, on entraîne un fragment de verre dutube; après l’avoir détaché complètement, borderles trous à la flamme chaude. Faire ainsi trois ouquatre trous, puis mettre dans le tube un peu degrenaille de zinc et y adapter un bouchon muni

A Tube en Pyrex percé de trousB Acide sulfurique diluéc ZincD Pince de Mohr à vis2.33 Appareil pour recueillir l’hydrogène


55 Chimie 2.36

d’un tube de dégagement à pince de Mohr, commeindiqué sur la figure. Plonger le tube dans unbocal à confitures contenant de l’acide sulfuriquemolaire et quelques gouttes de solution de sulfatecuivrique. Si l’on desserre la pince, l’acide pénè-tre dans le tube A et réagit sur le zinc. Si l’on serrela pince, la pression de l’hydrogène produitrefoule l’acide par les trous et la réaction cesse.Pour éviter que de petits morceaux de zinc nepassent par les trous, on tapissera le fond du tubede laine de verre.

2.35 OxygèneA. On peut fabriquer de l’oxygène en toute sécu-rité en décomposant une solution de peroxyded’hydrogène. Le peroxyde d'hydrogène, ou eauoxygénée, se trouve couramment dans les phar-macies. Mettre quelque 20 cm3 d’eau oxygénéedans une bouteille de 100 cm3 environ. Ajouterdeux spatules de dioxyde de manganèse et adap-ter un tube de dégagement sur la bouteille. L’oxy-gène qui se dégagera pourra être recueilli de lamanière indiquée sur la figure.

Préparation de l’oxygène

B. L’oxygène est incolore et inodore. Commentpeut-on savoir si le tube contient de l’oxygène?Prendre un fil de nichrome, le recourber commel’indique la figure et ajuster en haut une petiteplaque servant de protection; fixer dans la bou-cle terminale un peu de laine d’acier; chauffercelle-ci au rouge dans la flamme d’un bec Bunsenet introduire rapidement dans un tube à essaicontenant de l’oxygène. Fixer à la boucle un petitmorceau de charbon de bois; essayer de l’enflam-

Support pour fairebrûler des substances

mer au bec Bunsen et l’introduire rapidement dansun autre tube à essai d’oxygène. Plonger la boucledans de la fleur de soufre; enflammer dans uneflamme Bunsen et plonger dans l’oxygène. Quelest l’effet produit sur ces trois corps? Qu'arrive-t-il si on plonge dans un tube d’oxygène le boutincandescent d’une ficelle ou d’une brindille?

2.36 Chlorure d’hydrogèneMettre un peu de sel gemme (chlorure de sodium)dans un Erlenmeyer de 100 cm3. (Le gros selgemme produit moins de mousse que le sel fin.)Verser avec précaution de l’acide sulfuriqueconcentré dans le tube à entonnoir : le chlorured'hydrogène gazeux peut être recueilli par dépla-cement de l’air vers le haut (voir figure).

Comment recueillirle chlorure d’hydrogène



A. Remplir quatre tubes à essai de gaz et lesboucher. Plonger l’un d’eux dans l’eau et retirerle bouchon : Quelle est la solubilité du chlorured’hydrogène?

B. Présenter un tampon de coton hydrophileimbibé d’hydroxyde d'ammonium au goulotd’un tube à essai de chlorure d’hydrogène : laprésence de chlorure d’hydrogène se reconnaît àla formation d’un nuage blanc de chlorure d'am-monium.

C. Verser de l’eau dans un tube contenant duchlorure d’hydrogène et agiter pour obtenir unesolution. Soumettre cette solution à l’action d’unindicateur acide-base (voir expérience 2.44). Faireréagir un peu de magnésium sur cette solution :Peut-on recueillir le gaz dégagé et vérifier qu’ils’agit d’hydrogène?

2.37 AmmoniacA. Mettre dans un tube à essai, sur une hauteurde 4 cm, un mélange d’hydroxyde de calcium et dechlorure d'ammonium. Remplir un tube en U demorceaux d’oxyde de calcium enrobés de coton

2.37A Préparation de l’ammoniacA Morceaux d’oxyde de calcium

hydrophile (celui-ci empêche le tube de se bou-cher). Monter l’appareil comme l’indique lafigure. Chauffer doucement le tube à essai.L’oxyde de calcium dessèche l’ammoniac. Pourvoir si le tube collecteur est bien plein, présenterun papier de tournesol rouge mouillé au goulot.Recueillir des tubes à essai d’ammoniac et lesboucher. Le procédé ut i l isé pour recueil l i rl’ammoniac montre que ce gaz est plus léger quel’air.

2.37BExpérience de la « fontaine »

B. Remplir un ballon d’ammoniac et adapter auballon un bouchon et un tube comme le montrela figure. (Normalement, le tube devrait être effilépour former un jet.) Chauffer doucement le ballonpour provoquer une légère expansion du gaz,puis le renverser et plonger le tube dans l’eau :après quelques instants, l’eau jaillira à l’intérieurdu ballon.

2.38 Dioxyde de carboneNombre de réactions permettent d’obtenir du gazcarbonique (dioxyde de carbone). Une bonneméthode consiste à faire agir un acide dilué surdes morceaux de marbre ou de toute autre rochecalcaire. Le gaz n’étant pas très soluble, il peutêtre recueilli par déplacement d’eau (comme plushaut pour la préparation de l’hydrogène). On peutaussi recueillir le dioxyde de carbone par déplace-ment de l’air dans des bocaux secs comme indiquésur la figure A. Pour vérifier si le récipient estplein, introduire dans le goulot une allumette ouune bougie allumées : si la flamme s’éteint, c’est


Chimie

2.38A Comment recueillir B Comment voir si lele dioxyde de carbone récipient est plein

2.48

que le récipient est plein (figure B). Placer sur legoulot un couvercle de carton pour empêcher legaz de s’échapper par diffusion. Vérifier la densitédu dioxyde de carbone en le transvasant dans unautre bocal placé soit au-dessus, soit au-dessousde celui qui le contient, et constater la présencedu gaz dans l’un ou dans l’autre à l’aide d’uneallumette enflammée. N. B. : la présence dedioxyde de carbone peut être confirmée au moyend’eau de chaux - celle-ci devient laiteuse si ony fait barboter ce gaz.

2.39 Emploi du dioxyde de carbone pour la cuisineOn fera comprendre aux élèves le rôle de la levure

Action de la levure de bièresur une solution de sucre

chimique dans la préparation des gâteaux : elledégage de toutes petites bulles de dioxyde decarbone, qui font gonfler et lever la pâte, rendantainsi la pâtisserie légère et agréable à manger.Les levains jouent le même rôle dans la fabricationdu pain, bien que le processus prenne plus detemps. La levure chimique (hydrogénocarbonatede sodium. autrefois bicarbonate de soude,

NaHCO3) réagit sur un acide comme l’acide lac-tique du lait aigre pour donner du dioxyde decarbone. La levure du commerce contient souventun acide solide qui ne réagit sur l'hydrogéno-carbonate de sodium qu’en milieu humide.

A. Mettre un peu de levure chimique dans del’eau : Y a-t-il dégagement de dioxyde de car-bone? Y a-t-il dégagement de dioxyde de carbone,si on met de l'hydrogénocarbonate de sodiumdans de l’eau? Faire agir de la levure chimique surdu vinaigre (acide acétique) ou sur du jus decitron dans un tube à essai : Y a-t-il productionde dioxyde de carbone? Quelle est la nature dujus de citron?

B. Faire une solution de sucre et en remplir àmoitié un bocal. Ajouter une cuillerée de levure debière et attendre 2 ou 3 jours. Monter un tube bar-boteur qui s’adaptera sur le bocal comme le mon-tre la figure. La levure dégage-t-elle un gaz? Cons-tate-t-on la présence de dioxyde de carbone dansla partie supérieure du bocal?

Qu’est-ce que la rouille?

2.40 A quoi la rouille est-elle due ?Prendre 7 tubes à essai et 11 clous ou pointes pro-pres. Préparer les tubes de la façon suivante.Tube 1. Mettre 2 pointes propres dans le tube et

les couvrir à moitié d’eau distillée. Ces poin-tes sont au contact de l’air et de l’eau et cons-tituent l’expérience témoin.

Tube 2. Mettre au fond d’un tube sec quelquesmorceaux de chlorure de calcium anhydre oude gel de silice, ainsi que 2 pointes. Boucher le



tube avec un tampon de coton hydrophile :les pointes sont en contact avec l’air, mais sansqu’il y ait humidité.

Tube 3. Faire bouillir de l’eau pendant quelquesminutes pour en évacuer l’air dissous et, quandelle est encore chaude, en verser dans le tube.Mettre 2 pointes dans cette eau et mettre unpeu de vaseline ou quelques gouttes d'huiled’olive à la surface de l’eau : la vaseline for-mera en fondant une couche, imperméable àl’air, qui se solidifiera par refroidissement. Les2 pointes sont donc en contact avec l’eau maispas avec l’air.

Tube 4. Couvrir à moitié 2 pointes avec de l’eaucontenant un peu de sel de cuisine dissous :ces pointes sont en contact avec l’air, l’eau etle sel.

Tube 5. Entourer une partie de pointe à l’aided’un morceau de feuille de zinc. Mettre lapointe dans le tube et verser de l’eau du robi-net jusqu’à ce qu’elle soit presque entièrementimmergée.

Tube 6. Entourer une partie de pointe à l’aided’une feuille d’étain. Mettre la pointe dans letube et verser de l’eau du robinet comme dansle tube 5.

Tube 7. Entourer une pointe d’un bout de fil decuivre et la mettre dans le tube en l’immer-geant de la même manière que celles destubes 5 et 6.

Disposer ces 7 tubes dans un support et les laisseren place pendant plusieurs jours. Quelles conclu-sions peut-on tirer de l’expérience en ce quiconcerne l’apparition de la rouille? Quel est lemeilleur métal pour empêcher la formation de larouille : le zinc, le cuivre ou l’étain?

2.41 La rouille entraîne-t-elle augmentation de lamasse du fer ?

Placer une plaque de fer en équilibre sur un cou-

teau de la façon indiquée sur la figure; un poidsen cuivre ou une pierre serviront de contrepoids.Exposer à l’air humide ou sur un rebord de fenê-tre pendant plusieurs jours et observer l’action dela rouille sur le bras de levier le plus long.

2.42 Qu’est-ce qui se combine au fer quand ilrouille ?

Humecter l’intérieur d’un tube à essai et le sau-poudrer du contenu d’une spatule de limaille defer en le faisant tourner horizontalement demanière que la limaille se répartisse bien et adhèreaux parois du tube. On peut aussi introduire aufond du tube un petit tampon de laine d’acierhumide. Renverser le tube à essai sur un becherrempli d’eau jusqu’au tiers, le tube reposant surle rebord du becher (voir la figure). Le niveau de

l’eau doit être le même à l’intérieur et à l’extérieurdu tube ; le noter sur le tube par un repère. Lais-ser le tube dans cette position pendant quelquesjours. Le fer va rouiller et le niveau de l’eau vas’élever à l’intérieur du tube, avant de se stabi-liser. Ajouter de l’eau dans le becher jusqu’à ceque les niveaux à l’intérieur et à l’extérieur dutube soient de nouveau les mêmes et repérer lenouveau niveau. On constatera qu’environ uncinquième du volume d’air a été absorbé, ce quiporte à penser que le processus a consommé l’oxy-gène. Le gaz résiduel n’entretient pas la combus-tion d’une allumette enflammée. (Voir aussi expé-riences 2.318 et 4.58.)

Colorants végétaux employés comme indicateursd’acides et de bases

2.43 Extraction de substances colorantes végétalesChoisir quelques fleurs de couleurs vives, bou-


59 Chimie 2.45

gainvillées rouges ou violets par exemple, ou desfeuilles colorées. Écraser une fleur ou une feuilledans un mortier avec un mélange de 2 cm3 d’acé-tone pour 2 cm3 d’éthanol : la substance colo-rante est extraite par le solvant. Filtrer et recueil-lir le filtrat. Procéder de même pour obtenir unou deux autres colorants d’origine florale etconserver ces solutions colorées pour les utilisercomme indicateurs dans l’expérience suivante.

2.44 Emploi des extraits de plantes pourdéterminer si un corps est acide ou alcalin

Faire une tache sur du papier filtre avec l’extraitde fleur coloré et laisser sécher. Déposer unegoutte de jus de citron sur la tache : la colorationchange-t-elle? Prendre d’autres jus de fruits« surs », des jus de fruits en bouteille, du vinai-gre, et renouveler l’expérience. Tous ces corpssont acides. Quel est le changement de colorationproduit par de l’acide chlorhydrique dilué? Leslégères différences de coloration constatées ten-dent à démontrer que certaines substances sontplus acides que d’autres. Mettre un peu du filtratdont on s’est servi pour commencer sur une autrefeuille de papier filtre. Après séchage, quellessont les couleurs obtenues par l’action d’unesolution d’hydrogénocarbonate de sodium, de« cristaux de soude » (c’est-à-dire de cristaux decarbonate de sodium), d’eau de chaux ou d’unesolution diluée d’hydroxyde de sodium? Ces der-niers corps sont alcalins, ou basiques. Donnent-ils tous la même couleur?

Nous avons vu que les extraits de plantesjouent le rôle d’ « indicateurs » : ils renseignentsur le degré d’acidité ou d’alcalinité d’un corps.Ajouter 1 cm3 de solution d’hydrogénocarbonatede sodium à 1 cm3 d’indicateur à base d’extraitvégétal dans un tube à essai; mettre du jus decitron et noter le changement de coloration. Fairede même avec de l’eau de chaux additionnée del’indicateur en ajoutant de l’acide chlorhydriquedilué. Que se passe-t-il? Peut-on retrouver la colo-ration initiale en ajoutant à nouveau de l’eau dechaux? Combien de fois peut-on modifier la cou-leur de l’indicateur avant que le tube à essai nesoit plein? Le tournesol - extrait de lichens -est lui aussi un indicateur végétal.

Les chimistes préparent un « indicateur uni-versel » qui se présente soit sous forme d’une solu-tion, soit à l’état sec sur papier filtre. Cet indica-teur universel ne révèle pas seulement si une subs-tance est acide ou basique, il renseigne aussi surson degré d’acidité. Les élèves pourront éventuel-lement étudier l’action de l’indicateur universelsur toutes les solutions mentionnées plus haut.Pour éviter de désigner l’acidité à l’aide desnoms des couleurs, on utilise une échelle qui vade 0 à 14. C’est ce qu’on appelle le pH; bien qu’ilcorresponde à une formule mathématique quan-titative, on peut l’employer tout simplement pourexprimer le degré d’acidité ou d’alcalinité aumoyen d’un chiffre compris entre 0 et 14. L’aci-dité est la propriété de toute solution dont le pHest inférieur à 7. Les solutions de pH supérieur à 7sont dites alcalines ou basiques. Les solutions depH égal à 7 ne sont ni acides ni alcalines : ellessont neutres. Étudier le pH de l’eau : est-elle neu-tre? Sur la bouteille ou sur le papier de l’indica-teur universel, on trouvera un tableau donnantles couleurs et les pH respectifs qui leur corres-pondent. Pour un indicateur universel ordinaire,on aura par exemple les changements de colora-tion suivants :

Couleur pH Acide/Base

Rouge l-3 Très acideOrange 4-5 Faiblement acideJaune 6 Très faiblement acideVert 7 NeutreBleu 8 Très faiblement basiqueIndigo 9-10 Faiblement basiqueViolet 11-14 Très basique

Utiliser 2 gouttes d’indicateur universel pour10 cm3 de la solution à étudier.

Cristallisation

2.45 Observation de la croissance des cristauxLes cristaux de sodium thiosulfate, ou hyposul-fite de sodium, se forment rapidement dans unesolution aqueuse sursaturée. Leur formule est



Na2S2O3 10H2O. Si on chauffe, ces cristaux sedissolvent dans une partie de leur eau de cristal-lisation. Mettre des cristaux d’hyposulfite desodium dans un tube à essai sur une hauteur de3 à 4 cm. Ajouter 1 ou 2 gouttes d’eau. Chaufferdoucement jusqu’à dissolution complète des cris-taux : on dirait qu’ils « fondent ». Laisser refroi-dir. Il est peu probable que des cristaux se for-ment tant qu’on n’a pas introduit dans la solutionun petit cristal d’hyposulfite de sodium servantd’amorce. La croissance des cristaux commencealors et s’étend rapidement à toute la solution. Ilest passionnant d’observer comment les cristauxse forment à partir d’un centre. Les élèves peu-vent-ils faire d’autres remarques s’ils tiennent letube à la main pendant que s’effectue la cristal-lisation?

2.46 Observation de la croissance des cristaux dansdu naphtalène en fusion

Mettre un peu de naphtalène sur une lame deverre et le placer au-dessus d’une flamme jusqu’àce que les cristaux fondent. Mettre une lamellesur le liquide et laisser refroidir. Observer lacroissance des cristaux à la loupe. Parfois, lescristaux se formeront simultanément à partir deplusieurs points et l’on notera la présence de« frontières » aux points de rencontre. Les élèvespourront peut-être essayer de dessiner ces fron-tières entre les cristaux en formation et le naphta-lène fondu. Il est très intéressant d’observer lescristaux à travers des filtres polaroïds.

2.47 Formes différentes des cristauxFaire des essais en vue de déterminer la concen-tration à donner aux solutions aqueuses des selsénumérés ci-après pour obtenir de beaux cristauxsur une lame de microscope : si les solutions sonttrop concentrées, il se formera trop rapidementdes agglomérations de cristaux. On peut tenir auchaud les solutions de la concentration voulue enplongeant les tubes à essai qui les contiennentdans un becher rempli d’eau chaude. Voici desexemples de formes de cristaux :Cubiques : chlorure de sodium et chlorure de

potassium.Tétragonaux : sulfate de nickel.

A CubiqueB Tétragonal (ou quadratique)c Orthorhombique

D HexagonalE MonocliniqueF Triclinique

Orthorhombiques : nitrate de potassium, sulfatede zinc, chlorate de potassium, sulfate. desodium.

Tricliniques : sulfate cuivrique.Des cristaux octaédriques se forment lorsque duchlorure de sodium se cristallise à partir de solu-tions alcalines, dans l’urée ou l’hydroxyde d’am-monium. Des cristaux en forme d’entonnoir se for-ment à partir d’une solution mixte de chlorure desodium et d’alun. Pour observer ces cristaux,mettre 2 ou 3 gouttes de solution concentréechaude sur une lame de microscope et les exami-ner à la loupe ou au microscope.

2.48 Étude des deux formes différentes des cristauxde soufre

On peut obtenir à la fois des cristaux orthorhom-biques et des cristaux monocliniques de soufre àpartir d’une solution de soufre dans le xylène. Lexylène est inflammable, mais on peut le fairechauffer sans danger dans un tube à essai enPyrex, sur une petite flamme. Le xylène bout à140 °C environ, selon la proportion des isomèresqu’il contient : cette température est supérieureau point de fusion et au point de transition dusoufre. On peut aussi utiliser du toluène commesolvant, mais le toluène étant également inflam-mable et beaucoup plus volatil que le xylène, il


61 Chimie 2.49

faut prendre de grandes précautions pour que lavapeur ne s’enflamme pas. Le point d’ébullitiondu toluène est 111 °C, c’est-à-dire supérieur- comme celui du xylène à la température detransition du soufre monoclinique et orthorhom-bique, qui est de 95 °C.

Dissoudre du soufre écrasé dans du xylènechaud, en laissant déposer, au fond du récipient,du soufre en excès. En refroidissant, la solutiondeviendra peut-être trouble, mais bientôt le soufredéposé au fond se solidifiera et de longs cristauxde soufre monocliniques, en forme d’aiguilles, semettront à croître de bas en haut dans la solution.Laisser refroidir celle-ci : elle doit être d’unjaune pâle qui caractérise la solution saturée res-tante de soufre orthorhombique. Mettre 1 ou2 gouttes de cette solution décantée sur une lamede microscope. Des cristaux de soufre orthorhom-biques se formeront; on pourra les observer à laloupe et constater la différence avec les cristauxmonocliniques.

2.49 Comment obtenir de gros cristauxa) Pour obtenir de gros cristaux, il faut utiliserun petit cristal appelé « amorce » ou « germe »,qui doit mesurer 5 à 8 mm de long. On peut pré-parer ces petits cristaux en faisant évaporer len-tement environ 30 cm3 de solution saturée dansune capsule de verre. Faire sécher et nouer unmorceau de coton autour des cristaux choisispour servir de germes. On se lavera soigneusementles mains avant de faire cette opération, car laprésence d’impuretés risque de modifier la tailleet la forme des cristaux. Suspendre le cristalgerme à 5 cm environ du fond du récipient parun fil de fer recourbé de la façon indiquée sur lafigure. Remplir le bocal d’une solution du selconsidéré ayant une concentration très légèrementinférieure à la saturation, puis mettre le cristalgerme en place.

b) Une autre manière de maintenir le cristalgerme, qui permet en outre d’avoir une monturepour le cristal quand il se sera formé, consiste àle poser à l’extrémité d’un tube de verre. Prendreun morceau de tube de verre d’environ 3 mm dediamètre intérieur et le passer à la flamme jusqu’àce que l’extrémité se ramollisse suffisamment pour

qu’on puisse réduire la dimension du trou en lepinçant avec une pince ou des brucelles. Aprèsrefroidissement, y laisser tomber les cristaux ger-mes jusqu’à ce que l’un d’eux se coince dans letrou et le maintenir en place en mettant d’autrescristaux par-dessus. Placer le tube sur un supportde telle sorte que le cristal germe retenu à sonextrémité soit immergé dans la solution de cris-tallisation. La croissance pourra alors se pro-duire.

Si le cristal se développe de manière dispro-portionnée ou si de petits cristaux se forment àla surface, on vissera le bouchon du bocal surle goulot pendant quelque temps : cela fera dis-soudre les petits cristaux. Si le cristal n’est passuspendu, il y aura avantage à le retourner detemps en temps de manière à obtenir une crois-sance égale sur toutes les faces. Si la croissances’effectue dans un cristallisoir, il peut arriver quele liquide remonte en adhérant aux parois durécipient; pour éviter ce phénomène, enduire devaseline le bord intérieur du cristallisoir. On peutaccélérer l’évaporation en plaçant le bocal decristallisation sur une boîte à conserves où l’onaura allumé une ampoule de 5 watts. On peutaussi activer la croissance en faisant passer uncourant d’air sur la solution à l’aide d’un venti-lateur.

A Capuchon en tissu maintenu parun fil de fer

B Cristal germe (ou « amorce »)

On peut conserver les cristaux obtenus à partird’une solution aqueuse en les plongeant dans dutétrachlorure de carbone, du benzène ou un autreliquide du même genre; on peut aussi les passerau vernis incolore.



2.50 Faisceaux de cristaux à exposerBouquet de cristaux. Immerger des morceaux decharbon de bois, de brique ou de porcelaineporeuse dans une solution saturée de chlorure desodium. Ajouter de temps en temps de la solutionsaturée de façon qu’elle recouvre toujours cesfragments , qui y seront maintenus pendant2 semaines environ. Ce délai écoulé, mélanger dubleu de Prusse ou de l’encre au chlorure desodium et verser le mélange sur les morceaux decharbon de bois, puis laisser évaporer à sec. Onverra se former des bouquets de cristaux. Selonla teinture utilisée, on pourra obtenir toutes sortesde couleurs.

Couronne de cristaux. Découper une couronnedans un morceau de fer-blanc ou une boîte àconserves. La fermer au moyen d’un fil de fer oude cuivre, comme le montre la figure. L’envelop-per de bandes de tissu de coton. Plonger l’ensem-ble dans une solution de bichromate de potassiumet laisser sécher : des cristaux germes se forme-ront sur le tissu. Préparer une solution saturée debichromate de potassium à 80 °C et immerger lacouronne dans cette solution pendant 1 jour ou 2.

Normalement, des cristaux rouges se formerontet la couronne deviendra étincelante. Si la cou-ronne est de petite taille, il suffira d’une faiblequantité de bichromate de potassium.

2.51 Comment cliver des cristauxSi l’on dispose de cristaux de calcite ou de chlo-rure de sodium, on peut les cliver en procédantde la manière suivante. Se procurer une lame derasoir du type représenté sur la figure; un scalpelde biologiste peut également faire l’affaire.Appuyer la lame sur le cristal de sorte que le platde la lame soit parallèle aux plans des deux facesopposées du cristal (A et B). Donner un coup secavec un petit marteau sur le haut de la lame.

Essayer de fendre le cristal en exerçant le mini-mum de force. Il doit normalement se cliver selonle plan de symétrie. Toutefois, si la lame n’est pascorrectement orientée, le cristal s’émiettera aulieu de se cliver en deux parties.

La galène (sulfure de plomb naturel) se pré-sente sous forme de cristaux cubiques qui se lais-sent facilement cliver selon trois plans à angledroit les uns par rapport aux autres. Les micasont un seul plan de clivage, et le résultat est duplus bel effet; on peut les diviser en feuilles trèsminces et flexibles.

Les particules qui forment la matière :mouvements, nombre et dimensions

2.52 Mouvements browniensA. Pour observer les mouvements de particulestrès petites, mais visibles, en suspension dans desliquides, on peut utiliser du graphite colloïdal (ilse trouve dans le commerce) ou de la pâte denti-frice (qui contient des particules d’oxyde demagnésium). Mettre une petite goutte de graphitecolloïdal sur une lame de microscope et y mélan-ger de l’eau distillée jusqu’à ce que le mélangesoit à peu près incolore. On peut procéder demême avec de la pâte dentifrice, mais, dans ce cas,il suffit d’une trace de pâte. Placer une lamellesur la lame et mettre celle-ci sur la platine dumicroscope. Éclairer latéralement et observer augrossissement maximal. Il faudra peut-être un peude patience pour que le regard perçoive le trèsléger mouvement des particules qui se déplacentpar petits sauts discontinus : fixer une particuledonnée et suivre ses mouvements; au début, ona l’impression qu’elle reste au même endroit,mais, en fait, elle se déplace constamment danstoutes les directions. Cela est dû au fait qu’elle


63 Chimie 2.54

est heurtée de tous côtés par les molécules d’eau,beaucoup plus petites et invisibles.

Bien que le modèle ne soit pas fidèle, on peutaider les élèves à comprendre ce qui se passe, enutilisant un plateau sur lequel on aura mis ungrand nombre de petites perles légères et unegrosse bille située au centre. Les petites perlesreprésentent les molécules d’eau et la grosse billeune particule de graphite ou de dentifrice en sus-pension. L’échelle est fausse, car, en réalité, laplus petite particule visible (même au microscope)contient environ 1010 ou 1011 atomes. Lorsqu’onsecoue le plateau, les petites perles heurtent labille de manière répétée et dans toutes les direc-tions; les forces s’annulent rapidement, de sorteque la bille est affectée de petits mouvementsdésordonnés, mais revient au même endroit.

B. Remplir un becher avec de l’eau du robinetet y concentrer les rayons du soleil au moyend’une loupe. On peut observer les mouvementsdes particules solides en suspension à l’endroit oùles rayons se concentrent.

2.53 Un gaz plus lourd que l’air se répand vers lehaut par diffusion

A. Remplir un bocal de dioxyde de carbone et lerenverser sur un bocal identique plein d’air. Aprèsquelques instants, verser un peu d’eau de chauxdans le bocal inférieur et l’agiter. L’eau de chaux

se trouble, ce qui montre que le dioxyde de car-bone est descendu dans le bocal inférieur parcequ’il est le plus lourd des deux gaz.

B. Recommencer l’expérience, mais en mettantcette fois le dioxyde de carbone dans le bocalinférieur et renverser dessus un bocal d’air (voirfigure). Si on laisse les bocaux dans cette positionpendant 5 minutes environ, on constate que dudioxyde de carbone passe dans le bocal supérieurpar diffusion, tandis que de l’air pénètre dans lebocal inférieur. Le test de l’eau de chaux révélerala présence de dioxyde de carbone dans le bocalsupérieur.

2.54 Comparaison des vitesses de diffusion del’ammoniac et du chlorure d’hydrogène

La figure montre le dispositif à utiliser. Le longtube de verre doit être placé horizontalement etêtre muni de bouchons aux deux extrémités. Avecune paire de brucelles ou une pince, plonger unpeu de coton hydrophile dans de l’acide chlorhy-drique concentré et un autre tampon dans del’hydroxyde d’ammonium (ammoniaque) concen-tré. Faire égoutter le liquide en excès. Mettre

dans toute la mesure du possible simultané-ment le coton imbibé d’ammoniaque à uneextrémité du tube et le coton imbibé d’acide àl’autre bout et boucher les deux extrémités dutube. Après quelques instants, observer attenti-

2.53 Diffusion vers le hautdu dioxyde de carbone,gaz plus lourd que l’air

2.54 Les gaz diffusants font la courseA Tube de verre de 1 m de longet 2 cm de diamètreB Coton hydrophile imbibé d’une solution

d’ammoniaque concentréec Coton hydrophile imbibé d’une solution

d’acide chlorhydrique concentré



vement la formation d’un anneau blanchâtre aupoint où le gaz ammoniac et le gaz chlorured’hydrogène se rencontrent après diffusion dansl’air. L’ammoniac est le gaz le moins dense :l’anneau blanc de chlorure d’ammonium doitdonc normalement se former plus près de l’extré-mité où l’on a introduit l’acide chlorhydrique quede celle où l’on a introduit l’ammoniaque.

2.55 Diffusion des liquidesA. Mettre un cristal de bichromate de potassiumou de bichromate d’ammonium au fond d’unbecher d’eau. On peut le faire, par exemple, enintroduisant un tube de verre dans le becher jus-qu’à ce qu’il touche le fond et en laissant tomberle cristal dans le tube. Boucher l’extrémité dutube avec le doigt et retirer délicatement le tube,laissant le cristal au fond du becher. La colorationdu cristal en cours de dissolution se répandrarapidement dans l’eau.

B. Remplir une petite fiole non bouchée d’unesolution concentrée de permanganate de potas-sium et la placer dans un bocal plus grand. Rem-plir le grand bocal en versant de l’eau avec pré-caution le long de la paroi jusqu’à ce que leniveau dépasse le goulot de la petite fiole. Laisseren place pendant quelques jours : la solution depermanganate de potassium doit normalements’être diffusée de manière égale dans tout levolume d’eau.

2.56 Étude des particules qui constituent lamatière

Mettre un seul cristal de permanganate de potas-sium dans un tube à essai. Ajouter 1 cm3 d’eau.Faire dissoudre le cristal complètement en agitantvigoureusement, en bouchant le tube à essai avecle pouce. Puis ajouter de l’eau pour obtenir unvolume total de 10 cm3 : on a donc dilué 10 fois.Verser ces 10 cm3 de solution violette dans unbecher de 100 cm3 et remplir d’eau : on a alorsdilué 100 fois. Remplir de cette solution le tubeà essai de 10 cm3 et jeter le liquide restant. Diluerà nouveau dans le becher pour faire 100 cm3

de solution : on a alors dilué 1 000 fois. Combiende fois (en puissance de 10) faut-il diluer pour

obtenir une couleur si pâle qu’on ne la voie pres-que plus? La puissance de 10 en question montreque, si la matière est divisée en particules, alorsla dimension de ces particules doit être vraimenttrès petite.

2.57 Comment trouver la dimension approximatived’une molécule

On prendra une molécule d’huile parce que sadensité est plus faible que celle de l’eau. L’huileflotte à la surface de l’eau et ne s’y mélange pas.Si l’eau présente une surface suffisammentgrande, on admet que de l’huile fluide s’étale surcette surface pour former une couche d’unemolécule d’épaisseur appelée couche monomo-léculaire, sans former de « bosses » ou amas demolécules. Si l’on connaît le volume de l’huilerépandue et la surface qu’elle couvre en s’étalant,on peut calculer l’épaisseur de la couche monomo-léculaire en divisant le volume par la surface. Ilfaut disposer d’un bac ou autre récipient platd’au moins 30 cm de côté, de manière à ne paslimiter l’expansion de la pellicule d’huile. Sau-poudrer la surface de l’eau d’une poudre trèsfine, comme du talc : quand on versera l’huilesur l’eau, elle repoussera la poudre et la surfacecouverte par l’huile ressortira nettement (voirfigure). Pour trouver le volume de l’huile, verserde l’huile fluide dans une burette (l’huile quiconvient le mieux est l’huile de vaseline fluide).Évaluer le volume correspondant à 50 gouttes encomptant les gouttes une à une à mesure qu’ellessortent de la burette. Faire tomber une gouttesupplémentaire sur un morceau de plastique,puis toucher cette goutte du bout d’une baguettede verre qu’on mettra ensuite en contact avec la

A Couche d’huileB Poudre de talc répandue à la surface de l’eau


65 Chimie 2.60

surface de l’eau, préparée de la manière indiquéeplus haut. L’huile s’étale et on peut mesurerapproximativement la surface qu’elle couvre.Enfin, il faut estimer quelle est la fraction de lagoutte d’huile qui a été prélevée à l’aide de labaguette de verre : on peut le faire de manièreapproximative en utilisant cette baguette de verrepour opérer des prélèvements successifs de lagoutte d’huile jusqu’à ce qu’il n’en reste plus dutout. On peut alors calculer le volume d’huileétalé sur l’eau et faire une estimation de l’épais-seur de la couche d’huile. On trouvera probable-ment un chiffre voisin de 10-6 mm, qui donne lediamètre approximatif d’une molécule d’huile.

2.58 Étude d’une suspension de particulesMettre un peu de terre argileuse et de l’eau dansun tube à essai et agiter; laisser reposer. Remar-quer que l’on obtient une couche d’humus enhaut, une suspension d’argile trouble au-dessouset de fines particules de roche et de minéraux aufond du tube. Filtrer le liquide. Les élèves consta-teront que le filtrat reste trouble : cela tient aufait que les particules d’argile ont traversé lepapier filtre. Comment se fait-il que les particulesen suspension ne se déposent pas, même au boutde plusieurs jours? Les particules colloïdales ontune dimension de l’ordre de 1 mµ à 100 mµ.(1 mµ : 1 millimicron, soit 10-6 mm.)

Répartir le filtrat dans plusieurs tubes àessai, dont l’un servira de témoin. Mettre dansles autres quelques gouttes de solution de chlorurede baryum ou d’un sel d’aluminium et observerce qui se passe après une demi-heure et après uneheure. La même chose se produit quand une sus-pension d’argile présente dans l’eau d’une rivièrerencontre les sels contenus dans l’eau de mer.Dans beaucoup de pays chauds, le sel se cristal-lise dans des marais salants aménagés dans lesbancs d’argile qui se trouvent à proximité del’embouchure des rivières.

Conductivité des corps

2.59 Solides conducteurs de l’électricitéPour apprécier la conductivité des corps, les

A Alimentation en courantcontinu sous 6 volts

B Électrodes

élèves pourront utiliser un appareil comme celuiqui est représenté sur la figure. Des piles sèchesen série donnant un voltage de 6 volts pourrontfournir le courant continu. L’ampoule, qui doitêtre de faible puissance, a pour rôle de montrersi le courant passe. Les électrodes, en carbone ouen acier, pourront être fixées sur un support enbois ou passées dans un bouchon de liège ou decaoutchouc qui les maintiendra à distance cons-tante l’une de l’autre.

A. Pour éprouver la conductivité des solides, ondoit faire en sorte que le contact entre la surfacedu solide considéré et les deux électrodes soitsatisfaisant (on nettoiera la surface du solideavant l’expérience). Demander aux élèves de fairela liste de tous les métaux qu’ils peuvent trouver.Tous les métaux sont conducteurs de l’électricité;il en est de même pour le carbone. Essayer defaire découvrir aux élèves que les solides nonmétalliques, comme les plastiques, le naphtalène,la cire, le sucre, le chlorure de sodium et le soufrene conduisent pas l’électricité.

B. Le verre peut être conducteur. Chauffer unebaguette de verre jusqu’à ce qu’elle commence àse ramollir. Placer la partie chauffée et ramolliedans l’appareil destiné à vérifier la conductivité :le verre fondu se révèle bon conducteur de l’élec-tricité. (Voir aussi expérience 2.155.)

2.60 Quels sont les liquides conducteurs del’électricité ?

A. Essayer d’abord avec des liquides résultant de


2.61 Sciences physiqnes 6 6

la fusion de certains corps. Faire fondre enchauffant doucement et avec précaution, pouréviter qu’ils ne s’enflamment les corps sui-vants : soufre, cire, naphtalène, morceaux depolyéthylène, étain, plomb et, si possible, un selà bas point de fusion comme le bromure de plomb(point de fusion 488 °C) ou l’iodure de potassium(point de fusion 682 °C). Éprouver la conducti-vité du liquide de fusion en y plongeant les élec-trodes et en attendant quelques instants pourqu’elles aient pris la température du liquide (onest sûr ainsi que les électrodes sont bien encontact avec le liquide lui-même et non avec lasubstance solidifiée). Gratter et nettoyer les élec-trodes après chaque essai.

B. Essayer avec de l’éthanol (ou de l’alcool àbrûler), de l’acétone, du tétrachlorure de carbone,du vinaigre, du sucre en solution, une solution desulfate cuivrique, une solution de chlorure desodium et d’autres substances solubles dans l’eau.Nettoyer les électrodes et les sécher après chaqueessai.

C. Étudier la conductivité de l’eau distilléepure. Plonger les électrodes dans un becher d’eaudistillée. Les élèves pourront constater que l’am-poule ne s’allume pas : c’est donc que l’eau puren’est pas conductrice. Ajouter en remuant et trèsprogressivement de petits cristaux de sel de cui-sine : A mesure que le sel se dissout, que constate-t-on en regardant l’ampoule?

Les élèves doivent être maintenant capablesde classer les corps en groupes : a) ceux quiconduisent l’électricité lorsqu’ils sont à l’étatsolide et ceux qui ne le font pas; b) ceux quiconduisent l’électricité lorsqu’ils sont à l’étatliquide et ceux qui ne le font pas; c) ceux quiconduisent l’électricité quant ils sont en solutiondans l’eau et ceux qui ne le font pas.

Matériaux de construction

2.61 Préparation d’alliages de plomb et d’étainLe plomb et l’étain employés doivent être rela-tivement purs. L’étain fond à 232 °C et le plomb

à 3 °C. Peser des morceaux de plomb etd’étain afin de réaliser quatre alliages : à 20 %d’étain, à 40 % d’étain, à 60 % d’étain et à 80 %d’étain. Il s’agit là de pourcentages d’étain enpoids. Pour chaque alliage, mettre le poids voulude plomb et d’étain dans un creuset ou dans untube à essai en Pyrex. Recouvrir les métaux d’unpeu de carbone (charbon de bois en poudre) pouréviter l’oxydation du métal. Chauffer les métauxjusqu’à ce qu’ils fondent, remuer avec un boutde bois pour favoriser le mélange. Terminer encoulant le métal dans un moule.

On peut réaliser un moule de fonderie satis-faisant en faisant disparaître avec une mèche lefiletage d’un écrou de manière à obtenir un troupoli d’environ 6 mm de diamètre. Couper l’écrou

en deux à l’aide d’une scie à métaux (voir figure).Lier ensemble les deux moitiés avec du fil de feret les placer sur une plaque d’amiante avantd’effectuer la coulée. Verser avec précaution lemétal fondu dans ce moule jusqu’à ce qu’il soitplein. Empêcher le charbon de tomber dans lemoule en le retenant avec un bout de bois. Aprèsrefroidissement, séparer les deux moitiés duboulon de manière à détacher l’alliage.

2.62 Les alliages de plomb et d’étain sont-ilsplus durs que chacun de ces deux métauxà l’état pur?

Couler les quatre alliages décrits à l’expérienceprécédente ainsi que les deux métaux purs quiont servi à les constituer; les étiqueter en indi-quant les pourcentages respectifs de plomb etd’étain.

Se procurer un poinçon métallique bienpointu et un tube de métal ou de plastique où il


67 Chimie 2.63

pourra coulisser librement. Le tube doit avoirenviron 1 m de longueur. Son objet est de guiderle poinçon dans sa chute en direction de la sur-face de l’alliage de métal (voir figure) : la pointe

aiguë du poinçon fera un petit trou à la surfacede l’alliage. Plus l’alliage sera mou et plus le trousera grand. En mesurant le diamètre du trou faitpar le poinçon, on pourra comparer les duretésrelatives des alliages. En principe, c’est l’alliageà 60 % d’étain qui doit être le plus dur; quant auxmétaux purs, ils doivent se révéler moins durs queleurs alliages. Pour mesurer de manière satisfai-sante le diamètre des trous, on utilisera une jaugemicrométrique ou un pied à coulisse et une loupe.

2.63 Comparaison des points de fusion d’un métalpur et de ses alliages

a) Faire fondre les quatre alliages et les deuxmétaux purs de l’expérience 2.61 et déposer quel-ques gouttelettes de chaque métal sur une plaqued’amiante. Étiqueter chaque groupe de goutte-lettes en précisant la composition du métal consi-déré.

b) Découper une plaque de fer d’environ

12 cm de côté et d’une épaisseur de 0,2 à 0,4 cm.Déterminer le centre, et dessiner sur le métal unhexagone, comme l’indique la figure. Faire unpetit creux à chaque angle de l’hexagone; chacundes creux doit avoir la même dimension et setrouver à égale distance du centre de la plaque.Percer de petits trous aux quatre coins de celle-ciet y faire passer du fil de fer qui permettra de sus-pendre la plaque horizontalement à un support.Avec de la craie, noter les indications suivantesen face des six creux : 1. plomb pur; 2. 20 %d’étain; 3. 40 % d’étain; 4. 60 % d’étain; 5. 80 %d’étain; 6. étain pur.

c) Choisir de petites billes parmi celles quiont été obtenues par le dépôt de gouttelettes de

métal sur une plaque d’amiante (par. a); leurcomposition correspondra aux proportions 1 à 6ci-dessus. Mettre chacune d’elles dans le creuxapproprié (voir figure). Chauffer la plaque demétal juste au centre, de manière que chaquebille reçoive la même quantité de chaleur. Onpeut s’assurer qu’une bille est fondue en latâtant du bout d’une brindille. Quand elles seronttoutes fondues, on pourra se servir de la brin-dille pour prélever un peu du métal des billesles plus grosses, de façon qu’elles aient toutesla même taille. Une fois les billes fondues,retirer le bec Bunsen, et laisser refroidir. La pre-mière à se solidifier sera la bille de plomb pur,puisque c’est elle qui a le point de fusion le plusélevé. Se procurer un réveil ou une montre indi-quant les secondes, et compter les secondes àpartir du moment où le plomb se solidifie ennotant les temps correspondant aux points desolidification des divers alliages et de l’étain pur.



On pourra présenter les résultats sous forme d’untableau :

Métal ou alliage Durée, en secondes, entre lemoment où le plomb se solidifieet le moment où l’alliage sesolidifie

Point de solidificationdu plomb Zéro seconde

Solidification de l’alliageà 20 % d’étain . . . secondes après le plomb

Solidification de l’alliageà 40 % d’étain . . . secondes après le plomb

Etc. Etc.

d) Reporter les résultats sur un graphique(voir figure). On peut admettre que l’alliage quimet le plus de temps pour se solidifier après le

plomb est celui qui a le point de fusion le plusbas. La conclusion à tirer des deux dernièresexpériences est que les alliages qui contiennentenviron 60 % d’étain sont ceux qui ont le pointde fusion le plus bas et sont aussi les plus durs.

2.64 Effet de la chaleur sur des aiguilles d’acierSe procurer quelques aiguilles à coudre de 4 à5 cm de longueur environ. Ces aiguilles sont desalliages de fer et decarbone, mais la proportion decarbone est très faible. Essayer de courber uneaiguille : elle se courbe difficilement et fait ressort.

A. Détrempe ou recuit. Chauffer une aiguille aurouge vif : pour cela, la maintenir verticalement

dans la flamme et la retirer progressivement versle haut ; il faut compter une minute au total pourl’ensemble de l’opération. La laisser refroidir etessayer de la courber : elle doit normalement êtrefacile à courber et l’on peut aisément l’enroulerautour d’un crayon.

B. Trempe: Chauffer une aiguille au rouge vif etla plonger complètement dans de l’eau froidealors qu’elle est encore très chaude. Essayer de lacourber : normalement, elle est devenue cassanteet se laisse facilement briser en petits morceaux.

C. Revenu. Ni l’aiguille malléable ni l’aiguille cas-sante ne présentent une grande utilité; mais onpeut restituer au métal la dureté et l’élasticitéd’origine. Chauffer et tremper une aiguille commeprécédemment pour obtenir le métal dur et cas-sant. Essuyer soigneusement l’aiguille et polir lasurface à l’émeri, puis chauffer l’aiguille trèsdoucement jusqu’à ce qu’une pellicule d’oxyded’un bleu foncé apparaisse à la surface : cettecouleur indique la température de revenu del’aiguille. Laisser l’aiguille refroidir et essayer dela courber : A-t-elle la dureté et l’élasticité desaiguilles qui n’ont subi aucun traitement? Cespropriétés de l’acier au carbone dépendent de lamanière dont sont disposés les atomes de carboneparmi les atomes de fer. Le recuit, la trempe etle revenu ont pour effet de modifier cette dispo-sition de manière spécifique. Au lieu d’aiguilleson peut utiliser certaines sortes de lames de rasoir.

2.65 Comparaison de la résistance de briques deterre, d’argile ou de sable

Trouver de la terre argileuse ou de la boue. Sielle est sèche, il faudra la mélanger d’eau : pourcela, mettre environ 350 cm3 d’eau dans un réci-pient approprié, cuvette ou bol en plastique parexemple. Le mieux est de réduire l’argile sèche enpoudre et de la pétrir avec de l’eau jusqu’à obtenirune pâte épaisse et homogène, sans grumeaux.Cette pâte aura vraisemblablement la consistancevoulue lorsqu’elle sera devenue épaisse et malléa-ble et adhérera mieux à elle-même qu’à vos doigts.Étaler l’argile ou la boue de manière très régu-lière sur une surface plane de manière à obtenir


Chimie 2.66

une plaque de 1,5 cm d’épaisseur. Puis, à l’aided’un couteau propre et mouillé, y découper 3 ou4 briques de mêmes dimensions, soit 10 x 5 cm.Faire sécher l’une de ces briques au soleil pen-dant 2 ou 3 jours et faire cuire l’autre auprès d’unfeu. Essayer de faire une brique de sable demêmes dimensions. Se procurer également unebrique vendue par un entrepreneur de construc-tion. Pour étudier ces briques, on pourra. :a) chercher s’il y a des fêlures; b) voir si la sur-face se dégrade quand on la frotte avec le doigtsec; c) voir si la surface se dégrade si on la frotteavec le doigt humide; d) éprouver la résistancedes petites briques de 5 x 10 x 1,5 cm enappuyant les deux extrémités sur le rebord de deuxtables et en chargeant le milieu de la brique. Onpeut utiliser à cette fin des poids, ou, pour lesbriques les plus solides, suspendre un seau qu’onchargera de sable jusqu’à ce que la brique secasse. Faire en sorte que les poids ou le seau nesoient pas suspendus loin du sol, comme le mon-tre la figure : de cette manière, ils ne tomberontpas de trop haut.

2.66 Emploi du ciment pour la fabrication deparpaings

Fabriquer 5 boîtes en papier fort ou en carton de1,5 cm de profondeur, 5 cm de large et 10 cm delong. Fixer les bords avec du papier adhésif oudes agrafes (voir figure). Ces boites serviront àmouler des parpaings de ciment de même taille

que les briques d’argile. Enduire l’intérieur desboîtes d’un peu d’huile ou de graisse. Se procurerchez un maçon un peu de ciment Portland frais.

A. Parpaing de ciment et d’eau. Gâcher le cimentavec de l’eau jusqu’à obtenir une pâte épaisse.Remplir la boite de ce ciment en aplanissant eten lissant la surface supérieure de manière qu’ellene déborde pas le papier. Le ciment « prendra »en quelques minutes, mais il faudra plusieursjours pour qu’il « durcisse ». La « prise » est lepassage de l’état fluide à l’état de matériau fermeet non fluide, mais on peut encore érafler la sur-face avec un clou. Le ciment « durci » est durcomme du roc.

B. Parpaing de ciment, sable et eau. Mélanger1 partie de ciment en poudre et 3 parties de sablepropre. Gâcher avec de l’eau pour obtenir unepâte épaisse. Remplir la boîte en carton, lisserla surface et laisser prendre et durcir.

C. Parpaing de ciment, sable, gravier et eau. Pro-céder comme précédemment en prenant 1 partiede sable, 3 parties de gravier propre pour 1 partiede ciment en poudre. Gâcher avec de l’eau. Cou-ler dans le moule et laisser prendre et durcir. Onobtient un parpaing en béton.

D. Parpaing de ciment, chaux, sable et eau. Lesmaçons achètent de la chaux vive et la mélangentà de l’eau pour obtenir de l’hydroxyde de calcium(chaux éteinte) sur le chantier même et au mo-ment même de s’en servir. Mélanger 1 partiede ciment, 5 parties de chaux éteinte et 2 partiesde sable. Gâcher avec de l’eau, couler dans lemoule comme précédemment et laisser durcir..

On incitera les élèves à découvrir quels sontles types de briques ou de parpaings qui sont uti-lisés autour d’eux. Ils pourront faire un tableau


2.67 Sciences physiques

récapitulant les propriétés et les utilisations desbriques et des parpaings. Les murs des maisonsdu village sont peut-être en pisé ou torchis, obte-nus en gâchant avec de l’eau un type de sol donné(terre ou argile). Ce mortier est peut-être appli-qué sur un treillis de branchages ou de lattes dis-posés pour former un mur; ou, encore, on apeut-être fait des briques de terre servant à cons-truire le mur. Les fortes pluies dégradent ce genrede murs. Parfois, un enduit de ciment et de sableles recouvre à l’intérieur et à l’extérieur. Dansune ville, les immeubles modernes sont en généralen béton armé - du moins pour ce qui est dugros œuvre. Ce béton est recouvert d’un crépi deciment et de sable à la surface rugueuse. Les sur-faces lisses de l’intérieur des immeubles sontfaites d’un enduit à base de chaux ou de plâtre.

2.67 Une expérience avec du plâtre de ParisLe plâtre de Paris est du sulfate de calcium trèspeu hydraté. Si on le gâche avec de l’eau, il prendrapidement et augmente de volume. On l’utilisepour des moulages fins. Mettre 4 cm3 d’eau dansun becher; saupoudrer petit à petit de plâtre deParis (utiliser une spatule). Continuer à ajouterdu plâtre jusqu’à ce qu’il affleure à la surface del’eau. Le plâtre absorbe l’eau et, à la fin, on nedoit plus avoir qu’une mince nappe d’eau (de1 mm environ). Bien mélanger et, quand lemélange commence à s’épaissir, le verser dans laboite de carton et lisser la surface comme cela aété fait pour les parpaings de l’expérience précé-dente. Laisser prendre pendant une journée. Étu-dier la surface et la résistance des briques obtenuescomme on l’a fait pour les briques de terre etd’argile. Le plâtre de Paris n’est pas souvent uti-lisé comme matériau de construction, mais lesu l f a t e de ca l c ium sous fo rme de gypse(CaSO42H2O) est employé pour la fabrication duciment Portland.

A Becher ou creuset de 100 cm3

B Support en bois pour les électrodesc Alimentation en courant continu

sous 6 volts

sont peu nombreux. Le bromure de plomb en estun, et, si l’on peut s’en procurer, on pourra réali-ser une expérience d’électrolyse intéressante. Lebromure de potassium a un point de fusion peut-être trop élevé (682 °C) pour qu’on puisse le fairefondre facilement. La figure représente l’appareilà utiliser.

Faire fondre le bromure de plomb dans unpetit becher en Pyrex de 50 ou 100 cm3, ou dansun creuset. Les électrodes en carbone sont main-tenues dans deux trous distants de 2 cm percésdans une planchette; elles sont reliées par despinces crocodiles au circuit, qui comprend uneampoule de lampe de poche destinée à signaler lepassage du courant et une batterie de 6 à 12 voltsou plusieurs piles montées en série. On peut mar-quer les électrodes pour indiquer laquelle est posi-tive et laquelle est négative.

Électrolyse des corps fondus et des solutionsaqueuses

2.68 Électrolyse d’un corps fonduLes sels à bas point de fusion qu’on peut employer

Les seuls ions présents dans ce sel fondu sontles ions bromure et plomb. On voit très bien lebrome se dégager à l’électrode positive qui cons-titue l’anode. Le fait que le brome n’apparaît qu’àl’électrode positive aide à faire comprendre l’exis-tence d’un ion brome négatif. En raison du fait

70


71 Chimie 2.69

qu’il a un point de fusion plus bas et une densitéplus grande que le bromure de plomb, le plombapparaît au fond du becher à l’état fondu. Lapetite boule de plomb qui s’accumule à l’électrodenégative (cathode) commence à apparaître aubout de 10 à 15 minutes d’électrolyse. Décanteravec précaution le bromure de plomb fondu dansun deuxième creuset. Le courant électrique adécomposé le bromure de plomb cristallin en ungaz, le brome, et un métal, le plomb.

2.69 Électrolyse d’une solution aqueuse d’un selIl s’agit de faire comprendre aux élèves que, dansune solution aqueuse, quatre ions sont généra-lement présents : deux pour l’eau et deux pourle sel dissous. Les produits de l’électrolyse serontdes gaz, ou des métaux qui se déposeront surl’électrode négative.

L’appareil représenté par la figure est facile àréaliser. Il se compose d’un cylindre de verreouvert à ses deux extrémités et d’environ 8 cm dehaut sur 2,5 cm de diamètre. Une petite bouteillede cette dimension dont on aura enlevé le fondpourra en tenir lieu. Ce cylindre sera bouché àl’une de ses extrémités par un bouchon decaoutchouc à deux trous portant deux électrodesde carbone reliées à une pile ou à une alimentationen courant continu sous 4 à 6 volts. Si l’on utiliseun bouchon de liège, on assurera l’étanchéité encouvrant toute la surface du fond autour desélectrodes ainsi qu’au pourtour du verre demastic de Faraday ou d’une cire molle analogue.Les électrodes de carbone d’une pile sèche ou desmines de crayon à mine de plomb feront fonc-tion d’électrodes. Les tiges en alliage qui tiennentle filament des ampoules électriques peuvent éga-lement convenir. Ces électrodes doivent dépasserde 2 cm environ dans le cylindre et de 2 cm éga-lement par en dessous pour permettre d’y fixerles connexions les reliant à la pile.

Les mines de crayon sont fragiles; si l’on enutilise, il est recommandé de fixer les électrodescomme suit : souder un bout de fort fil de cuivreà 4 cm de câble de cuivre tressé pour blindage;percer deux trous dans le bouchon de caoutchoucavec une mèche de 1 mm de diamètre; introduirele fil de cuivre dans le trou, par le haut, et le faire

A Mine de crayonB Bouchon de caoutchoucc Câble de blindageD SoudureE Fil de cuivreF Alimentation en courant

continu sous 6 voltsG Deux tubes à essai de

75 X 10 mm fixés à un supporten bois par du fil métallique

passer à travers celui-ci en tirant dessus jusqu’àce que le câble de blindage pénètre à son tour dansle trou; enfoncer la mine de plomb à l’intérieurde ce câble, qui la maintiendra; puis, en tirantsur le fil de cuivre, faire pénétrer la mine deplomb et son blindage plus profondément dansle bouchon de caoutchouc jusqu’à ce que l’élec-trode en mine de plomb soit solidement tenue enplace; couper le fil de cuivre qui dépasse et fairede même pour la deuxième électrode.

On laissera les élèves préparer eux-mêmes lessolutions destinées à l’électrolyse pour qu’ils cons-tatent bien qu’il y a à la fois de l’eau et un sel.Mettre la solution dans le cylindre de verre. Rem-plir ensuite les deux petits tubes de cette mêmesolution et les retourner avec précaution sur lesdeux électrodes. Connecter celles-ci à une ali-mentation en courant continu sans danger comportant une petite ampoule en série, l’inter-rupteur étant ouvert (voir figure). Augmenter latension jusqu’à ce que l’ampoule s’allume, signeque le courant passe. A ce moment, fermer l’in-terrupteur, ce qui augmentera l’intensité du cou-



rant. Les tubes recueilleront les gaz dégagés, donton examinera les propriétés. Si on utilise desélectrodes en carbone, on obtiendra les résultatssuivants :

A. Électrolyse de l’eau. L’eau pure ne conduit pasl’électricité, c’est pourquoi, dans la cuve à élec-trolyse, on ajoute à l’eau 2 ou 3 cm3 d’acide sul-furique dilué ou de sulfate de sodium dilué.Connecter la cuve à l’alimentation en courantcontinu et observer la formation de bulles de gazsur les deux électrodes. Si des bulles n’apparais-sent pas, ajouter un peu d’acide ou de solution desulfate de sodium. Après 5 à 10 minutes, la quan-tité d’hydrogène et d’oxygène recueillie devraitêtre suffisante pour qu’on puisse vérifier la naturedes gaz. Peut-on prévoir à quelle électrode chaquegaz va se dégager?

B. Électrolyse de solutions de sels ioniques. La plu-part des sels ioniques peuvent se prêter à l’élec-trolyse de manière satisfaisante. On prendra desconcentrations de molarité 1 ou moins (voirchapitre premier). L’iodure de potassium donnede l’iode à l’anode et de l’hydrogène à la cathode.Le sulfate de zinc donne un dépôt spongieux dezinc à la cathode et de l’oxygène à l’anode.L’acétate de plomb dépose du plomb à la cathodeet dégage de l’oxygène à l’anode. (Si la solutiond’acétate de plomb est trouble, ajouter quelquesgouttes d’acide acétique.) Le chlorure de sodiumdonne de l’hydrogène à la cathode et du chlore àl’anode. Le sulfate cuivrique dépose du cuivre àla cathode et dégage de l’oxygène à l’anode.

1 2 3a) Nitrate d’argent (aq) + chromate de potassium (aq) chromate d’argent (s)b) Nitrate de plomb (aq) + iodure de potassium (aq) iodure de plomb (s)c) Sulfate cuivrique (aq) + carbonate de sodium (aq) carbonate cuivrique (s)

aq : solution aqueuse; s : solide]

Les équations seront habituellement notées ainsi :

Réactions chimiques

2.70 Réaction entre deux élémentsOn a déjà rencontré des exemples de réactions dece genre dans certaines expériences précédentes :par exemple, réaction de l’oxygène sur le carbone,de l’oxygène et du soufre, de l’oxygène et du cui-vre. Voyons maintenant une réaction du fer etdu soufre. Mélanger une pleine spatule de soufreavec la même quantité de limaille de fer. Chaufferune petite partie de ce mélange sur une plaqued’amiante ou dans une capsule métallique debouteille dont on aura retiré le liège. Noter quela réaction exige de la chaleur pour commencer àse produire, mais qu’une fois commencée, elle sepoursuit sans qu’il soit nécessaire de continuer àchauffer. Vérifier la nature du produit obtenu :il s’agit de sulfure ferreux (ou de fer 11). En quoidiffère-t-il des éléments qui ont servi à l’obtenir?La limaille de cuivre ou de zinc entre en réactionavec le soufre si on procède de même manière quepour le fer. Attention : utiliser de petites quan-tités, car les réactions sont généralement violen-tes.

2.71 Réactions entre des ions en solutions aqueusesLa réaction entre des ions se manifeste clairementpar la formation d’un précipité de sel insoluble.Un recueil de constantes donnera les solubilitésdes sels. Parmi les sels colorés insolubles on peutciter le chromate d’argent, l’iodure de plomb (II)et le carbonate cuivrique (ou de cuivre II). Pourobtenir ces sels, on mélangera dans des tubes àessai des solutions aqueuses diluées des sels solu-bles énumérés ci-après. Dans chacune de cesréactions, deux ions, un de chaque sel, donnerontnaissance à un précipité insoluble (colonne 3).


73 Chimie 2.74

Les élèves doivent apprendre à se servir des solu-bilités indiquées par un recueil de constantes pourréaliser des précipités d’iodure d’argent, de sulfatede baryum, d’hydroxyde ferrique (ou de fer III),etc.

2.72 Déplacement du cuivre d’une solution aqueused’ions cuivriques

Il faut un métal d’activité supérieure pour dépla-cer le cuivre (métal) d’une solution contenant desions cuivre. Mettre dans un petit becher environ10 cm3 d’une solution molaire de sulfate cuivri-que. Nettoyer du ruban de magnésium et le cou-per en morceaux de 0,5 cm. Introduire ces mor-ceaux un par un dans la solution de sulfate cui-vrique. La réaction peut être vive. Le cuivre sedépose et la couleur bleue disparaît progressive-ment à mesure que l’ion cuivrique est déplacé parle magnésium. La réaction dégage-t-elle de lachaleur? Une fois la solution devenue incolore,la décanter, en laissant la poussière de cuivrerouge au fond du becher. Recueillir ce cuivre etle faire sécher. Comment pourrait-on montrerqu’il s’agit bien de cuivre et non de magnésium?On notera normalement cette réaction commesuit :

Les élèves recommenceront l’expérience, enessayant cette fois de déplacer le cuivre de sesions au moyen de zinc et de fer. Il semble préfé-rable d’utiliser du zinc et du fer en poudre. Lesélèves doivent pouvoir comparer l’activité desmétaux utilisés pour cette expérience.

2.73 Réaction du sodium sur l’eau : quelquesobservations

Verser de l’eau dans un tube à essai et déposer àla surface de l’eau une mince couche de kérosène(pétrole lampant) de 2 à 3 mm d’épaisseur. Laissertomber un petit morceau de sodium, de 3 ou4 mm de diamètre, sur ce kérosène. Le sodiums’enfoncera dans le kérosène et flottera sur l’eau.Il faut que la couche de kérosène soit suffisam-ment mince pour que le sodium dépasse un peu àsa surface.

La réaction de sodium et de l’eau est ainsibeaucoup plus lente que si on avait mis le sodium

A SodiumB Couche de

kérosènec LoupeD Eau

directement sur l’eau. Il est intéressant d’observercette réaction à l’aide d’une loupe placée sur lecôté du tube (jamais au-dessus de celui-ci) [voirfigure].

Observations1. Le métal appelé sodium est plus léger que

l’eau, mais plus lourd que le kérosène.2. La réaction se produit soudain sur une petite

partie de la surface du sodium, où apparaît unchapelet de petites bulles. Est-ce que c’est cechapelet de bulles situé d’un côté qui provoquele déplacement?

3. Le morceau de sodium, originellement deforme irrégulière , devient sphérique. Lesodium aurait-il fondu sous l’action de la cha-leur dégagée par la réaction? (Point de fusiondu sodium : 98 °C.)

4. On constate des changements dans la réfrac-tion et dans la réflexion de la lumière au-des-sous du morceau de sodium. Est-ce que quel-que chose se dissoudrait dans l’eau?

5. La présence d’un peu de fumée là où le sodiumchaud dépasse le niveau du kérosène indiquequ’il y a peut-être une légère réaction avec l’air.

6. Qu’est-ce que ces bulles de gaz? Est-il possibled’en recueillir suffisamment pour vérifier qu’ils’agit d’hydrogène?

2.74 Déplacement de l’hydrogène des acides pard’autres métaux

Verser l’un des deux acides indiqués au tableau ci-dessous dans plusieurs tubes à essai, sur une hau-teur de 5 cm environ. Mettre dans chaque tube unmorceau de feuille d’un métal différent. Observer



la formation d’hydrogène et comparer les vitessesde dégagement des bulles. Répéter l’opérationavec l’autre acide.

Dégagement d’hydrogène

Métal Acidechlorhydrique 3 M

Acidesulfurique 3 M

Magnésium Très rapide RapideAluminium Léger NulZinc Moyen Léger(voir remarque)Fer Très léger Très légerÉtain Nul NulPlomb Nul NulCuivre Nul Nul

RemarqueSi les élèves veulent récupérer le zinc une fois laréaction achevée, ils peuvent d’abord obtenir descristaux de sulfate de zinc en faisant évaporer lasolution. Faire ensuite dissoudre les cristaux inco-lores de sulfate de zinc dans l’eau et placer deuxélectrodes de carbone dans la solution. Connecterces électrodes à une alimentation en courantcontinu sous 5 à 10 volts. Le zinc se déposerarapidement sur la cathode. (Voir aussi expé-riences 2.33, 2.34.)

2.75 Préparation du dioxyde de soufre (anhydridesulfureux)

A. Une méthode très simple pour préparer dudioxyde de soufre à des fins de démonstrationconsiste à faire brûler du soufre dans l’air. Mettrele soufre dans un récipient en porcelaine, l’enflam-mer et recueillir le gaz dégagé grâce à un enton-noir. Ce gaz sera aspiré ensuite dans une bouteilled’eau (voir figure A).

B. On peut aussi préparer ce gaz dans un généra-teur où l’on fait tomber goutte à goutte de l’acidesulfurique dilué ou de l’acide chlorhydrique diluésur du sulfite de sodium. L’acide est contenu dansun tube à entonnoir muni d’un robinet qui règlele débit, le sulfite de sodium étant contenu dans un

2.75.A Préparation du dioxyde de soufrepar combustion du soufreA vers l’aspiration

2.75B Appareil pour la préparation dudioxyde de soufre

flacon prévu à cet effet. On peut recueillir ledioxyde de soufre dans des bocaux à gaz pourvusde couvercles en carton percés de trous destinés àrecevoir le tube de dégagement (voir figure B).

2.76 Réduction par le dioxyde de soufreA. Dans 200 cm3 d’eau contenant du dioxyde desoufre, verser 10 cm3 de solution de permanganatede potassium 0,l M et 10 cm3 de solution d’acide


75 Chimie 2.79

sulfurique dilué 3 M. La solution deviendra pro-gressivement incolore, le dioxyde de soufre réagis-sant sur le permanganate. On peut poursuivrel’expérience : ajouter en remuant une solution0,25 M de chlorure de baryum; la solution devien-dra laiteuse, par suite de la formation de sulfate debaryum.

B. Le générateur utilisé pour l’expérience 2.75Best très commode pour la production continue dedioxyde de soufre en vue de la décoloration defleurs ou autres végétaux. Le gaz en provenancedu générateur traverse un bocal contenant laplante, et le gaz en excès est absorbé par de l’eau(voir figure). On peut facilement régénérer la cou-leur de la plante décolorée en la plaçant dans unesolution d’eau oxygénée (peroxyde d’hydrogène).Cette expérience peut servir d’introduction àl’étude des processus de réduction et d’oxydation.

Décoloration des fleurs

2.77 Réaction du magnésium sur le dioxyde decarbone

Remplir un bocal de verre de dioxyde de carbonecomme indiqué dans l’expérience 2.38. Tenir aubout d’une pince un morceau de ruban de magné-sium propre. Enflammer le magnésium à laflamme d’un bec Bunsen et le plonger dans le-gaz :le magnésium continue à brûler. Les élèves pour-ront supposer que le magnésium prend de l’oxy-

gène au dioxyde de carbone pour alimenter sacombustion. S’il en est bien ainsi, on doit trouverdu carbone dans le bocal : Les élèves peuvent-ilsnoter la présence de particules de carbone dans lebocal? Si cela se révèle trop difficile, ajouter unpeu d’acide sulfurique : il éliminera l’oxyde demagnésium ainsi que le magnésium qui n’auraitpas été consumé, et le carbone sera plus visible.

2.78 Méthode simple de titrage des acides et desbases

Mesurer exactement 20 gouttes d’un acide dilué,vinaigre par exemple, et les verser dans un tube àessai. Ajouter une goutte d’indicateur (le méthyl-orange ou la phénolphtaléine conviennent trèsbien). A ce mélange d’acide et d’indicateur, ajou-ter goutte à goutte une base diluée, en comptantles gouttes. Compte tenu d’une certaine marged’erreur expérimentale, le même nombre degouttes sera toujours nécessaire pour neutraliserles 20 gouttes d’acide, à condition d’employer lamême pipette. Un compte-gouttes fait très bienl’affaire. Si l’on connaît la concentration del’acide, on peut estimer la concentration de labase en comparant le nombre de gouttes d’acideet le nombre de gouttes de base nécessaires pourque la réaction soit tout juste complète.

2.79 Fabrication de savon à partir de corps grasNombre d’huiles ou de corps gras se prêtent à lafabrication du savon. La réaction consiste en undéplacement double qui met en jeu une base fortetelle que l’hydroxyde de sodium (soude) et descorps gras.

a) Se procurer une graisse animale quelconquechez le boucher; la faire bouillir dans l’eau : lecorps gras formera une couche à la surface del’eau; une fois refroidie, cette couche de matièregrasse se solidifiera et pourra être recueillie.Faire fondre à nouveau et filtrer à travers plu-sieurs couches de tissu.

b) Peser cette graisse et prendre environ letiers du poids obtenu de paillettes ou de pastillesd’hydroxyde de sodium. Faire dissoudre cettesoude dans l’eau en prenant bien soin de ne tou-cher ni les paillettes ou pastilles ni la solution, carce produit est très caustique. Faire chauffer la



graisse dans une casserole en fer et, quand elle estfondue, incorporer peu à peu la solution d’hy-droxyde de sodium en remuant constamment.Chauffer à feu doux pour éviter que le liquidedéborde. La i s se r bou i l l i r l e t ou t pendan t30 minutes en remuant fréquemment.

c) Ensuite, on pèsera du sel de cuisine (chlo-rure de sodium) : il faut environ deux fois le poidsd’hydroxyde de sodium utilisé en b. Au bout des30 minutes d’ébullition, incorporer ce sel dans lemélange en remuant. Laisser refroidir. Le savonforme une couche à la surface du liquide. On leséparera de ce dernier, on le fera fondre et on leversera dans des boîtes d’allumettes où il se soli-difiera de nouveau; on obtiendra ainsi de petitspains de savon. Les élèves pourront comparerl’efficacité de ce savon et celle du savon vendudans le commerce.

Énergie calorifique mise en jeu par les réactionschimiques

Les réactions qui suivent font intervenir des ionsen solution aqueuse. Si l’eau contenant ces ionsdevient plus chaude, c’est qu’il y a dégagement dechaleur et nous pouvons exploiter cette formed’énergie. Au cours de la réaction, les ions ontperdu la chaleur que nous avons récupérée. Enrevanche, si l’eau contenant les ions devient plusfroide, ce sont les ions qui ont absorbé de l’énergieet l’eau a perdu une quantité d’énergie équiva-lente.

2.80 Réactions qui dégagent de l’énergiecalorifique

A. Mettre environ 1 cm de poudre blanche desulfate cuivrique anhydre dans un tube à essai.Introduire dans cette poudre le réservoir d’unthermomètre. Ajouter de l’eau goutte à goutte etnoter les modifications de température.

B. Mettre dans un tube à essai de grand diamètreou dans un petit becher environ 10 cm3 d’unesolution aqueuse concentrée de sulfate cuivriqueet maintenir le réservoir d’un thermomètre danscette solution. Ajouter de la poudre (ou du ruban)

de magnésium petit à petit jusqu’à ce que la cou-leur bleue disparaisse. Quelles variations de tem-pérature constate-t-on? Attention : la réaction estviolente; ne pas utiliser un récipient bouché.

C. Mettre un peu d’eau dans un tube à essai degrand diamètre et ajouter goutte à goutte del’acide sulfurique concentré en le laissant coulerle long du tube. Après l’addition de chaque goutted’acide, remuer doucement avec un thermomètre.Quelles variations de température constate-t-on?

2.81 Réactions qui refroidissent le milieu ambiantMettre 10 cm3 d’eau dans un tube à essai (voirfigure). Noter la température de l’eau et y fairedissoudre environ 2 g de nitrate de potassium. Labaisse de température peut atteindre environ 9 °C.

C’est donc que, du fait de leur dissolution dansl’eau, les particules de nitrate de potassium ontabsorbé de l’énergie. Cette énergie a été emprun-tée à l’eau sous forme de chaleur. On obtiendra unrésultat analogue en utilisant du chlorure depotassium au lieu de nitrate.

2.82 Mesure de la chaleur d’une réaction deneutralisation

Faire dissoudre 40 g de pastilles d’hydroxyde desodium dans de l’eau et diluer jusqu’à 500 cm3 :


77 Chimie 2.83

on a donc une solution 2 M (voir chapitre pre-mier). Préparer d’autre part 500 cm3 d’une solu-tion 2 M d’acide chlorhydrique. Laisser les solu-tions se refroidir jusqu’à la température ambianteet noter les températures des solutions une foisqu’elles ont refroidi. Puis verser l’acide dans labase assez rapidement en remuant avec un ther-momètre. Relever la température maximale obte-nue : l’élévation de température devrait être del’ordre de 13 °C. Étant donné que le volume d’eaua doublé par addition des deux solutions, la solu-tion finale contient 1 mole d’ions OH - (aq) quiont réagi sur 1 mole d’ions H+ (aq) pour donner1 mole de molécules d’eau.

Pour effectuer les calculs, nous devons admet-tre que la chaleur massique de cette solution assezfaible est la même que celle de l’eau, soit 1 caloriepar gramme et degré Celsius. La chaleur de neu-tralisation, c’est-à-dire la chaleur correspondantà la formation d’1 mole de molécules d’eau à par-tir des ions, est donc de 13 000 calories, ou 13 kcal« g-équation-l», c’est-à-dire pour la masse, engrammes, représentée par l’équation de réaction.Étant donné que les particules en réaction ontcédé de l’énergie à la solution, on peut écrirecomme suit la variation d’énergie :

de chaleur »).

2.83 Mesure de l’énergie calorifique dégagée parune réaction de déplacement du cuivre

Pour avoir une réaction qui ne soit ni trop vio-lente ni accompagnée d’un dégagement de cha-leur trop important, on aura intérêt à faire agirune solution de sulfate cuivrique 0,2 M sur du ferou du zinc. Lorsqu’il s’agit de zinc, la réactionpeut s’écrire :

Pour réduire la déperdition de chaleur, on peutemployer une bouteille de polyéthylène; on peutaussi utiliser un récipient en verre isolé avec dupolystyrène expansé.

Matériel à prévoir : une bouteille de poly-éthylène d’environ 50 à 100 cm3, munie d’unbouchon en caoutchouc et d’un thermomètre; unesolution aqueuse de sulfate cuivrique 0,2 M ; de lalimaille de fer - ou de zinc -- et une spatule per-

mettant d’utiliser des doses d’environ 0,5 g; uneéprouvette graduée permettant de mesurer desquantités de 25 cm3.

Mettre 25 cm3 de solution aqueuse de sulfatecuivrique dans la bouteille, enfoncer le bouchon,renverser la bouteille et l’agiter doucement (voirfigure). Relever la température de cette solution.Remettre la bouteille à l’endroit, ôter le bouchonet ajouter environ 0,5 g de limaille de zinc : cettequantité correspond à peu près au double de cellequi est requise par le sulfate cuivrique; il resteradonc de la limaille une fois la réaction terminée.Remettre le bouchon, renverser la bouteille et agi-ter doucement. Relever la température maximaleobtenue. Calculer l’élévation de température :celle-ci sera la même, qu’on utilise 25 cm3 ou50 cm3 ou 1 000 cm3 de sulfate cuivrique 0,2 M.

Mesure de l’élévation de température de lasolution en réaction

Pour une solution 1 M, il faudrait multiplier cetteélévation de température par 5. La chaleur deréaction pour la quantité (masse en g), représentéepar la formule, de cristaux de sulfate cuivrique,est donc : 5 x élévat ion de température x1 000 calories. Étant donné que les particules enréaction ont cédé de l’énergie à la solution, onpeut noter la variation d’énergie de la façon sui-vante :



Recommencer l’expérience en utilisant 0,5 g delimaille de fer. Ici encore, il y aura excès de fer, desorte que tout le sulfate cuivrique sera utilisé. Lesélévations de température pour une solution 0,2Msont habituellement de l’ordre de 9 à 10 °C pourle zinc, et de 6 à 7 °C pour le fer.

Énergie électrique obtenue à partir de réactionschimiques

Dans l’expérience précédente, le zinc (métal) adonné des ions zinc, et les ions cuivre ont donnédu cuivre (métal) selon l’équation :

Cela correspond à un transfert d’électrons duzinc (métal) à l’ion cuivre. Pour obtenir de l’éner-gie électrique, il faut faire en sorte que ces élec-trons passent dans un conducteur extérieur allantdu zinc au cuivre. La différence de potentiel, ouvoltage, traduira la plus grande électropositivitédu zinc par rapport au cuivre. La quantité d’élec-tricité fournie dépendra de l’importance et de lavitesse de la réaction.

2.84 Énergie électrique obtenue par déplacementdu cuivre par le zinc

Mettre une solution aqueuse concentrée de sulfatecuivrique dans un becher. Relier une feuille decuivre à la borne positive d’un voltmètre pouvantaller jusqu’à 5 V et une tige de zinc (ou une feuillede zinc) à l’autre borne (voir figure). Plonger les

A ZincB Cuivrec Passage d’électronsv Voltmètre

deux métaux dans la solution de sulfate cuivriquependant un court laps de temps et remarquer lesdéplacements de l’aiguille du voltmètre.

Les questions qui se posent sont les suivantes :Quel est le voltage maximal? Que constate-t-on àl’électrode de cuivre? Que constate-t-on à l’élec-trode de zinc? Pourquoi le voltage tombe-t-il rapi-dement à zéro?

2.85 Montage d’une pile DaniellDans l’expérience précédente, la réaction a étéinterrompue parce que du cuivre s’était déposésur le zinc. Dans la pile Daniell, on évite ce phéno-mène grâce à une cloison en substance poreuse.

A. Mettre une solution aqueuse de sulfate de zinc0,5 M dans le pot en matière poreuse. Mettre unesolution aqueuse concentrée de sulfate cuivriquedans le becher où se trouve le récipient poreux, detelle sorte que le niveau soit le même que celui dela solution de sulfate de zinc. Enrouler de lafeuille de cuivre pour former un cylindre et placercelui-ci dans le becher autour du récipient inté-rieur (voir figure). Relier le cuivre à la borne posi-tive d’un voltmètre allant jusqu’à 5 V. Relier unetige de zinc à la borne négative et plonger cettetige dans la solution de sulfate de zinc. Quelle estla tension indiquée par le voltmètre?

B. Remplacer le voltmètre par une ampoule de1,5 V : Est-ce qu’elle s’allume? Intercaler unampèremètre dans le circuit pour mesurer l’inten-sité du courant produit. Peut-on faire varier cetteintensité en rapprochant le cuivre du zinc, ou enaugmentant ou en diminuant la surface de lafeuille de cuivre?

C. A défaut d’un récipient en matière poreuse, unpont rempli d’une solution saline et faisant com-muniquer les deux solutions se révélera presqueaussi efficace. Pour réaliser ce pont, on rempliraun tube de verre en U d’une solution aqueuse denitrate de potassium environ 1 M, épaissie par del’agar-agar. Monter la pile comme l’indique lafigure et étudier les variations de voltage, le com-portement de l’ampoule électriqueet l’intensité ducourant.


79 Chimie 2.86

A Emploi d’un poten matière poreuseA Tige de zincB Feuille de cuivrec Pot en matière poreusev Voltmètre

C Utilisation d’un pontC de solution salineB A Cuivre immergé

dans une solutionde sulfate cuivrique

B Zinc immergédans une solutionde sulfatede zinc

c Pont salinv Voltmètre

2.86 Classement des métaux selon les potentielsd’électrodes

En pratique, la mesure précise des potentielsd’électrodes correspondant aux différents métauxse fait par comparaison avec la pile à hydrogènedans des conditions standards (« potentiel nor-mal »). On peut néanmoins obtenir des valeurscomparées très acceptables en utilisant commeétalon le cuivre et une solution de sulfate cui-vrique.

Étaler sur une feuille de cuivre très propre dupapier filtre ou buvard imbibé sans excès d’unesolution de sulfate cuivrique, conformément à lafigure. Brancher un court morceau de fil métal-lique, relié à la feuille de cuivre par une soudureou une pince crocodile, à la borne positive duvoltmètre (1 à 5 V). Le métal à étudier sera solide-ment pris dans une pince crocodile et relié par unconducteur de faible longueur à la borne négativedu voltmètre. Nettoyer la surface de ce métal et leposer sur le papier filtre en appuyant fermementde manière qu’il soit bien en contact avec lui.Noter le voltage. Avant de faire la même choseavec un autre métal, nettoyer à nouveau la feuillede cuivre à la toile émeri fine et remplacer lafeuille déjà utilisée de papier filtre par une autre,préparée de même.

Si le voltmètre donne des valeurs irrégulières,vérifier que : la surface du cuivre est bien propre;celle du métal étudié est bien propre; le papierfiltre contient suffisamment de solution de sulfatecuivrique; la pince crocodile est bien serrée etassure un bon contact avec le métal étudié; cemétal est bien en contact avec le papier filtre.

Si le voltage noté au début est élevé et diminueensuite, c’est la valeur la plus élevée qu’il fautnoter : en effet, le voltage décroît par suite de laformation d’un dépôt sur le métal. Si le voltagenoté au début est faible et augmente ensuite,

A Métal à étudierB Feuille de cuivre proprec Papier filtre imbibé de solution

aqueuse de sulfate cuivriquev Voltmètre



attendre que le maximum soit atteint. C’est ce quise produit avec l’aluminium, ce métal étant géné-ralement couvert d’une pellicule d’oxyde que desprocédés chimiques éliminent particulièrementbien. La présence de cette couche d’oxyde expli-que le faible voltage initial et son accroissement àmesure que cette couche s’élimine par dissolution.En plongeant l’aluminium dans de l’acide chlo-rhydrique concentré pendant un court momentavant de le poser sur le papier filtre, on obtient unvoltage plus satisfaisant pour ce métal.

Les élèves pourront étudier eux-mêmes lesmétaux suivants : magnésium, étain, plomb, fer,zinc, aluminium et argent. Pour des raisons desécurité, il vaut mieux que ce soit le maître quifasse les expériences avec le calcium, le sodium etle lithium.

2.87 Fabrication d’un accumulateur à lames deplomb

On pourra prendre pour récipient un gobelet enplastique, un petit pot à confiture ou un becherde 250 cm3. Il vaut mieux que ce récipient soitpourvu d’un couvercle pour éviter l’évaporationde l’électrolyte en dehors des périodes d’utilisa-tion. Il faut 2 feuilles de plomb minces de 40 cm delong et 10 cm de large environ. Deux lamelles deplomb d’environ 2 cm de large sur 14 cm de longserviront de bornes. II importe de bien nettoyertous ces éléments en plomb à la laine d’acier.Enrouler les grandes feuilles de plomb solidementautour des bandes plus courtes de manière à assu-rer un bon contact électrique : les extrémités quidépassent joueront le rôle de bornes. Disposer enalternance des bandes de papier filtre ou buvardet les feuilles de plomb (voir figure), puis enrou-ler l’ensemble en serrant assez fort, et maintenirle tout au moyen d’un ou deux bracelets de caout-chouc. Placer ce rouleau dans le récipient prévu,en laissant dépasser les bornes vers le haut; ellesseront marquées comme étant l’une positive etl’autre négative. Remplir d’une solution de sul-fate de sodium obtenue par dissolution de 40 gde sulfate de sodium en cristaux anhydres dans200 cm3 d’eau : la solution doit recouvrir le rou-leau.

On peut maintenant procéder à la charge de

A Papier filtreB Plombc Bornes

la batterie, au moyen soit d’un chargeur de batte-rie de 6 volts, soit d’une alimentation quelconqueen courant continu à basse tension débitant jus-qu’à 10 ampères. Relier la borne positive de labatterie à la borne positive du chargeur. Aprèsquelques minutes de charge, la batterie utiliséecomme générateur pourra déjà allumer uneampoule de 1,5 volt. A condition que la batteriesoit toujours reliée au chargeur de la mêmemanière, elle sera d’autant plus efficace qu’ellesera chargée et déchargée plus souvent. Le cou-rant produit suffira pour faire tourner un petitmoteur électrique de 1 volt, et la batterie resterautilisable pendant plusieurs mois si l’on prend soinde mettre le couvercle quand on ne s’en sert pas.

2.88 Fabrication d’une pile sècheA. Monter une pile comme l’indique la figure, enutilisant une électrode de carbone et une feuillede zinc plongée dans une solution de chlorured’ammonium 1 M. La réaction obtenue est com-plexe, mais elle peut être considérée simplementcomme un déplacement d’ions ammonium posi-tifs. Utiliser un voltmètre pour reconnaître laborne positive et la borne négative. Étudier latension et l’intensité du courant envoyé dans uncircuit extérieur. Est-il suffisant pour allumer uneampoule de 1,5 volt?

B. Verser environ 2 cm de la solution de chlorured’ammonium dans un cristallisoir (ou tout autrerécipient peu profond). Ajouter 1 cm3 d’indica-teur à la phénolphtaléine. Serrer une électrode de


81 Chimie 2.88

B

A CarboneB Zinc

C

V Voltmètre

carbone et un morceau de feuille de zinc dans despinces crocodiles reliées à des conducteurs quiseront connectés ensemble. Plonger les électrodesde carbone et de zinc dans la solution et les ymaintenir quelques minutes. Observer ce qui sepasse autour des électrodes. Si l’on dispose d’unmorceau de pyrolusite (bioxyde de manganèse ouoxyde de manganèse IV solide), le mettre à laplace du carbone et répéter l’expérience.

C. Plusieurs piles reliées entre elles constituentune batterie. Étudier les piles sèches du commerce,comme celles qui sont employées pour les transis-tors, les lampes torches et les lampes éclair desphotographes. Le voltage fourni par un seul élé-ment est habituellement de 15 volt. L’intensitémaximale varie selon le genre de pile considéré.On peut l’étudier à l’aide d’un ampèremètreallant jusqu’à 10 ampères. Les piles pour transis-tors sont conçues pour donner de faibles inten-sités pendant de longues périodes de temps. Unampèremètre reliant les bornes d’une pile de cegenre mettra peut-être en évidence une intensitéde 4 ampères, alors qu’un ampèremètre reliantdirectement les bornes d’une pile pour lampe tor-che indiquera sans doute des courants de 5 à6 ampères. Les piles pour lampes éclair, qui doi-vent fournir une grande quantité de courant pen-dant de courts instants, donnent des intensitésbeaucoup plus fortes que les intensités ci-dessussi on les relie directement à un ampèremètre.Dans tous ces exemples, l’ampèremètre fait court-circuit.

D. On peut fabriquer une pile « sèche » à l’aidedes matériaux suivants :1.

6.

Un récipient en zinc : il peut s’agir d’unefeuille de zinc enroulée en cylindre ou de l’en-veloppe en zinc d’une pile usée, récupérée etnettoyée. Couvrir le fond du récipient d’unefeuille de buvard ou de papier filtre.Du carbone en poudre très fine : noir de car-bone ou noir d’acétylène.Du bioxyde de manganèse faisant fonctiond’oxydant.Une électrode de carbone prise sur une pileusée.Des pinces crocodiles reliées à des conducteurs,qui seront serrées solidement sur les électrodesde carbone et de zinc.Une solution aqueuse de chlorure d’ammo-nium.

Mélanger 4 g de noir de carbone à 10 g de bioxydede manganèse, et ajouter en remuant de la solu-tion de chlorure d’ammonium de façon à obtenirune pâte épaisse (ayant la consistance d’une argilemolle). Cela demande un peu de temps. Découperdu papier buvard pour faire un cylindre qu’onplacera à l’intérieur du tube en zinc. Mettre surce papier le mélange de carbone, de bioxyde demanganèse et de chlorure d’ammonium, le pres-ser pour former un cylindre et l’entourer de papierbuvard de telle sorte qu’il s’ajuste exactement àl’intérieur du tube de zinc. Après l’avoir introduitdans le tube, verser avec précaution un peu desolution de chlorure d’ammonium entre le papieret le zinc pour améliorer le contact entre les deux.Comprimer le mélange dans le tube en appuyantfortement. Enfin, fixer une pince crocodile munied’un conducteur à l’électrode de charbon etenfoncer cette électrode au centre du mélangesans aller tout à fait jusqu’au fond du tube. Fixerune pince crocodile avec son conducteur au tubede zinc : la pile est prête à servir. Elle doit nor-malement allumer sans difficulté une ampoule de1,5 volt et faire tourner un petit moteur électriquede 1,5 volt. Étudier le voltage et l’intensité quipeut être fournie. Le carbone est un des élémentsqui influent sur l’intensité du courant disponible,car il tend à réduire la résistance intérieure de lacellule. (Voir aussi expérience 2.150.)



2.89 Observation du déplacement des ionscuivre II et chromate

Le chromate cuivrique est un composé de deuxions colorés : l’ion cuivre II ou cuivrique positif,qui est bleu-vert, et l’ion chromate négatif, quiest orange : cela permet d’observer facilement ledéplacement des ions colorés en direction desélectrodes. Il faut disposer d’une source de cou-rant continu de 20 volts. Voir la figure pour lemontage.

On peut préparer du chromate cuivrique enprocédant de la façon suivante. Faire agir 100 cm3

de solution de sulfate cuivrique 1 M sur 100 cm3

de solution de chromate de potassium 1 M, ce quidonne du chromate cuivrique sous forme de pré-cipité solide; puis filtrer rapidement ce chromatecuivrique solide, en utilisant un entonnoir deBuchner, une fiole à filtrer et une trompe à eau.Laver à l’eau distillée et vider le contenu de l’en-tonnoir de Buchner dans un becher où on le feradissoudre dans la plus petite quantité possibled’acide chlorhydrique dilué ordinaire. Ensuite,

Déplacement des ionsA Alimentation en courant continu de 20 VB Acide chlorhydriquec Limite de séparationD Solution de chromate cuivrique

faire dissoudre autant d’urée qu’il sera possibledans cette solution de chromate cuivrique pouren augmenter la densité, afin qu’elle se sépared’une solution d’acide chlorhydrique pour for-mer une couche dense au-dessous de celle-ci.

Remplir d’abord au tiers le tube en U d’acidechlorhydrique dilué; puis remplir une pipette dela solution de chromate cuivrique et, après avoirenfoncé le bout effilé de la pipette jusqu’aufond du tube en U, laisser couler très doucementla solution de chromate cuivrique de manièrequ’elle repousse vers le haut l’acide chlorhydri-que et se dépose elle-même en couche séparée;retirer la pipette avec précaution, pour éviter demélanger les deux liquides. Les électrodes de car-bone seront mises en contact avec l’acide chlorhy-drique et reliées à une alimentation en courantcontinu d’environ 20 volts.

Au bout de quelques minutes, on verra nette-ment apparaître la couleur verte caractéristiquedes ions cuivriques du côté du pôle négatif et lacouleur orange caractéristique des ions chromatedu côté du pôle positif. Les limites de ces ions colo-rés remonteront tout doucement vers les élec-trodes.

2.90 Mise en évidence du déplacement des ions parune méthode simple

L’expérience a pour but d’illustrer le déplace-ment d’ions positifs colorés en direction d’uneélectrode négative. L’électrolyte est retenu parune feuille de papier filtre intercalée entre deuxlames de microscope. Des tiges de carbone condui-sent le courant dans le papier filtre, comme onpeut voir sur la figure. Si on utilise une alimenta-tion en courant continu de 10 à 20 volts, il vautmieux prendre la lame de microscope dans le sensde la largeur; une tension plus forte sera néces-saire si l’on veut faire passer le courant sur toutela longueur de la lame.

Découper une bande de papier filtre sec d’en-viron 1 cm de large et faire un trait de crayontransversal au milieu de cette bande. Humecterle papier au robinet en veillant à ce qu’il ne soitpas trop mouillé. Déposer la solution qui contientl’ion coloré, ions Cu2+ ou Co2+ par exemple, lelong du trait de crayon. Il faut quelque patience


83 Chimie 2.91

A Lames de microscopeB Trait de crayonc Papier filtreD Bouchon de liège fenduE MècheF Petit morceau de matière plastiqueG Solution contenant l’ion coloré

et quelque adresse pour déposer ces ions le longdu trait au moyen d’un tube capillaire fin : lesélèves devront s’y exercer; mais on trouvera peut-être plus pratique le dispositif illustré par lafigure. II est constitué d’une bande de papierfiltre de 1 cm de large repliée sur un petit morceaude matière plastique de manière à former unesorte de mèche rigide. On coince cette mèche dansun bouchon de liège fendu et on la place dans unpetit tube à essai contenant la solution d’ion.Pour l’utilisation, poser d’abord la pointe de lamèche sur un buvard ou un papier filtre afind’éliminer l’excès de solution, puis la promenersur le trait de crayon. Placer alors la bande depapier filtre entre les deux lames de microscope etenrouler les extrémités qui dépassent autour desélectrodes de carbone. Maintenir les lames réu-nies au moyen d’attaches trombones. Relier lesélectrodes de carbone à l’alimentation en courantcontinu sous 20 volts. Au bout de quelques minu-tes, on verra l’ion coloré se déplacer en directionde l’électrode négative. On peut aussi utiliser dupermanganate de potassium : c’est alors l’ionpermanganate coloré qui se déplace en directionde l’électrode positive.

Facteurs qui influent sur la vitesse d’une réaction

2.91 Plus les particules sont petites, plus la vitessede réaction est grande

Casser des morceaux de marbre à l’aide d’unmarteau et classer les fragments en 4 catégories :a) poussière grossière; b) grains ayant à peu prèsla moitié de la grosseur d’un grain de riz; c)grains de la grosseur d’un grain de riz; d) mor-ceaux de marbre initiaux.

Mettre dans un support 4 tubes à essai de100 x 16 mm. Peser environ 2 g de fragments demarbre de chaque catégorie et placer chaqueéchantillon ainsi obtenu dans un tube différent.Se procurer 4 ballons de baudruche ou de caout-chouc et les gonfler plusieurs fois pour les étirer.Verser 5 cm3 d’acide chlorhydrique ordinaire danschacun des 4 ballons et ajuster les orifices desballons au goulot des tubes sans faire tomberd’acide dans ceux-ci (voir figure). Une fois tousles ballons en place, les soulever de façon quel’acide se déverse au même moment dans lestubes. Observer les ballons et noter quel est celuiqui se gonfle le plus vite et celui qui se gonfle lemoins vite : normalement, ce sont les particulesles plus petites qui dégagent le plus rapidementdu dioxyde de carbone. Au lieu de morceaux demarbre, on peut utiliser pour cette expérience dela grenaille de zinc ou de la limaille de zinc,ou des morceaux de feuille de zinc - sur laquelleon fera agir l’acide. Attention : c’est alors del’hydrogène qui se dégage (voir expérience 2.33).On peut encore utiliser de la feuille d’aluminiumou de la poudre d’aluminium. Les élèves pour-ront suggérer d’autres produits. Au lieu de bal-



lons, on peut utiliser des sacs en plastique, maisil faudra alors veiller à ce qu’ils soient bien serréssur les tubes à essai.

Pour obtenir des résultats plus précis, onpeut recueillir le gaz non pas dans un ballon oudans un sac en plastique, mais dans une éprou-vette graduée renversée sur un récipient remplid’eau, et y comparer le volume de gaz dégagé,dans une unité de temps, par les diverses caté-gories de fragments de marbre. On peut aussiplacer sur une balance une fiole conique conte-nant les fragments de marbre et l’acide et noterla perte de poids toutes les 30 secondes. Ledioxyde de carbone est un gaz lourd, et la plu-part des balances permettront de mesurer la pertede masse résultant du dégagement du gaz.

2.92 La vitesse de réaction croît avec laconcentration des corps en présence

La réaction du thiosulfate ou hyposulfite desodium sur l’acide chlorhydrique peut prendreun temps appréciable. Cette réaction produit dusoufre qui rend la solution trouble. On peuttrouver la vitesse de réaction en mesurant letemps requis pour obtenir un certain degré d’opa-cité de la solution : en l’occurrence, on peut défi-nir le degré d’opacité comme le stade à partirduquel une croix noire dessinée sous le récipientoù s’effectue la réaction cesse d’être visible quandon regarde la solution par en dessus (voir figure).

Pour cette expérience, on fera varier la concen-tration de la solution d’hyposulfite de sodium enmaintenant constante la concentration de l’acide.On trouve l’hyposulfite de sodium dans le com-merce sous le nom d’hyposulfite, celui-ci étantutilisé en photographie. Préparer 500 cm3 desolution aqueuse contenant 20 g d’hyposulfite desodium. Il faut aussi de l’acide chlorhydrique2 M, ce qui correspond à la concentration usuellede l’acide utilisé en laboratoire. A l’aide d’uneéprouvette graduée, mettre 50 cm3 de solutiond’hyposulfite dans un becher de 100 cm3. Poserle becher sur une croix dessinée en noir sur unefeuille de papier. Ajouter 5 cm3 d’acide et releverl’indication donnée par l’aiguille des secondesd’une pendule ou d’une montre. Remuer pourque l’acide se mélange à la solution. Noter l’ins-

tant où l’on cesse de voir la croix à travers lasolution troublée par le soufre.

Recommencer l’expérience en utilisant del’hyposulfite moins concentré. Prendre 40 cm3

de solution d’hyposulfite et ajouter 10 cm3 d’eaudistillée. Remuer et ajouter comme précédem-ment 5 cm3 d’acide. Normalement, la croix met-tra plus de temps à disparaître qu’au cours del’expérience précédente. Recommencer l’expé-rience en utilisant successivement 30 cm3, 20 cm3

et 10 cm3 d’hyposulfite mélangés à 20 cm3,30 cm3 et 40 cm3 d’eau distillée.

Les élèves pourront faire un graphique desconcentrations de la solution d’hyposulfite enfonction des temps de réaction. La concentrationpeut être exprimée par le volume de la solutioninitiale d’hyposulfite utilisé. Étant donné que lamesure de la vitesse de réaction est 1/temps deréaction (ou l’inverse de ce temps), on peut éga-lement rap²porter les concentrations d’hypo-sulfite aux valeurs correspondant à l’inverse desdurées de réaction.

On peut écrire la réaction comme suit :

2.93 Action de la température sur la vitesse d’uneréaction

La réaction de l’expérience 2.92 peut égalementservir à l’étude de l’action de la température.Commencer par une solution de faible concen-tration. Mettre 10 cm3 de solution d’hyposulfite


Chimie

de sodium dans le becher de 100 cm3 et ajouter40 cm3 d’eau en remuant. Utiliser cette mêmeconcentration pour la série d’expériences : lavariable sera la température de la solution. Ajou-ter 5 cm3 d’acide comme précédemment et noterl’heure, ainsi que la température de la solution,au début de la réaction. Noter l’instant où l’oncesse de voir la croix noire au fond du becher.

Renouveler l’expérience, en réchauffant cha-que fois la solution d’hyposulfite de manière quesa température soit très légèrement supérieure à30, 40, 50 et 60 °C. La température de la solutiondoit être prise au début de chaque expérience aprèsaddition des 5 cm3 d’acide. La réaction s’accélèreà mesure que la température s’élève. Les élèvespourront faire un graphique des températures deréaction en fonction des temps nécessaires à ladisparition de la croix noire, ou, encore, commeplus haut, ils pourront rapporter les températuresaux inverses des temps de réaction.

2.94 Action des catalyseurs sur la vitesse deréaction

Dans cette réaction, la variable est le corps utilisécomme catalyseur dans la décomposition d’unesolution aqueuse d’eau oxygénée ou peroxyded’hydrogène. On trouve ordinairement de l’eauoxygénée chez les pharmaciens.

Monter l’appareil représenté par la figure. IIcomporte une burette remplie d’eau et disposéecomme pour une expérience courante de dépla-cement de l’eau par un gaz. Pour remplir cetteburette presque complètement 2 cm3 d’eau oxy-génée à 20 volumes donneront assez d’oxygène.Peser 1 g de chacun des produits suivants :oxyde de cuivre II, oxyde de nickel, oxyde demanganèse IV, et oxyde de zinc. Mettre 50 cm3

d’eau dans l’Erlenmeyer et ajouter 2 cm3 d’eauoxygénée. Ajouter le gramme d’oxyde cuivrique.Boucher aussitôt l’Erlenmeyer avec le bouchon decaoutchouc muni du tube à dégagement. Mesurerle volume d’oxygène dégagé toutes les 15 secondes.Les élèves pourront faire un graphique desvolumes d’oxygène produits toutes les 15 secon-des en fonction des temps de réaction.

Renouveler l’expérience en utilisant les autresoxydes comme catalyseurs. Les élèves pourront

faire un graphique pour chaque expérience. Ilsdevraient ensuite être en mesure de trouver pour-quoi c’est l’oxyde de manganèse IV (ou bioxydede manganèse) qui est employé habituellementcomme catalyseur de cette réaction.

Les élèves essaieront de démontrer que lecatalyseur n’est pas consommé par la réactionet qu’un catalyseur peut être utilisé pour ralentirune réaction aussi bien que pour l’accélérer.

Comment on casse de grosses molécules pourobtenir des molécules plus petites

2.95 En cassant les molécules d’amidon on obtientun sucre

On reconnaît l’amidon à la coloration bleu foncéqu’il donne quand il est en contact avec de l’eauiodée. Ce test est très sensible. Le sucre ne réagitpas sur l’iode, mais il réduit le cuivre II de laliqueur de Fehling en donnant de l’oxyde cui-vreux (ou de cuivre 1) rouge, ce qui constitue éga-lement un test sensible. L’amidon n’agit pas sur



la liqueur de Fehling. La salive contient desenzymes servant de catalyseurs pour la conver-sion de l’amidon en sucre. L’expérience ci-aprèspermet d’étudier le déroulement de cette réaction.

Mettre environ 10 cm3 de solution diluéed’amidon dans un tube à essai. Ajouter 1 cm3 desalive et bien mélanger. Noter l’heure au momentde cette addition. Toutes les 2 minutes, prélever2 ou 3 gouttes à l’aide d’une pipette et les déposersur un carreau de céramique blanc bien propre;éviter soigneusement qu’elles ne se mélangent encoulant sur la surface. On lavera soigneusementla pipette après chaque prélèvement. Mettre unpeu d’eau iodée sur chaque goutte : la colorationbleue devient moins intense, ce qui montre quel’amidon diminue.

Tester l’augmentation de la teneur en sucreen même temps que la diminution de la teneur enamidon. Pour cela, mettre 2 ou 3 gouttes dumélange en réaction dans un petit tube à essai.Ajouter 3 cm3 de liqueur de Fehling et porter pres-que à ébullition : on doit normalement constaterun accroissement de la teneur en sucre. C’estdonc que l’enzyme contenue dans la salive est entrain de casser lentement les molécules d’amidonpour donner un sucre, dont la molécule est pluspetite.

Dans une des expériences décrites précédem-ment, on avait utilisé de la levure pour casser lesmolécules de sucre : on obtenait de l’éthanol,dont la molécule est encore plus petite. La levurede bière, qui est un être vivant - un champi-gnon - produit des enzymes qui agissent commecatalyseurs selon la formule :

enzyme

sucre de éthanolformule simple

2.96 En cassant les molécules d’éthanol on obtientde I’éthylène

Imprégner d’éthanol un peu de coton hydrophileou de laine d’amiante et mettre le tampon aufond d’un tube à essai en Pyrex. Bourrer lemilieu du tube à essai de morceaux de porcelaineporeuse. Adapter un tube à dégagement pourrecueillir le gaz sur l’eau, de la manière indiquée

A Coton hydrophile imprégné d’éthanolB Porcelaine non vernissée (ou matière poreuse)c Éthylène

sur la figure. Tenir prêts 3 tubes à essai pourrecueillir l’éthylène.

Chauffer d’abord fortement l’amas de matièreporeuse, puis chauffer légèrement le coton hydro-phile pour obtenir un peu de vapeur d’éthanol :cette vapeur se brisera sur la matière poreusechauffée et donnera de l’éthylène et de la vapeurd’eau. A la différence de l’éthanol, l’éthylène estinsoluble dans l’eau et on peut le recueillir dansles tubes à essai préparés. Comparer la nature destrois doses recueillies en effectuant les tests sui-vants : a) enflammer l’éthylène; b) agiter avecquelques gouttes de permanganate de potassiumdilué et alcalinisé au moyen d’une solution decarbonate de sodium (la coloration du perman-ganate doit disparaître); c) agiter avec un peud’eau de brome (la couleur disparaît également).Si l’expérience est effectuée par les élèves, ils nedevront pas oublier de débrancher le tuyau dedégagement avant d’interrompre le chauffage,pour éviter que l’eau ne soit aspirée vers lamatière poreuse surchauffée (« absorption »).

2.97 Rupture d’un polymère en petites moléculesLes expériences 2.95 et 2.96 illustrent la ruptured’un solide (amidon) donnant un autre solide


87 Chimie 2.98

(sucre), puis un liquide (éthanol), puis un gaz(éthylène). D’une manière générale, les moléculesles plus petites sont gazeuses ou liquides à latempérature ambiante ordinaire et les grossesmolécules sont solides. Le Plexiglas (Altuglas) etle polystyrène sont des polymères solides qui peu-vent être brisés par la chaleur pour donner deplus petites molécules.

Mettre quelques morceaux d’Altuglas ou depolystyrène dans un tube à essai en Pyrex munid’un tube à dégagement (voir figure). Le tube àessai collecteur doit être bien refroidi à l’eaufroide, car les fumées sont nocives. Chauffer dou-cement le tube à essai contenant l’Altuglas : cepolymère (polyméthacrylate de méthyle) fond endonnant des vapeurs; recueillir celles-ci dans letube à essai collecteur en réglant soigneusementle chauffage de manière que toutes les vapeurs secondensent. On obtient un liquide, ce qui permetde supposer que le polymère a été brisé par lachaleur pour donner des molécules plus petites.Ce liquide ne retourne pas à l’état solide, à moinsqu’on utilise un catalyseur déterminé. (Il n’y agénéralement pas de catalyseurs de ce genre dansles laboratoires scolaires.)

fDes grosses molécules aux petites moléculesA Altuglas ou polystyrèneB Tube collecteurc Eau froideD Condensation d’un liquide

2.98 Recherche des éléments courammentcontenus dans les aliments

A. Rassembler de petits morceaux d’aliments telsque du fromage, du pain, de la farine, du sucre,des feuilles de légumes, du maïs. Mettre un mor-ceau de chaque aliment, de la grosseur d’un grainde riz à peu près, dans un couvercle de boîte àconserves ou une capsule de bouteille en métal etfaire chauffer en tenant le couvercle avec unepince. Quel est l’élément qui reste sur le couvercledans tous les cas? N’est-ce pas du carbone?

B. Dans un petit tube à essai, faire chauffer depetites quantités d’aliments en présence d’oxydecuivrique : l’oxyde cuivrique cède de l’oxygène àl’aliment. Vérifier la nature du gaz dégagé dans letube à essai à l’aide d’eau de chaux : pour cela,prélever un peu de gaz au moyen d’un compte-gouttes et le faire dégager dans de l’eau de chaux.N’y a-t-il pas aussi de l’eau qui se condense surles parties froides du tube?

C. Mettre une petite quantité d’aliments écraséset la valeur de 3 spatules de chaux sodée dans untube à essai. Mélanger intimement et chauffer de

A

Comment déceler la présence d’azotedans certains alimentsA Aliment et chaux sodéeB Papier de tournesol humide



la manière indiquée sur la figure. Ne constate-t-onpas une odeur d’ammoniac près du goulot dutube? Quelle est la couleur prise par du papier detournesol? Si cette réaction donne de l’ammoniac,ne doit-on pas en conclure que l’azote contenudans l’ammoniac ne peut provenir que des ali-ments?

2.99 Obtention d’un combustible gazeux à partirdu bois

Monter l’appareil représenté par la figure.Chauffer un peu de sciure de bois dans le tube àessai en Pyrex, d’abord tout doucement, puis for-tement, jusqu’à porter le tube presque au rouge.

Obtention de charbon de bois et d’uncombustible gazeux à partir de boisB Eau destinée à dissoudre les gaz solublesc Chaux sodée peu tassée destinée

à absorber la vapeur d’eau

Polymérisation de molécules

2.100 Extraction de la caséine du laitÉcrémer un peu de lait et en mettre 100 cm3 dansun becher. Porter à 50 °C environ et ajouter del’acide acétique ou du vinaigre jusqu’à ce que lacaséine cesse de se coaguler. Retirer la masse decaséine et la pétrir un peu entre les doigts pouréliminer le liquide restant et lui donner uneconsistance caoutchouteuse. La caséine est uneprotéine polymère qui cont ient des atomesd’azote. Elle durcit si on la met dans une solutionde formol : on peut alors la mouler et en faire desboutons.

2.101 Une résine urée-formaldéhydeMettre 2 cm3 de solution de formaldéhyde à 40 %dans un tube à ébullition et ajouter environ 1 gd’urée. Remuer jusqu’à obtenir une solution satu-rée. Ajouter 1 ou 2 gouttes d’acide sulfuriqueconcentré. Le mélange durcit soudainement en sepolymérisant pour donner une grosse molécule.Retirer le produit et le laver très soigneusement.II s’agit là d’un polymère obtenu par condensa-tion.

2.102 Une résine formaldéhyde-résorcinolMettre 5 cm3 de solution de formaldéhyde à 45 %dans un petit becher. Ajouter 2 g de résorcinol etmélanger très intimement avec le formol. Ajouterquelques gouttes d’acide chlorhydrique concentréet remuer. Le mélange durcit soudainement en sepolymérisant pour donner de grosses molécules.Retirer cette résine et la laver très soigneusement.Il s’agit également d’un polymère par condensa-tion.

Après un moment, le gaz qui se dégage par le becpeut être enflammé : le gaz de bois brûle. Lasciure a été chauffée dans le tube à essai en l’ab-sence d’air. Le résidu obtenu est du charbon debois. Les élèves peuvent-ils suggérer une utilisa-tion des produits qui se sont condensés en A?


89 Chaleur et températurc 2.106

Chaleur et température enclume (un poids de 1 kg en fonte peut fairefonction d’enclume). Marteler le plomb en don-

Énergie calorifiquenant des coups rapides et répétés. A condition quele plomb ne soit pas plus épais qu’il n’a été indi-

2.103 Élévation de température due à l’absorptionqué, on constatera une élévation de température.

d’énergie calorifiqueLa quantité d’énergie calorifique absorbée par Dilatationdifférentes quantités d’une même substancedépend de leurs masses respectives. Mettre un 2.105 Expérience de l’œillet et de la tête de visgros boulon de fer et une petite pointe dans un Se procurer une grosse vis à bois et un piton àbecher d’eau chaude pour les porter à la même œillet où la tête de vis passera tout juste à frot-température. Remplir deux bechers d’un même tement doux (on peut réaliser cet oeillet avec duvolume d’eau à la même température, puis mettre gros fil de fer); les visser à l’extrémité de deuxle boulon dans un des bechers et la pointe dans baguettes de bois, mais en laissant dépasser aul’autre. Relever la température de l’eau dans cha- moins 2,5 cm de métal (voir figure). Chauffer lacun des bechers après une minute : la différence tête de vis dans une flamme pendant un certaindes quantités de chaleur cédées par les deux objets temps et essayer ensuite de la faire passer dansexplique la différence des changements de tempé- l’œillet. Sans laisser la vis refroidir, chaufferrature de l’eau dans les deux bechers (voir figure). l’œillet dans la flamme en même temps qu’elle, et

essayer à nouveau de faire passer la tête de visdans l’œillet. Maintenir la vis dans la flamme etrefroidir l’œillet en le plongeant dans de l’eaufroide. Essayer à nouveau de les faire passer l’undans l’autre. Faire refroidir la tête de vis etessayer de nouveau. Cette expérience est analogueà l’expérience dite « de la boule et de l’anneau ».

2.104 Transformation d’énergie mécanique enénergie calorifique

Enrouler à l’extrémité d’un bout de fil de fer (de25 cm de long et d’environ 0,9 mm de diamètre,voir figure) un morceau de feuille de plomb de5 cm2 pour 1 mm ou moins d’épaisseur. Tenirl’extrémité du fil et poser le plomb sur une

2.106 Dilatation d’un solide sous l’effet de lachaleur

Se procurer un tube de cuivre solide d’environ 2 mde long. Le poser sur une table et assujettir l’unedes extrémités au moyen d’un étau. Sous l’autreextrémité placer une aiguille à tricoter ou unrayon de roue de bicyclette dont une extrémité



A Tube de cuivreB Étauc RouleauD Baguette de balsa

sera recourbée à angle droit : on aura ainsi unrouleau placé sous le tube de cuivre. Une mincebaguette de balsa d’environ 1 m de long fixée à cerouleau par de la cire à cacheter fera ressortir lesmoindres mouvements de la tige (voir figure).Souffler fortement et régulièrement dans le tubepar l’extrémité fixée : la dilatation du tube occa-sionnée par la chaleur de l’haleine sera mise enévidence par ce dispositif. Insuffler de la vapeurd’eau dans le tube et noter le déplacement de labaguette de balsa servant d’aiguille. Pour éviterd’abîmer la surface de la table, on peut placer unefeuille d’amiante sous le tube de cuivre. Renouve-ler l’expérience avec des tubes différents.

2.107 Système bilameDeux lamelles - l’une en fer, l’autre en cuivre -rivées ensemble se courberont si on les chauffe enraison de la différence de dilatation. Percer destrous à l’aide d’une pointe et utiliser de petitessemences en guise de rivets (voir figure). On peutaussi, pour assembler les lamelles, les tailler defaçon qu’elles comportent de petites languetteségalement espacées qu’on recourbera les unes surles autres.

2.108 Dilatation des liquidesPrendre 2 ou 3 flacons pharmaceutiques de mêmemodèle et de mêmes dimensions et les munir debouchons traversés par des tubes. Les remplir deliquides de viscosités différentes et les plongerdans une casserole d’eau chaude (voir figure). Les

niveaux des liquides dans les tubes mettront enévidence les différences entre leurs coefficients dedilatation.

2.109 Dilatation et contraction d’un liquideMettre de l’eau colorée dans une fiole. Boucher lafiole avec un bouchon à un trou muni d’un tubede verre qui plongera dans le liquide et dépasserad’environ 30 à 60 cm (voir figure). Verser de l’eauchaude sur la fiole : l’eau s’élève dans le tube.Verser de l’eau froide : l’eau redescend dans letube.


91 Chaleur et température 2.114

2.110 Étude qualitative de la dilatation de l’airEmprisonner de l’air dans un ballon en obstruantle tube qui traverse le bouchon par une goutted’huile (voir figure). Le léger réchauffementobtenu en prenant le ballon entre les mains suffirapour que l’élévation de température fasse remon-ter la goutte d’huile dans le tube. Plonger ensuitele ballon dans de l’eau froide, puis dans de l’eautiède (pas trop chaude). Au lieu d’un ballon, onpeut utiliser un tube à essai en verre muni d’untube capillaire fixé dans un bouchon.

2.111 Dilatation de l’airA. Adapter un ballon de baudruche sur le goulotd’un ballon de verre, puis chauffer celui-ci légère-ment à l’aide d’une bougie ou d’une lampe àalcool.

B. Gonfler à moitié un ballon de baudruche, puisle maintenir au-dessus d’une plaque chauffante oul’exposer aux rayons chauds du soleil pendant unmoment : observer le résultat.

Thermomètres

2.112 Peut-on se fier à ses impressions en matièrede température ?

Remplir une casserole d’eau à la température laplus élevée que la main puisse supporter, unedeuxième casserole, d’eau glacée et une troisième,d’eau tiède. Plonger les deux mains dans l’eautiède et les y laisser environ une demi-minute.A-t-on l’impression que l’eau est à la même tem-pérature pour les deux mains? Paraît-elle chaude,froide ou ni l’un ni l’autre? Mettre alors la maingauche dans l’eau chaude et la main droite dansl’eau glacée et les y laisser une minute. S’essuyerles mains rapidement et les remettre toutes lesdeux dans l’eau tiède : quelle est l’impression pro-duite sur la main droite? A-t-on la même impres-sion qu’en plongeant les deux mains dans l’eautiède pour la première fois? Que faut-il en conclurequant à la sensation de température?

2.113 Principe du thermomètreRemplir un ballon d’eau colorée par de l’encre. Y

adapter un bouchon à un trou muni d’un tube deverre de 30 cm de long de manière que l’eauremonte dans le tube d’environ 5 ou 6 cm. Mettrele ballon sur un trépied placé sur une source dechaleur et observer le niveau de l’eau en cours dechauffage. L’eau se dilate plus vite que le verre etmonte dans le tube. En observant attentivement,on constatera que le niveau de l’eau commenced’abord par descendre au tout début de la chauffe,puis se met à monter. Cela est dû au fait que leréservoir en verre commence à se dilater avant quel’eau qu’il contient ne prenne la même tempéra-ture que le verre.

2.114 Fabrication d’un thermomètre à alcoolPour faire un thermomètre à alcool simple et suf-fisamment exact pour la plupart des usages cou-rants, prendre 20 à 30 cm de tube de verre de5 mm environ de diamètre extérieur et de 1 mm dediamètre intérieur. Réaliser par soufflage un petitréservoir arrondi d’environ 1,5 cm de diamètreextérieur à une extrémité du tube (voir figure).Renverser le tube sur de l’alcool de manière quel’extrémité ouverte plonge dans le liquide. Chauf-fer et laisser refroidir le réservoir à plusieursreprises. Après chaque refroidissement, secouer letube de façon que l’alcool qui y sera remonté ailledans le réservoir; remplir ainsi progressivement lethermomètre d’alcool, en prenant bien soin d'éli-miner les bulles d’air qui auraient pu être empri-sonnées. Placer alors le réservoir du thermomètre

A B

A AlcoolB Eau à 60 °C



dans de l’eau à 60 °C, température légèrementinférieure au point d’ébullition de l’alcool. Élimi-ner l’alcool en excès qui suintera du sommet dutube, puis sceller celui-ci à la flamme. Attention :prendre des précautions pour sceller le tube, afinde ne pas enflammer l’alcool. Étalonner le ther-momètre en le plongeant dans de l’eau à dif-férentes températures connues.

2.115 Vérification d’un thermomètreLes échelles thermométriques sont définies à par-tir de deux points fixes, par exemple la tempéra-ture de l’eau bouillante et la température de laglace fondante. Se procurer un thermomètre et leplonger dans la vapeur d’eau, juste au-dessus dela surface de l’eau en ébullition dans un ballon.L’y laisser plusieurs minutes et voir s’il donne unelecture voisine de 100 °C ou 212 °F et quel estl’écart éventuel.

Retirer le thermomètre de la vapeur et lelaisser refroidir un instant avant de le placer dansun récipient de glace fondante. Observer alors s’ildonne une lecture voisine de 0 °C ou 32 °F (enprécisant l’écart). Note. Si l’expérience est effec-tuée à haute altitude, il se peut que la températurede l’eau bouillante soit nettement inférieure à100 °C ou 212 °F en raison de la valeur plus faiblede la pression atmosphérique. Le thermomètre nemarquera 100 °C exactement que si l’on opère auniveau de la mer et à une pression barométriquede 760 mm de mercure.

2.116 Thermoscope élémentairePour construire cet appareil, on peut utiliser desballons ou des ampoules électriques dont on auraenlevé le culot (voir figure). Adapter sur les deuxampoules des bouchons munis de tubes d’environ15 cm de long. Faire passer la partie inférieure destubes dans des bouchons plats. D’autre part, fairedans un socle de bois de dimension appropriéedes trous distants de 22 cm environ. Y collerles tubes de manière qu’ils soient verticaux etrelier les extrémités libres par un tube de caout-chouc. Démonter l’une des ampoules et noircirl’autre à la flamme d’une bougie. Verser duliquide dans le tube en U ainsi obtenu, de manièreque le niveau soit à 7 cm environ au-dessus du

socle. Remettre en place l’ampoule non noircie etmanœuvrer le tube dans les bouchons pour que leliquide soit au même niveau des deux côtés. Placerune bougie à égale distance des deux ampoules etobserver les résultats au bout d’un moment.

Conduction

2.117 Comment limiter les déperditions de chaleurSe procurer 4 grandes boîtes à conserves demêmes dimensions et 4 petites, également demêmes dimensions. Placer 3 petites boîtes à l’inté-rieur de 3 grandes et remplir l’espace libre, toutautour et en dessous, de matières isolantes :lanières de papier journal froissé dans la premièreboîte, sciure de bois dans la seconde et fragmentsde liège dans la troisième. (D’autres matières iso-lantes peuvent être utilisées, selon les possibilités.)Placer la dernière petite boîte dans la quatrièmegrande boîte, en la faisant reposer sur 2 bouchons.Couvrir chaque boîte d’un couvercle en cartonpercé d’un trou permettant de faire passer un ther-momètre. Remplir alors les petites boîtes d’unemême quantité d’eau presque bouillante. Releverla température de l’eau dans chaque boîte. Pren-dre la température de l’eau dans chaque boîtetoutes les 5 minutes et observer quel est le meilleurisolant, c’est-à-dire celui avec lequel le refroidis-sement est le moins rapide. On peut dresser descourbes de refroidissement en notant les tempéra-tures en fonction des temps dans chacun des cas.

2.118 Conduction dans une toile métalliqueTenir un morceau de toile métallique dans uneflamme de lampe à alcool ou de gaz et remarquerque la flamme ne traverse pas la toile : c’est que la



conduction dans le treillis métallique entraîne lachaleur loin de la flamme. Si l’on dispose d’uneinstallation de gaz, placer un brûleur sous un tré-pied et recouvrir celui-ci d’un treillis métallique.Ouvrir le gaz et l’allumer au-dessus de l’écranmétallique. On peut voir que le gaz ne brûlequ’au-dessus du treillis, car celui-ci entraîne lachaleur par conduction et empêche le gaz quiarrive au-dessous d’atteindre la température àlaquelle il s’enflamme. C’est en observant ce phé-nomène que Humphry Davy eut l’idée de lalampe de sûreté des mineurs qui n’enflamme pasle gaz explosif (grisou) parfois présent dans lesmines de charbon.

2.119 Lampe Davy improviséeOn peut effectuer les expériences traditionnellessur la conductivité de la toile métallique au moyend’une lampe Davy improvisée (voir figure). Unebougie enfermée dans un manchon cylindrique detoile métallique n’allume pas un jet de gaz projetésur lui à l’aide d’un tuyau en caoutchouc. Onplacera le manchon métallique sur un socle de

bois ou de plasticine. Attention : ne pas laisser lejet de gaz ouvert longtemps et ventiler la piècepour évacuer le gaz dégagé.

2.120 Comment éteindre une bougie avec un boutde fil de cuivre enroulé en ressort hélicoïdal

Placer un ressort hélicoïdal formé d’un morceaude gros fil de cuivre ou d’aluminium au-dessus dela flamme d’une petite bougie (voir figure). Pour-quoi la flamme s’éteint-elle? On peut éteindre unebougie en la privant d’oxygène; mais, dans le casprésent, l’oxygène parvient facilement jusqu’à laflamme. En réalité, la flamme s’éteint parce quele fil de cuivre entraîne la chaleur loin de la flamme

si rapidement que la température s’abaisse au-dessous du point d’inflammation. Cela prouveque le cuivre et l’aluminium sont bons conduc-teurs de la chaleur. Si la flamme est trop grande,elle produit de l’énergie calorifique trop vite pourque celle-ci puisse être dissipée par le ressort. Sile ressort est déjà chaud avant le début de l’expé-rience, il se peut que la température de la flammene soit pas suffisamment abaissée pour que celle-cis’éteigne.

2.121 Les métaux sont bons conducteursde la chaleur

Mettre un morceau de papier au-dessus de laflamme d’une bougie : si on le rapproche, il secarbonise. Mettre une pièce de monnaie sur lepapier et recommencer l’expérience : le métalentraîne et disperse la chaleur, et l’emplacementde la pièce de monnaie se dessine sur le papier.

2.122 Conduction dans une tige métalliqueSe procurer une tige de cuivre, de laiton ou d’alu-minium d’au moins 30 cm de long. Y déposer degrosses gouttes de paraffine fondue tous les 3 cm.Pendant que ces gouttes de paraffine sont encoremolles, y enfoncer les pointes de clous ou depunaises. Chauffer une des extrémités de la tigedans une flamme et étudier la manière dont lachaleur se propage par conduction le long de latige.

2.123 L’eau est un mauvais conducteurde la chaleur

Remplir d’eau froide un tube à essai et le tenir àla main par le fond. Chauffer le haut du tube dansune flamme de bec Bunsen jusqu’à ébullition. On



peut continuer à tenir à la main le fond du tube,ce qui prouve bien que l’eau est peu conductricede la chaleur.

Convection

2.124 Convection dans un tube à essaiRemplir d’eau froide un tube à essai en Pyrex.Une fois l’eau au repos, y laisser tomber un seulcristal de permanganate de potassium de trèspetite taille de manière qu’il aille au fond en colo-rant très peu l’eau. Tenir d’abord le tube à essaientre les doigts en plaçant ceux-ci près duniveau de l’eau, mais pas au-dessus de celui-ci.Chauffer alors le fond du tube avec un bec Bun-sen aussi longtemps qu’on peut supporter la cha-leur sur les doigts. Ne pas utiliser une flamme tropforte. Vider le tube à essai, le laisser refroidir, lelaver et le remplir à nouveau d’eau froide. Unefois le liquide au repos, ajouter encore, sansremuer, un tout petit cristal de permanganate depotassium. Tenir cette fois le tube par le fond, etfaire agir le bec Bunsen en haut du tube juste au-dessous du niveau de l’eau. Continuer à chaufferaussi longtemps qu’on peut tenir le tube entre lesdoigts. Attention : se rappeler que, bien que leurpeau soit sensible aux brûlures, certains enfantspeuvent ne pas éprouver une douleur appréciabledès le premier contact. Aussi, bien qu’il soitimportant que les élèves puissent sentir directe-ment les variations de température, il convient deles prévenir qu’il ne faut pas continuer à tenir letube quand il commence à sembler trop chaud.Mais les supports ou les pinces à tubes à essai- ou les instruments analogues fabriqués avecdes bandes de papier plié - enlèvent tout intérêtà cette expérience.

2.125 Courants de convection dans l’eauRemplir un grand bocal d’eau froide et le peserde façon précise sur une balance. Vider le bocal.Le remplir avec exactement le même volume d’eauchaude et le peser à nouveau. On constatera quele bocal d’eau chaude pèse moins lourd. Pour unmême volume; l’eau froide est plus lourde quel’eau chaude, de sorte que lorsqu’on chauffe

l’eau, il se produit des courants de convection :l’eau chaude remonte sous l’effet de la pousséeexercée par l’eau froide qui l’entoure. En d’autrestermes, l’eau chaude est moins dense que l’eaufroide et c’est ce qui provoque les courants deconvection dans un liquide.

2.126 Autre manière de mettre en évidence lescourants de convection dans l’eau

Boucher une bouteille d’encre ou de colle avec unbouchon de liège muni de 2 tubes de verre, de lafaçon indiquée sur la figure. L’un des 2 tubes seraeffilé pour former comme l’extrémité d’uncompte-gouttes; il ne dépassera pas du bouchonvers le bas mais dépassera d’environ 5 cm vers le

haut. L’autre tube ne dépassera pas du haut dubouchon et plongera presque au fond de la bou-teille. Remplir la bouteille d’eau très chaude for-tement colorée par de l’encre. D’autre part, rem-plir un grand bocal de verre - cuve à accumula-teur par exemple - d’eau très froide. Rincerl’extérieur de la bouteille d’encre et la placer rapi-dement au fond du grand bocal. Observer ce quise passe : Quelle explication peut-on donner?

2.127 Courants de convection dans l’airDécouper un disque de fer-blanc mince dans lefond d’une boîte à conserves. L’entailler de façonà y former 3 pales et le placer sur une aiguille àtricoter recourbée servant de pivot (voir figure).Tenir le disque au-dessus de la flamme d’une bou-gie : il se mettra à tourner rapidement. Une spiralede papier ayant pour pivot une aiguille à tricoterse mettra à tourner de la même manière.



On peut encore mettre en évidence les courantsatmosphériques de convection en exploitant ladifférence d’indice de réfraction de l’air chaud etde l’air froid. Une ampoule de phare d’automo-bile débarrassée de son réflecteur projettera les« ombres » de courants de convection formés au-dessus d’un radiateur électrique.

2.128 Courants de convection et ventilationSe procurer une boîte munie de rainures pour lecouvercle; couper une plaque de verre qui cou-lisse dans ces rainures et assure une parfaite étan-chéité à l’air. Toute autre sorte de boîte pourlaquelle on pourra improviser un couvercle étan-che en verre fera également l’affaire. Percer 4 trousdans les parois à chacune des deux extrémités dela boîte (voir figure) : chaque paroi ainsi percéereprésente une fenêtre, et les trous supérieursqui y sont aménagés correspondent aux moitiéssupérieures ou impostes de chaque fenêtre. Mettre4 bougies dans la boîte, les allumer et fermer le

verre coulissant. Toutes les conditions nécessairespour étudier les meilleurs moyens d’assurer laventilation d’un local sont réunies. Obturercomplètement les fenêtres à l’aide de bouchonsbien forts placés dans les trous et observer lesbougies quelques instants. Puis essayer des combi-naisons différentes pour les ouvertures : unefenêtre ouverte en haut et en bas - c’est-à-direles 4 trous d’un même côté ouverts en mêmetemps; une fenêtre ouverte en haut, l’autre ouverteen bas; les deux fenêtres ouvertes en haut; unefenêtre ouverteen bas; toutes les deux ouvertes enbas; une fenêtre ouverte en haut. Quelles sont lescombinaisons des ouvertures qui assurent la meil-leure ventilation? (Voir aussi expérience 4.120.)

2.129 Température de plus grande densité de l’eauMettre un gros morceau de glace dans un verred’eau. Disposer 2 thermomètres de manièrequ’ils indiquent les températures de l’eau près dufond et de la surface. On remarquera que l’eaurefroidie par la glace tombe au fond et que celase poursuit jusqu’à ce que l’eau du fond atteigneune température d’environ 4 °C. Elle restera àcette température pendant longtemps, l’eau plusfroide restant au-dessus, au voisinage de la glace.On peut en conclure que l’eau à 4 °C est plusdense que l’eau à 0 °C. Cette curieuse propriétéde l’eau est d’une grande importance pour com-prendre certains phénomènes naturels. Elle expli-que par exemple pourquoi les étangs gèlent àpartir de la surface tandis qu’au fond la tempé-rature descend rarement au-dessous de 4 °C. (Voiraussi expérience 4.59.)

Rayonnement

2.130 Transmission de la chaleur par rayonnementLa transmission de la chaleur peut s’effectuer parondes, même à travers le vide : c’est ce qu’onappelle le rayonnement. La chaleur se déplace parrayonnement de manière quasi instantanée. Met-tre la main sous une ampoule électrique éteinte,la paume tournée vers le haut; allumer l’électri-cité : on sent la chaleur presque aussitôt que l’am-poule s’allume. Cette chaleur n’aurait pas pu



atteindre la main aussi vite du fait de la seuleconduction, car l’air est mauvais conducteur dela chaleur; ni par convection, car, dans ce cas, lachaleur aurait été entraînée vers le haut, donc àl’opposé de la main. En réalité, la chaleur perçueétait transportée par des ondes « électromagnéti-ques courtes », d’une longueur d’onde plus grandeque celle de la lumière. La chaleur issue d’unesource se propage par rayonnement dans toutesles directions. Mettre une plaque de verre entrel’ampoule électrique et la main, afin d’empêchertout déplacement d’air : la chaleur transmise parrayonnement demeure sensible.

2.131 On peut concentrer les ondes de chaleurrayonnante

Tenir une grosse loupe au soleil et faire convergerles rayons en un point sur des feuilles de papierde soie : le papier de soie s’enflamme sous l’ac-tion des rayons de chaleur concentrés. Essayeravec du papier de soie noirci à l’encre de Chineou à la suie : Est-ce qu’il prend feu plus facile-ment?

2.132 Les ondes de chaleur rayonnante peuventse réfléchir

Chauffer du papier de soie à l’aide d’une loupecomme ci-dessus et noter la distance qui séparela loupe du papier de soie. Intercaler un miroirobliquement à peu près à mi-chemin entre la loupeet le papier. En passant la main au-dessus dumiroir, chercher l’endroit où se concentrent lesondes de chaleur. Y maintenir à l’aide d’une pinceun morceau de papier de soie froissé et voir s’ils’enflamme.

2.133 Passage de la chaleur rayonnante dansdu verre

Approcher la joue à 25 cm environ d’un troupercé dans une plaque d’amiante fixée devant unesource de chaleur (ou dans les rayons du soleil) :le trou doit être au niveau de l’élément incan-descent de la source de chaleur. Interposer uneplaque de verre entre la joue et le trou. La retireret la remettre, et noter ce qu’on ressent. On peutrecommencer l’expérience en utilisant 2 plaquesde verre tenues l’une contre l’autre.

2.134 Le rayonnement varie selon la naturedes surfaces

Se procurer 3 boîtes à conserves de mêmes dimen-sions. L’une sera peinte en blanc, à l’intérieurcomme à l’extérieur, la deuxième sera peinte ennoir, et la troisième sera laissée brillante. Rem-plir les 3 boîtes jusqu’au même niveau d’eau tièdeà la même température et relever cette tempéra-ture. Couvrir chaque boîte d’un couvercle de car-ton percé d’un trou permettant d’insérer un ther-momètre, placer les boîtes sur un plateau à bonnedistance les unes des autres, puis les mettre dansun endroit frais. Toutes les 5 minutes, relever latempérature de l’eau dans chaque boîte : Y a-t-ilune différence entre les vitesses de refroidisse-ment? Quelle est la surface qui a donné le meil-leur rayonnement de chaleur? Quelle est celle quia le moins bien rayonné la chaleur? Vider unepartie de l’eau contenue dans chaque boîte touten gardant le même niveau partout. Remplirensuite d’eau très froide et relever la température.Couvrir les boîtes et les mettre dans un endroitchaud ou au soleil. Relever la température del’eau toutes les 5 minutes : Quelle est la surfacequi a le mieux absorbé la chaleur? Quelle est cellequi l’a le moins bien absorbée?

Quantités de chaleur

2.135 Chaleur et température : la notion de calorieSuspendre une boîte à conserves contenant50 cm3 d’eau et un thermomètre au-dessus d’unepetite flamme de bec Bunsen ou d’une bougie.Noter la température initiale. Faire chauffer pen-dant 2 minutes, en remuant constamment, etnoter la température finale en degrés Celsius.Vider l’eau et recommencer l’expérience avec 100,150, 200 cm3 d’eau et sur la même flamme. Onpeut admettre avec une précision suffisante que1 cm3 d’eau a une masse de 1 g. Calculer, pourchaque cas, le produit de la masse d’eau par l’élé-vation de température. Étant donné que la mêmequantité de chaleur a été fournie par la flamme àchaque masse d’eau, on comprend que la quan-tité de chaleur absorbée par 1 g d’eau pour quesa température s’élève à 1 °C constitue une unité


97 Magnétisme et électricité 2.140

thermique commode : on appelle cette unité« calorie-gramme ».

2.136 Pouvoir calorifique d’un combustibleLes combustibles fournissent une quantité dechaleur très variable : il est donc bon de disposerd’un moyen d’indiquer leur efficacité relative. Lenombre de calories fournies par la combustioncomplète de 1 g du combustible considéré cons-titue un indicateur valable; c’est ce qu’on appellele pouvoir calorifique. Suspendre une boîte àconserves à un support à l’aide de fil de fer. Yverser 100 cm3 d’eau froide et relever la tempéra-

ture. Mettre un petit bout de bougie sur un cou-vercle de boîte à conserves et peser l’ensemble.Placer la bougie sous la boîte contenant de l’eauet allumer la bougie. Remuer l’eau à l’aide duthermomètre et, quand la température atteint60 °C, éteindre la flamme et peser de nouveau lecouvercle et la bougie. Le produit de la massed’eau (en grammes) par l’élévation de température(en degrés Celsius) donne le nombre de caloriesfournies; on peut d’autre part connaître la massede bougie consumée par différence. Ces deuxquantités permettront de calculer le pouvoir calo-rifique.

Magnétisme et électricité

Électricité statique

2.137 Production d’électricité par frottementEn râpant un bouchon de liège avec une lime,faire un petit tas de poussière de liège. Découperd’autre part du papier très fin en petits morceaux.Se procurer un peigne en matière plastique, unstylo ou un crayon en matière plastique, un mor-ceau de cire, un petit ballon de baudruche ou decaoutchouc, une assiette de verre ou de porce-laine, ou tout autre objet non métallique disponi-ble. Frotter ces objets énergiquement dans lescheveux ou sur de la fourrure et les approcher dutas de poussière de liège. Frotter à nouveau, etapprocher du tas de petits bouts de papier (voirfigure). Observer ce qui se passe. Recommencer

l’expérience en frottant chaque objet tour à touravec un morceau de tissu de soie. Recommenceravec un morceau de flanelle.

2.138 Attraction de l’eau par un peigneRégler un robinet de manière qu’il n’en sortequ’un mince filet d’eau, puis «charger » un peigneen le passant dans les cheveux à plusieurs reprises.Approcher le peigne à 2 ou 3 cm du filet d’eau.L’eau est très nettement attirée par la charge élec-trique du peigne.

2.139 Le ballon reste suspenduGonfler un ballonnet en caoutchouc et le frotterénergiquement avec de la fourrure. Le mettrecontre le mur et remarquer qu’il reste au point oùon l’a placé. Recommencer en frottant le ballondans les cheveux.

2.140 Des ballons qui se repoussentGonfler deux ballons et les attacher avec des ficel-les d’environ 1 m de long. Les frotter avec de lafourrure. Tenir les ballons ensemble par leursficelles et remarquer qu’ils se repoussent. Mettrela main entre les ballons et observer ce qui sepasse. Approcher l’un des ballons du visage.Recommencer, en utilisant 3 ballons.



2.141 Le journal se colle au murÉtendre une feuille de journal et l’appliquercontre le mur. Passer un crayon ou la main surtoute la surface du papier à plusieurs reprises.Soulever un coin du papier puis le lâcher, commele montre la figure. Remarquer comme il estattiré par le mur. Si l’air est très sec, on peutmême entendre le petit crépitement des chargesd’électricité statique.

2.142 Détecteur d’électricité statiqueDécouper une bande de carton mince d’environ10 X 2 cm. La plier en deux dans le sens de lalongueur et la mettre en équilibre sur la pointed’un crayon comme le montre la figure. La pointedu crayon doit pénétrer légèrement dans le cartonsans le perforer, de manière à le laisser pivoterlibrement. Charger un peigne d’électricité en le

frottant dans les cheveux ou avec un lainage etl’approcher d’une des extrémités de ce détecteur.Observer ce qui se passe. Essayer avec d’autresobjets après les avoir frottés.

2.143 Indicateur d’électricité statique en moelle desureau

Extraire la moelle d’une tige de végétal (sureaupar exemple). La faire sécher complètement et lacomprimer en petites boulettes d’environ 5 mmde diamètre. Recouvrir ces boulettes de moelled’une couche d’aluminium, de graphite colloïdalou de dorure. Fixer chaque boulette à un fil desoie d’environ 15 cm. Fabriquer un support enbois en forme de potence pour y suspendre uneboulette (voir 2.146B). Approcher de celle-cidivers objets qu’on aura frottés avec de la soie,de la fourrure ou une flanelle et observer l’effetproduit. Ce genre de dispositif s’appelle un élec-troscope à boule, ou pendule électrique. Au lieude boulettes de moelle, on peut utiliser des grainsde riz souffle, des boulettes de polystyrèneexpansé, des balles de ping-pong ou d’autresobjets très légers : l’essentiel est de les rendreconducteurs de l’électricité en les enduisant depeinture métallique. On peut utiliser du blancd’œuf pour faire adhérer la poudre d’aluminiumà la surface.

2.144 Électroscope à boule en papier métalliqueFaire une boule d’approximativement 6 mm dediamètre avec environ 6 cm2 de papier métalliqueprovenant d’un paquet de cigarettes ou d’uneenveloppe de chewing-gum. La fixer, à l’aide depapier adhésif, à l’extrémité d’un fil de soie oude nylon d’environ 8 cm. Attacher l’autre extré-



mité du fil à un crayon à bille ou à un autre sup-port isolant et placer ce support horizontalementsur le goulot d’un bocal à confiture de telle sorteque la boule ne touche pas le flanc du bocal (voirfigure). Approcher de la boule un corps chargéd’électricité : elle sera d’abord attirée, puis rebon-dira dans la direction opposée. Prendre un autrecrayon à bille en plastique et le frotter sur uneéquerre ou un rapporteur en celluloïd. Approcherce crayon à bille de la boule et laisser celle-ciprendre la charge, puis approcher le rapporteur dela boule chargée. Que nous apprend cette expé-rience sur les deux sortes de charges produites parle frottement?

2.145 Électroscope à feuille de métalPour construire un appareil permettant de détec-ter des charges d’électricité statique, on aurabesoin d’un bocal à confiture, de fil métalliqueet de morceaux de papier ou de feuille métalliquetrès mince. Pour empêcher la charge de fuir, onutilisera un bouchon scellé à la cire, un masticisolant ou du méthacrylate (Altuglas, Plexiglas).Faire passer dans ce bouchon un fil de cuivre oude laiton recourbé en L; suspendre en bas unmorceau de papier de soie ou du papier d’alu-minium plié en deux et traversé par le fil de cui-vre. Si on approche un corps chargé d’électricitédu haut de ce fil, les deux côtés de la feuille s’écar-tent, ayant reçu une charge de même signe.

2.146 Il y a deux sortes de charges statiquesA. Fabriquer une plate-forme pivotante en enfon-çant un long clou dans un socle de bois. Dans untrou percé dans un grand bouchon plat, enfoncerun tube à essai. Affiler le clou à la lime et la

coiffer avec le tube à essai. Piquer des épingles surle dessus du bouchon : elles maintiendront lesobjets qu’on placera sur la plate-forme. Se pro-curer 2 tubes à essai ou des agitateurs de verre,un morceau de soie, 2 peignes en plastique, unebaguette d’ébonite, de la laine et un morceau defourrure ou de flanelle.

a) Frotter un peigne avec la fourrure et lemettre sur la plate-forme. Frotter l’autre peigneavec la fourrure et l’approcher du peigne placésur la plate-forme. Recommencer jusqu’à ce qu’onsoit sûr d’avoir effectué les bonnes observations(voir figure).

Deux charges négativesse repoussent

2.146A

Une charge positive et une chargenégative s’attirent

b) Frotter un agitateur de verre avec de lasoie et le placer sur la plate-forme. Frotter unpeigne avec de la fourrure et l’approcher de labaguette de verre. Recommencer jusqu’à ce qu’onsoit sûr d’avoir bien fait les bonnes observations.

Quand on frotte le peigne avec de la fourrure,le plastique prend une charge d’électricité néga-tive et la fourrure prend une charge positive.Quand on frotte du verre avec de la soie, le verreprend une charge positive et la soie une chargenégative.

B. Frotter une baguette d’ébonite avec un lainageet approcher la baguette d’un électroscope à boulede moelle non chargé. Remarquer que la boule demoelle est d’abord attirée, puis repoussée. Frotter



Emploi d’un électroscope àboule de moelle non chargé

de même une baguette de verre avec un morceaude soie et l’approcher d’un électroscope à boulede moelle non chargé. La boule de moelle estd’abord attirée, puis repoussée par la baguette deverre (voir figure).

C. Charger négativement une boule de moelle enla touchant avec une baguette d’ébonite frottéeavec de la laine. Montrer que si l’on approche unebaguette chargée négativement d’une boule demoelle chargée négativement, celle-ci est repous-sée, mais qu’elle est attirée si on approche d’elle

2.146C Emploi d’un électroscope àboule de moelle chargé

une baguette de verre frottée avec de la soie etfortement chargée positivement (voir figure).

Remarque : le comportement des objets char-gés placés sur la plate-forme, de l’électroscope etde la boule de moelle démontre la règle généralesuivante : les charges d’électricité statique demême signe se repoussent et les charges de signesopposés s’attirent.

2.147 Production de plusieurs charges d’électricitéstatique par une même source

Se procurer une plaque d’aluminium carréed’environ 24 cm de côté (un couvercle de boîte enaluminium fera l’affaire). La chauffer sur une



flamme de manière que la température soit uni-forme. Poser une baguette de cire à cacheter ouune bougie au centre de la plaque jusqu’à ce quel’extrémité fonde et que la baguette ou la bougiese fixent solidement, formant une sorte de man-che (voir figure).

Pour faire un manche qui tienne mieux, onpeut percer un trou au milieu de la plaque d’alu-minium et y visser une tige de plastique ou de bois.

Se procurer une cuvette ou une écuelle en plasti-que un peu plus grande que la plaque d’alumi-nium. Poser la cuvette sur la table et frottervivement le fond avec de la fourrure ou un mor-ceau de flanelle pendant une demi-minute. Mettrealors la plaque d’aluminium dans la cuvette enplastique et appuyer fortement avec les doigts.Retirer l’aluminium et approcher les doigts dumétal : uneétincelle doit se produire. Le plastiquedoit normalement fournir plusieurs’ charges sansqu’il soit nécessaire de le frotter à nouveau : onse contentera d’appuyer fortement le métal contrele plastique et de le soulever par le manche.

Courant électrique

2.148 Comment faire une pile avec deux piècesde monnaie

Prendre deux pièces de monnaie faites de métauxdifférents. Les nettoyer soigneusement à la lainemétallique ou au papier de verre fin. Avec dupapier buvard ou une serviette en papier, faireune sorte de tampon un peu plus grand que lespièces de monnaie et l’imbiber d’eau salée. Mettrel’une des pièces sur le tampon et l’autre dessous.Les tenir entre le pouce et l’index. Les relier auxbornes d’un galvanomètre sensible et noter ladéviation de l’aiguille.

2.149 Comment produire de l’électricité àl’aide d’un citron

Relier l’une des bornes d’un galvanomètre sensi-ble à une lamelle de zinc découpée dans l’enve-loppe d’une pile sèche hors d’usage. Relier l’autreborne à une lamelle de cuivre. Prendre un citronet le faire rouler avec la main sur une table, enpressant un peu pour que l’intérieur s’écrase sans

déchirer le zeste. Enfoncer les deux lamelles demétal dans le citron, en veillant à ce qu’elles nese touchent pas (voir figure). Observer l’aiguilledu galvanomètre.

Faire la même expérience avec une pomme deterre. La déviation de l’aiguille du galvanomètredépendelle de la distance entre les deux plaques?

2.150 Étude d’une pile sècheDébarrasser une vieille pile sèche de son enve-loppe extérieure. Scier la pile par moitié et étudierla manière dont elle est construite. Remarquerl’électrode de carbone, qui constitue le pôle posi-tif, au centre, le tube de zinc qui constitue l’élec-trode négative, et la substance contenue entre lesdeux pôles, qui constitue l’électrolyte (c’est-à-dire le produit chimique qui agit sur les plaquesde la pile). Remarquer que le zinc a été rongé parle produit chimique. Observer que les produitschimiques ont été emprisonnés dans le tube dezinc au moyen de goudron (voir figure). [Voiraussi expérience 2.88.

A Enveloppe en zincB Papier absorbantc Électrode de carboneD Électrolyte et matière

absorbante



2.151 Montage d’une pile sèche dans un circuitEnrouler l’extrémité d’un bout de fil de sonnetteraide autour du culot à vis d’une ampouleélectrique de lampe de poche, de manière à lamaintenir solidement. Recourber le fil restant enforme de C. Placer le plot situé au centre du culotde l’ampoule sur la borne centrale d’une pile depoche et disposer l’extrémité libre du Al de son-nette de telle sorte que, le fil faisant ressort, il

reste en contact avec le fond de la pile (voirfigure) : si les contacts sont bons, l’ampoule doits’allumer. Ce type de montage doit allumer n’im-porte quel type d’ampoule pour lampe de poche,mais une ampoule pour pile à un seul élément don-nera une lumière plus forte. Observer attentive-

ment l’ampoule et remarquer, à l’intérieur del’ampoule, le fin filament de métal maintenu enplace par deux fils plus gros : une loupe permet-tra de mieux le voir. Ce filament est en tungstène.Le courant électrique passant dans le filament detungstène l’échauffe considérablement et ildevient alors lumineux. Mettre l’élément de pilela tête en bas et intervertir les branchements :constater que l’ampoule fonctionne tout demême, bien que le courant passe en sens inverse.Faire un croquis indiquant le sens du courant àtravers l’ampoule et dans le fil qui la réunit àl’autre extrémité de la pile. Expliquer le sens del’expression « circuit électrique ». Pour utiliserce montage en guise de lampe-torche improviste,on peut fixer le fil à la pile sèche par des braceletsde caoutchouc.

2.152 Interrupteur simplifiéOn peut improviser un interrupteur en fixant l’ex-trémité d’un bout de fil de sonnette à un crayonpar deux bracelets de caoutchouc, comme lemontre la figure. Un deuxième fil passé en dessousassurera le contact.

2.153 Rôle des interrupteurs dans un circuitélectrique

Dans un circuit comportant une pile et uneampoule, intercaler un interrupteur à couteau.Allumer et éteindre la lampe en manœuvrant cetinterrupteur. Remplacer l’ampoule par une son-nette ou un « couineur » et faire fonctionner l’in-terrupteur. Remplacer l’interrupteur à couteaupar un interrupteur à bouton. Essayer avecd’autres interrupteurs de type courant. Si possi-ble, en démonter quelques-uns pour voir com-ment ils sont faits.

2.154 Fonctionnement d’une lampe torcheFaire découvrir par les élèves que la lampe depoche (ou lampe torche) est un appareil électriquequi comporte un interrupteur, des éléments iso-lants et des conducteurs, des piles sèches et uneampoule. Les encourager à apporter diverses sor-tes de lampes de poche et à les démonter. Étudierle rôle de chaque pièce. Essayer de connecterl’ampoule à la pile sèche sans utiliser le boîtier.Remonter la lampe. Les élèves seront invités àessayer de trouver quel est le circuit utilisé parle courant dans la lampe de poche, où le courantpasse, où il est interrompu. Dans les lampes depoche en métal, le boîtier fait partie du circuit.



Dans une lampe torche à deux piles, les pilesdoivent être superposées de telle sorte que le fondde l’une touche le sommet de l’autre pour que lecircuit soit correctement établi. Laisser lesenfants tenter de placer les piles dans des positions

Fonctionnementd’une lampe torche

trique est fournie par des piles sèches, il est com-mode d’utiliser une table de montage élémentaire.Une planchette (ou une feuille de contre-plaque)de 30 x 30 cm servira de socle. Y fixer des atta-ches permettant de maintenir les piles en place;des languettes de métal formant ressort assurerontles contacts entre les piles. Visser dans le socle despitons à vis droits en laiton, comme le montre lafigure : ils faciliteront le montage des circuits.

différentes afin qu’ils découvrent par eux-mêmesquelle est la meilleure (voir figure).

2.155 Conducteur ou isolant?Demander aux enfants de réunir des matériauxafin de déterminer s’ils sont conducteurs ou iso-lants. On essaiera avec du papier, une gomme, unbouton en plastique, une clé, des pièces de mon-naie, du tissu, de la ficelle, de la craie, du verre,un clou, une lime à ongles, du fil isolé, du fildénudé, etc. Essayer ces matériaux en les insérant

2.155

dans un circuit entre les bornes d’un interrupteurà couteau ouvert ou dans un dispositif construitcomme celui de la figure. Les corps qui conduisent 2.156l’électricité sont appelés conducteurs. Ceux quine la conduisent pas sont dits isolants ou non A Support et douille de lampe

conducteurs. Le cuivre d’un fil est un conducteur;B Conducteurs en tringle à ressort pour rideaux

sa gaine est un isolant. (Voir aussi expérience 2.59).c PilesD Attaches à ressort (pinces à dessin)E Languettes métalliques à ressort

2.156 Table de montage F Pitons droits en laitona) Pour toutes les expériences où l’énergie élec- G Socle



b) On peut faire des conducteurs élastiques àlongueur variable en utilisant de la tringle à res-sort pour rideaux (ou de la gaine de freins de vélo)et en fixant à l’extrémité de petits pitons à oeillet(voir figure).

c) On peut intercaler dans le circuit des douil-les de lampe en utilisant en guise de conducteurde la tringle à ressort pour rideaux ou du gros filde cuivre non isolé d’environ 1,5 mm de dia-mètre (voir figure).

d) On peut réaliser d’autres connexions avecdu fil de cuivre non isolé fixé à des pinces croco-diles (voir figure).

2.157 Piles montées en sérieA. Relier entre elles 2 piles sèches comme lemontre la figure : noter qu’elles sont disposées demanière que la borne négative de l’une soit reliéeà la borne positive de l’autre. Des piles reliées decette manière sont dites montées en série.

B. Intercaler une ampoule de 4,5 volts dans lecircuit, qui comportera successivement 1 seulepile, puis 2 piles en série, puis 3 piles en série.Remarquer l’effet sur la luminosité de la lampe.

104

Schéma de montage montrant :2 piles disposées en série et1 lampe; la ligne courte renforcéereprésente la borne négatived’une pile et la ligne longuemince la borne positive

Quand des piles sont reliées de cette manière, levoltage total est la somme des voltages de chacunedes piles. Par conséquent, si on utilise des piles de1,5 volt, 2 piles donnent une tension de 3 volts, et3 piles une tension de 4,5 volts.

2.158 Piles montées en parallèleOn peut relier des piles de telle sorte que toutesles bornes positives soient reliées entre-elles ettoutes les bornes négatives également. On dit alorsqu’elles sont en parallèle (voir figure). Pour étu-dier le fonctionnement de piles montées en paral-

lèle, il faut disposer d’une table de montage spé-ciale. Quel est l’effet produit sur la luminosité dela lampe lorsqu’on débranche l’une des piles? Ya-t-il une différence si l’on n’utilise qu’une seulepile?

Quand des piles sont montées en parallèle, latension totale n’est pas plus forte que s’il n’y aqu’une seule pile; toutefois, l’intensité totale ducourant disponible augmente avec le nombre depiles.



2.159 Circuits simplesA. Lampes montées en sérieRelier une pile et une ampoule de la façon indi-quée dans le coin supérieur gauche de la figure.Remarquer la luminosité de l’ampoule. Monterensuite les autres circuits dessinés sur la figure etcomparer la luminosité des lampes selon les cir-cuits réalisés. (Note. S’assurer que les ampoulessont sensiblement identiques avant de faire l’expé-rience, faute de quoi les résultats constatés n’au-ront guère de sens.) Ces « schémas de câblage »

sont utiles du point de vue pratique, mais il fautaussi que les élèves s’habituent peu à peu à com-prendre des schémas théoriques : on apprendradonc à se servir des symboles normalisés tels qu’ilsapparaissent dans les schémas de montage cor-respondants, représentés p. 106.

Quand des ampoules sont reliées en série, latension totale est divisée entre elles. Si, parexemple, 3 ampoules identiques sont reliées ensérie à une pile de 3 volts, chaque ampoule recevra1 volt.



B. Lampes montées en parallèleObserver les variations de luminosité des lampesquand elles sont reliées comme le montre la figurecl-dessous. Quand des lampes sont ainsi montéesen parallèle, chacune d’elles reçoit la totalité de latension d’alimentation. En d et en e des « chape-lets » d’ampoules (en série) sont montés en paral-lèle par rapport à la pile. Ce type de montage estdit en série et en parallèle (ou mixte). Commentpourrait-on caractériser le montage dessiné en ƒ

d



2.160 Fonctionnement d’un fusibleExaminer des fusibles normaux et des fusibles quiont « sauté ». Les fusibles constituent l’une dessortes de dispositifs de sécurité employés pourprotéger les circuits électriques de la surcharge. Lefil qui forme le fusible fond et coupe le courant

lorsque l’intensité atteint un niveau dangereux.Découper une petite languette de papier métal-lique (emballage de cigarettes, etc.), et la fixer auxextrémités de 2 fils électriques sortant d’un bou-chon de liège; ou, encore, prendre un fil de lained’acier dans un tampon à récurer. On obtientalors un fusible rudimentaire qui peut convenirpour piles sèches. Monter le circuit commel’indique la figure et essayer différentes sortes etlargeurs de languettes jusqu’à obtenir un modèlequi illustre le principe du fusible. (Naturellement,dans un montage normai, on ne placerait jamaisles fusibles directement entre les bornes d’une ali-mentation !)

2.161 Emploi des fusiblesA. Intercaler le fusible type de l’expérience 2.160dans un circuit comprenant 3 piles à un élémentet 1 lampe (voir figure). Au moyen d’une pincecrocodile, court-circuiter la lampe. Si le fusible nefond pas, le remplacer par une languette plusmince. Essayer avec des languettes de nature et delargeur différentes, jusqu’à ce que la languette depapier métallique laisse passer le courant lorsqueles branchements sont normaux, mais fonde lors-qu’il y a court-circuit. Puis remettre le fusible enplace et ajouter-des lampes montées en parallèlejusqu’à ce que le fusible saute.

B. Réfléchir aux dangers qui peuvent résulterd’une surcharge des installations électriques d’unemaison du fait du branchement d’un trop grandnombre d’appareils sur un même circuit. Dans lesmaisons anciennes, les circuits ont été conçus pourdes charges bien inférieures à celles qu’ils doivent

A Pince crocodile

supporter aujourd’hui; si l’on utilise plusieursappareils en même temps, il peut arriver que lesfils conducteurs du courant soient surchauffés etprovoquent un incendie. Montrer qu’il est dange-reux de remplacer les fusibles par des pièces demonnaie ou d’utiliser des fusibles plus forts queceux qui conviennent au circuit considéré : unfusible de 30 ampères placé sur un circuit conçupour recevoir un fusible de 15 ampères est dange-reux. Pour éviter les accidents, les appareils nedevraient être branchés que par des personnescompétentes.

2.162 L’électricité, source de chaleur et de lumièreDans un bouchon de liège plat qui s’adapte à unepetite bouteille, enfiler les extrémités de deuxbouts de fil de sonnette. On obtiendra un bouchonplat de l’épaisseur voulue en coupant un bouchonplus long; on peut aussi utiliser un bouchon decaoutchouc à deux trous. Enrouler les extrémitésd’un filament de fer très fin (extrait d’un fil tressé,par exemple) autour des extrémités des fils decuivre qui dépassent du bouchon, et placer celui-ci dans le goulot de la bouteille (voir figure) : onobtiendra ainsi une lampe électrique très primi-tive. Relier cette lampe élémentaire à un circuitcomprenant une ou plusieurs piles sèches et uninterrupteur. Fermer l’interrupteur et attendre



A Pince crocodilea Interrupteur

que le filament commence à rougir, puis ouvrirl’interrupteur. En prenant quelques précautions,on pourra allumer et éteindre la lampe plusieursfois avant que le filament ne soit brûlé, mais le filde fer chauffé finit par se combiner à l’oxygène del’air contenu dans la bouteille, et se consumer.Les ampoules du commerce ne contiennent pasd’oxygène et le filament de tungstène est porté àune température suffisamment élevée pour qu’ildevienne incandescent sans se consumer. L’am-poule de verre a non seulement pour objet deprotéger le filament, mais aussi d’éviter les brû-lures et les chocs électriques, donc de permettred’utiliser la lampe en toute sécurité.

2.163 Dispositif simple pour mettre en évidence lepassage du courant électrique

Se procurer du fil de sonnette à gaine de coton etl’enrouler soigneusement 50 à 60 fois autour d’unbocal d’environ 8 cm de diamètre pour formerune bobine. Faire glisser cette bobine pour ladégager du bocal, et la consolider par de petitsmorceaux de fil de cuivre ou d’adhésif, puis lamonter sur un socle en bois. On fera un petit sup-port destiné à recevoir une boussole (voir figure A)en prenant un bouchon percé d’un trou par ou

passera la bobine, et en collant l’ensemble ausocle de l’appareil avec de la cire à cacheter ou dela colle. Mettre la boussole sur ce bouchon et fairepivoter la bobine jusqu’à ce qu’elle soit dans lemême plan que l’aiguille magnétique. Brancherla bobine sur une pile sèche et observer la dévia-tion de l’aiguille de la boussole. Intervertir lesbornes et observer ce qui se passe. On peut réali-ser un instrument plus sensible en fabriquant,avec une boite à cigares, un petit cadre danslequel la boussole tiendra tout juste. On mettrala boussole dans ce cadre, autour duquel onenroulera 20 tours de fil de sonnette, commel’indique la figure B.

Magnétisme

2.164 Aiguilles de boussoles rudimentairesA. Aimanter un morceau de ruban d’acier ou deressort de montre en y frottant un aimant. Pourl’utiliser comme aiguille aimantée, il faut le fairereposer sur un pivot dont le frottement soit le plusfaible possible. On peut y parvenir de plusieursmanières. Sceller à la flamme l’extrémité d’uncourt tube de verre (2 cm) et en coiffer une épinglepiquée dans un bouchon ou un bout de bois. Col-



2.165 Mesure de l’inclinaison magnétiquePasser une aiguille à tricoter en acier dans unbouchon, parallèlement au diamètre. Enfoncerdes épingles aux extrémités du bouchon pour for-mer un axe et mettre le tout en équilibre, horizon-talement, sur un chevalet en U constitué d’unelame de cuivre (voir figure). Retirer l’ensemble dece support, et aimanter l’aiguille à tricoter sansdéranger le bouchon. Quand on aura remis le toutsur le chevalet, on constatera qu’une pointe de

ler la lamelle d’acier au tube à la colle forte ou àla plasticine, et la régler de manière qu’elle pivotelibrement et sans être déséquilibrée (voir figure A).On peut aussi faire reposer l’aiguille de boussolesur le dôme métallique d’un vieux bouton hémi-sphérique (habituellement recouvert de tissu) : onfera passer l’aiguille dans les deux oeillets et onfera reposer le dôme sur une plaque de verre outoute autre surface lisse.

B. On peut aussi réaliser une aiguille aimantéerudimentaire avec deux aiguilles à coudre aiman-tées qu’on fera passer dans les trous d’un grandbouton-pression. Celui-ci peut être placé en équi-libre sur une autre aiguille dont le chas seraenfoncé dans un bouchon (figure B). Si l’on utiliseun bouton-pression plus petit, il faudra serrer lecollet avec des pinces pour faire passer les aiguillesdans les petits trous.

C. Autre solution : faire passer une aiguilleaimantée à travers un morceau de carton et sus-pendre l’ensemble à un fil, de façon qu’il se trouveen équilibre (voir figure C). Coller (avec de lagomme ordinaire ou de la gomme laque) unepetite flèche en papier à l’extrémité de l’aiguillequi s’oriente vers le Nord.

l’aiguille est attirée vers le sol par le champmagnétique terrestre : un rapporteur permettrade mesurer cet angle d’inclinaison. On peut encoresuspendre l’aiguille aimantée en équilibre dans unmince tube de caoutchouc que traverse perpendi-culairement une épingle servant d’axe. Deuxcartes postales séparées par des bouchons fixés àl’aide de punaises serviront de supports. On peutrepérer l’inclinaison par un trait de crayon et lamesurer après coup.

2.166 Bobine d’aimantationPour aimanter des aiguilles à tricoter en acier, onpeut utiliser un bout de tube de verre ordinaireautour duquel on enroulera en spires serrées du filde cuivre isolé. Le courant nécessaire sera fournipar une pile de lampe torche qu’on évitera delaisser branchée trop longtemps (voir figure).



2.167 Aimant en suspension librePlacer un aimant en suspension libre dans unétrier : ce dernier pourra être constitué de deuxboucles de fil de coton disposées de façon à main-tenir l’aimant comme l’indique la figure. Onpourra alors s’amuser à étudier les phénomènesd’attraction et de répulsion des aimants : l’actiondes forces est sensible à la main. On évitera toute-fois de heurter les aimants l’un contre l’autre oude les obliger à se rapprocher malgré la force derépulsion : à la longue, cela affaiblirait leuraimantation. Approcher chacun des pôles del’aimant qu’on tient à la main des pôles del’aimant suspendu pour voir si les pôles identiquess’attirent ou se repoussent (voir figure).

2.168 Aimants naturelsL’oxyde magnétique de fer est assez répandu dansdifférentes parties du monde. Se procurer un mor-ceau de ce minerai de fer : c’est un aimant naturel.Saupoudrer une feuille de papier blanc de limaillede fer ou de fragments de laine d’acier et observerl’attraction exercée par le minerai magnetique.Essayer de soulever des objets plus lourds en fer :attaches trombones, semences, etc. Approcher lemorceau de minerai d’une boussole et observer cequi se passe. Est-ce que toutes les parties du mor-

ceau de minerai agissent sur la boussole de lamême manière?

2.169 Comment se procurer des aimants artificielsDes aimants artificiels puissants et pratiques pourl’étude du magnétisme peuvent être récupérésdans de vieux haut-parleurs de radio, de vieuxécouteurs de téléphone ou de vieux compteurs devitesse d’automobiles. On peut aussi acheter desaimants dans le commerce et chez les marchandsd’appareils scientifiques. Les aimants artificiels seprésentent sous des formes diverses : en fer àcheval ou en U; ou bien droits ou en barre.

2.170 Identification des substances magnétiquesRéunir divers petits objets en papier, cire, laiton,zinc, fer, acier, nickel, verre, liège, caoutchouc,aluminium, cuivre, or, argent, bois, étain, etc. Lesapprocher d’un aimant pour voir lesquels sontattirés et lesquels ne le sont pas. Approcher un filde fer doux et une corde de piano d’acier dur del’aiguille aimantée d’une boussole pour voir sicelle-ci est attirée.

2.171 Pôles magnétiquesCasser 6 cm de fil d’acier neuf et passer sur sa lon-gueur, une seule fois et de bout en bout, l’une desextrémités d’un aimant. Essayer le magnétisme dece fil sur de la limaille de fer : La limaille est-elleattirée uniformément sur toute la longueur du fil?Les zones où l’attraction est la plus forte sontappelées pôles.

2.172 Que se passe-t-il quand on casse un aimant?Prendre un morceau de fil d’acier aimante et fixerune flèche de papier à son pôle nord. Casser le filen deux et voir si on obtient un pôle tout seul.Faire des essais avec les deux extrémités dechaque morceau et noter les résultats observes, ens’attachant particulièrement au signe du magné-tisme constaté de chaque côté de la cassure.Casser un petit morceau - de quelques mil-limètres seulement - de l’aimant en fil d’acier, etl’éprouver à la limaille de fer s’il est trop courtpour être éprouvé à la boussole. A quel résultatpourrait-on s’attendre si on pouvait faire la mêmechose avec une seule particule d’aimant réduit enpoussière?



2.173 Spectres magnétiques (à deux dimensions)A. Mettre un aimant droit sur la table d’expé-riences. Saupoudrer une feuille de carton mincede limaille de fer et placer ce carton au-dessus del’aimant, en le faisant reposer sur un support defaçon qu’il ne touche pas l’aimant. En tapotant lecarton au moyen d’un crayon, on verra se dessi-ner le spectre du champ magnétique. (On peutobtenir de la limaille en écrasant de la laine d’a-cier ou en limant la pointe d’un clou maintenudans un étau.)

B. En disposant de différentes manières desaimants sur la table, on pourra observer des spec-tres de champs magnétiques curieux (voir figure).

A Zone neutreB Fer douxc Põle S (obtenu

par induction)D Pôle N (obtenu

par induction)E Zone abritée

On aura peut-être envie de conserver les meil-leurs tracés. A cette fin, on peut, à condition detravailler en chambre noire, remplacer le bristol

par du papier photographique sur lequel onenverra une lumière vive. Il sera ensuite développéde la manière habituelle. On peut également pul-vériser sur les figures dessinées par la limaille defer de l’encre noire ou du vernis : utiliser pourcela un vaporisateur à parfum ou un petit pistoletà peinture.

2.174 Spectres de champs magnétiques (à troisdimensions)

Prendre un petit bocal de verre qui ferme hermé-tiquement. Mettre au fond une cuillerée de limaillede fer. Ajouter de l’huile ou un liquide visqueuxet agiter pour que la limaille entre en suspension.Si l’huile est trop épaisse, la fluidifier avec unpeu de liquide miscible afin que la limaille resteen suspension dans le mélange obtenu. Si l’onplace des aimants le long des parois du bocal, onobtiendra des configurations de limaille à troisdimensions. Pour obtenir un résultat plus dura-ble, on peut remplacer l’huile par du plastiqueliquide et le laisser ensuite se solidifier.

Electromagnétisme

2.175 Électro-aimants cylindriquesSe procurer un boulon en fer d’environ 5 cm delong, pourvu d’un écrou et de deux rondelles.Placer une rondelle à chaque bout et visser l’écrouà l’extrémité du boulon. Enrouler plusieurs épais-seurs de fil de sonnette isolé sur le boulon, entreles rondelles, en réservant environ 30 cm de filavant de commencer l’enroulement. Après avoirbien rempli l’espace entre les rondelles, sur plu-sieurs épaisseurs, laisser de nouveau dépasserenviron 30 cm de fil. Tordre les deux extrémitésdu fil près des deux extrémités du boulon et enrou-ler un peu d’adhésif à cet endroit pour empêcherle fil de se dérouler. Dénuder les extrémités du filet relier l’électro-aimant ainsi obtenu à deux pilessèches montées en série (voir figure). Prendrequelques semences et des pointes et les faire atti-rer par l’électro-aimant. Alors que les semencessont collées à l’aimant, débrancher un des fils.Soulever d’autres objets en fer ou en acier. Mettrele contact et approcher les pôles ‘de l’électro-



aimant d’une boussole pour repérer leur signe.Intervertir les bornes et repérer le signe des pôlesune nouvelle fois.

2.176 Électro-aimants en fer à chevalSe procurer un long boulon assez mince ou unetige de fer d’environ 5 mm de diamètre et de30 cm de long. Les courber en U. Enrouler plu-sieurs épaisseurs du fil de sonnette sur chaquebranche de l’aimant en laissant libre la partiecourbe, comme l’indique la figure. Commencerpar l’extrémité d’une des branches et laisser

dépasser quelque 30 cm de fil pour les branche-ments. Enrouler environ 3 épaisseurs sur le pre-mier pôle, puis passer à l’autre pôle et enrouler lefil exactement comme le montre la figure, c’est-à-dire dans l’autre sens. Faire aussi environ 3 épais-seurs d’enroulement sur ce deuxième pôle. Pourterminer, assujettir le fil avec de l’adhésif afinqu’il ne se déroule pas. Dénuder les extrémités desfils et les relier à deux piles sèches. Éprouver lespôles de l’électro-aimant : l’un d’eux doit être +ou nord et l’autre - ou sud; s’ils ont la mêmepolarité, c’est que le deuxième enroulement a étéfait dans le mauvais sens; il faut donc recom-mencer en inversant le sens des spires. Essayer desoulever différents objets avec cet électro-aimantet comparer sa force avec celle de l’aimant droitdéjà construit.

2.177 Comment éprouver la force desélectro-aimants

Enrouler 25 spires de fil de sonnette sur un bou-lon de fer droit et relier les extrémités du fil à unepile sèche. Compter le nombre de petits clous ousemences qu’on peut soulever avec cet électro-aimant : faire trois essais et prendre la moyennedes nombres de semences soulevées. Recommen-cer en utilisant deux piles montées en série. Puis,enrouler 25 spires de plus dans le même sens, lesrelier aux 25 autres, et recommencer les mesuresen utilisant d’abord une, puis deux piles et dessemences. Pour terminer, enrouler encore 50 spi-res - ce qui fera 100 spires au total - et recom-mencer l’expérience avec une pile, puis deux. Encomplément à cette expérience, dérouler 50 spireset les réenrouler en sens inverse. Mesurer la forceobtenue avec 100 spires enroulées de cette manière,en reliant l’aimant aux deux piles.

2.178 Champ magnétique engendré par le passagede courant dans un fil

Percer un trou au centre d’un petit rectangle decarton blanc et passer perpendiculairement à tra-vers ce trou quelque 25 cm de fil de cuivre d’en-viron 0,45 mm de diamètre; ce fil sera relié auxbornes d’une pile sèche ou d’une alimentation encourant continu basse tension: Fixer le rectanglede carton à l’horizontale. Fermer le circuit et sau-



poudrer le carton de limaille de fer. Tapoter légè-rement avec un crayon et observer la formationdes lignes de champ. Retirer la limaille de fer etexplorer la surface à l’aide d’une petite boussoletraceuse. On intervertira les branchements pourétudier l’effet produit sur l’aiguille de la boussole.

2.179 Champ magnétique à l’intérieur d’unebobine droite sans noyau

II s’agit maintenant d’explorer le champ magné-tique à l’intérieur d’une bobine sans noyau.Enrouler 5 spires espacées sur un cylindre de bois,puis dégager l’enroulement du cylindre et le fairepasser dans des trous perces dans un carton ; relierles extrémités aux bornes d’une alimentation encourant continu basse tension ou d’une pile sèche

(voir figure). Saupoudrer le carton de limaille defer, surtout à l’intérieur de l’enroulement. Fairepasser le courant et tapoter le carton : on peutvoir encore une fois se dessiner les lignes dechamp. On peut aussi utiliser, après avoir enlevéla limaille, une boussole traceuse. L’enroulementemployé dans cette expérience est aussi appelé« solénoïde ». (Si l’enroulement est fait de nom-breuses spires serrées, on l’appelle « solénoïde àspires serrées ». En utilisant le même dispositif queci-dessus, mais avec un solénoïde à spires serrées,on pourra faire une comparaison entre le champmagnétique d’un aimant droit et le champ magné-tique extérieur du solénoïde.)

2.180 Production d’électricité au moyen d’unaimant et d’une bobine

II sera nécessaire de disposer, pour cette expé-rience, de l’un des détecteurs de courant décritsplus haut (2.163). Faire un enroulement d’envi-ron 50 spires de fil de sonnette et le brancher au

détecteur de courant par un fil suffisamment longpour que l’enroulement et l’aimant à utilisersoient à bonne distance de l’aiguille magnétiquedu détecteur. Faire passer l’enroulement autourde l’un des pôles d’un aimant permanent en fer àcheval et observer l’aiguille de la boussole tandisque l’enroulement se déplace dans le champmagnétique. Éloigner l’enroulement du pôle etobserver l’aiguille. Passer l’enroulement autour

de l’autre pôle de l’aimant et le retirer, puis main-tenir l’enroulement et enfoncer un pôle de l’ai-mant entre les spires, au milieu de l’enroulement.Toutes les fois que l’enroulement coupe les lignesd’un champ magnétique, il est parcouru par uncourant électrique.

2.181 Moteur électrique rudimentaireDans ce modèle simplifié, le courant fourni parune pile sèche excite les électro-aimants produi-sant le champ magnétique, tout en passant dansles spires de l’induit. Prévoir une planchette de20 x 25 cm qui servira de socle. Percer un petittrou en son centre et y faire passer une tige poin-tue de 15 cm. Enrouler soigneusement 100 spiresde fil de sonnette isolé autour de deux autrespointes de 15 cm, en réservant environ 30 cm defil libre pour les branchements. Enfoncer cespointes dans le socle, à 15,5 cm l’une de l’autre.Sur la diagonale du socle, et à 5 cm de la pointecentrale, enfoncer deux petites pointes. Dénuder



les extrémités de chacun des enroulements et lesenrouler plusieurs fois autour des pointes, puisrecourber l’extrémité pour qu’elle vienne aucontact de la pointe centrale : les deux extrémitésconstitueront les balais du moteur. On veillera àce que les enroulements soient faits dans le bonsens. La figure b donne le schéma complet desenroulements avec leurs sens. Si on ne respectepas cette disposition, le moteur ne fonctionnerapas. On peut fixer les autres extrémités des fils àdes vis plantées aux coins du socle. Les électro-aimants et les balais qui constituent deux desquatre pièces essentielles d’un moteur sont désor-mais en place. Il reste à monter l’induit et le collec-

114

2.181 Moteur électrique simple

a) Montage d’ensemble

A ÉIectro-aimantsB Induit (40 spires

pour chaque pôle)C CollecteurD Balais

C) DétaiI du collecteur

teur. Percer un trou transversalement dans unbouchon de liège de 4 cm de diamètre et y coincerune pointe de 13 cm. Enrouler environ 40 spiresde fil de sonnette isolé autour de chacune desextrémités de la pointe en respectant les indica-tions de la figure pour le sens des enroulements.Dénuder les extrémités libres. Creuser propre-ment le centre du bouchon et arrondir les bordsau canif pour y insérer le fond d’un tube à essaide 10,5 ou 13 cm, de manière qu’il y soit bienajusté : le bobinage de l’induit est prêt. On peutmaintenant construire le collecteur. Découperdans de la feuille de cuivre deux morceaux rec-tangulaires d’environ 4 cm de long et d’une lar-


115 Mouvements ondulatoires 2.183

geur suffisante pour entourer le tube à essai en Après s’être assuré que les enroulements et leslaissant entre eux un espace d’environ 6 mm de branchements sont bien conformes aux indicationspart et d’autre. Les recourber autour du tube. Y fournies, relier le moteur à une ou deux piles etpercer de petits trous dans lesquels on soudera donner une petite impulsion à l’induit : le moteurou l’on attachera les deux extrémités libres et doit démarrer à bon régime. S’il ne démarre pas,dénudées des enroulements de l’induit. Puis met- vérifier si les balais ‘donnent bien un contacttre en place ces collecteurs en les assujettissant léger, mais suffisant. Peut-être aussi faut-il modi-solidement en haut et en bas avec de l’adhésif. Le fier leur inclinaison. Pour cela, dégager les balaisrotor, qui se compose d’un induit et d’un collec- des pointes où ils sont fixes et les maintenir légè-teur, est prêt. Le mettre en place sur son arbre rement, avec les doigts, contre les plaques duvertical et mettre les balais en contact avec le collecteur; en les gardant parallèles, on les feracollecteur. Faire tourner le tube à essai dans son pivoter pour leur donner différentes inclinaisons,bouchon de manière que les balais reposent sur tandis qu’un aide fera tourner l’induit à la main.les fentes du commutateur au moment où l’in- Repérer l’endroit qui donne à l’induit la plusduit est dans le même plan que les électro-aimants. grande vitesse et disposer les balais ainsi.

Mouvements ondulatoires

Production des ondes

2.182 Observation de la propagation des ondes lelong d’une corde

Apporter en classe une certaine longueur de corded’étendage. Demander aux enfants s’ils connais-sent une manière de faire voyager des ondes lelong de cette corde. Le laisser faire et observerpar eux-mêmes quel est le procédé qui donne lesmeilleurs résultats. Demander ensuite à un desenfants d’attacher une extrémité de la corde aubouton d’une porte ou à un arbre et de tendre lacorde de manière qu’elle ne touche pas le sol. IIessaiera ensuite de provoquer des ondulationsamples et faciles à distinguer en imprimant àl’extrémité de la corde un mouvement rythme dehaut en bas - pour obtenir des ondes verticales- et de droite à gauche -pour obtenir des ondeshorizontales. Un autre enfant sera invite à donnerdes coups de baguette bien rythmés sur la corde.Est-ce que les enfants voient nettement les ondes?(Pour les observer, le mieux est de se placer sur lecôté, à l’une des extrémités de la corde.) Le mou-vement ressortira mieux encore si on fixe de loinen loin sur la corde de petits morceaux de tissu de

couleurs vives. Expliquer aux enfants que, main-tenant qu’ils ont vu les ondes produites sur lacorde, il va falloir se poser la question suivante :« Comment se sont-elles produites? » On lesencouragera à avancer leurs propres théories.Cela peut servir d’introduction à la notion d’ap-port d’énergie.

2.183 Aménagement d’un bac pour l’étude de laformation des ondes surface la surface des liquides

Dans le fond d’une cuve à développement photo-graphique d’environ 30 x 45 cm, découper unefenêtre rectangulaire de façon à laisser tout autourun encadrement d’environ 2,5 cm de large. Yfixer une vitre transparente en la collant avec unmastic d’étanchéité et laisser sécher. Le bac ainsipréparé peut être utilisé de deux manieres.

A. Se procurer une boîte en carton d’environ30 x 30 x 45 cm. Découper une ouverture cir-culaire de 15 cm de diamètre au centre de l’un descôtés rectangulaires. Peindre en noir mat l’inté-rieur de la boîte. Pour avoir une source ponc-tuelle de lumière, fixer une ampoule de phared’auto avec sa douille sur un cube de bois de



7,5 cm de côté. Placer le bac sur l’ouverture cir-culaire aménagée dans la boîte et y verser del’eau jusqu’à 5 mm de profondeur environ. Fairel’obscurité dans la pièce et allumer l’ampoule(voir figure). Observer les ombres circulaires pro-jetées au plafond lorsqu’on fait tomber une goutted’eau dans l’eau du bac à l’aide d’une pipette oud’un compte-gouttes. Si le dessin de ces ombresest déformé du fait de la réflexion des ondes surles rebords du bac, on fixera sur le pourtour decelui-ci, et de manière qu’elles plongent dansl’eau, des gorges de baguettes d’encadrement deprofil incliné (ou de la mousse plastique). Si lavibration de l’ensemble du bac entraîne la forma-tion de rides parallèles à ses bords, on le poserasur une bande de caoutchouc mousse ou de feu-tre. On peut obtenir des trains d’ondes continusen plongeant dans l’eau l’extrémité d’un vibreur.Pour réaliser ce vibreur, prendre une lame descie à métaux de 30 cm et fixer à l’une de ses extré-mités, à l’aide d’une borne à vis d’appareil élec-trique ou d’un petit boulon, un morceau de gros filde cuivre. Recourber ce fil de cuivre à angle droitpar rapport au plan de la scie, et le couper à2,5 cm environ. Serrer solidement la lame, par sonmilieu, dans la pince d’un support, et la placer detelle sorte que l’extrémité du fil plonge dans l’eaudu bac. Donner un coup sec à l’autre extrémité dela lame de scie et observer les ondes produites par

le fil de cuivre. Découper une plaquette de fer-blanc en forme de T et la fixer de la même manièreà l’extrémité libre de la lame de scie : plongeantdans la cuve, elle servira à produire des ondesplanes. Coller une boulette de pâte à modeler surla lame à proximité du fil de cuivre, pour que ledispositif soit équilibré : grâce à cette précaution,on peut prolonger la vibration pendant très long-temps.

B. On peut également poser le bac sur des piedset mettre la source lumineuse au-dessus de lui.Les rides se verront plus facilement si l’on met au-dessous du bac une grande feuille de papier blancou une planchette peinte en blanc. Il faudra réglerla hauteur de la lampe pour que les ombres obte-nues soient bien nettes. La profondeur d’eauidéale est de l’ordre de 5 mm : au-dessous de3 mm, les ondes commencent à s’amortir et à sedissiper à une faible distance du point de forma-tion, mais les réflexions ne sont pas gênantes; au-dessus de 6 mm, les réflexions produites sur lesrebords du bac peuvent devenir très gênantes.Des « versants » en toile métallique donnent desréflexions multiples quoique faibles, mais ellesrisquent de gêner davantage qu’une seule réflexionforte et nette obtenue en l’absence de toile métal-lique. Si l’on peut faire l’obscurité dans la pièce,on verra d’autant plus nettement les ondes pro-duites. Sinon, utiliser de préférence une ampoulede 45 watts comme source de lumière. Pour com-mencer, demander aux élèves de mettre environ0,5 cm d’eau dans le bac et d’essayer de trouvertout ce qu’il y a à dire sur la formation des ondesqu’ils obtiendront en plongeant les doigts dansl’eau. Faire comprendre aux élèves que les des-sins « écossais » qu’on provoque en heurtant lesbords du bac sont trop compliqués pour qu’onpuisse les étudier scientifiquement, bien qu’ilssoient très jolis à regarder.

2.184 Ondes circulaires simples dans un bacProvoquer la formation d’une seule ride au centredu bac, puis en provoquer plusieurs autres ensuccession. Utiliser : a) le doigt; b) la pointe d’uncrayon ; c) une goutte d’eau donnée par uncompte-gouttes.



2.185 Ondes rectilignes simplesOn peut produire ce genre d'impulsions à l’aided’une baguette de bois cylindrique. Lui imprimerun mouvement alternatif d’avant en arrière en lafaisant rouler sur elle-même dans le bac : si onprolonge cette manoeuvre, on obtient des ondescontinues. Les ondes sont assez molles à côté dela baguette, mais elles deviennent plus nettes àmesure qu’on s’en éloigne. Si le filament de l’am-poule est disposé parallèlement à leurs crêtes,elles se dessineront plus nettement.

2.186 Réflexion des ondes sur une barrièrerectiligne

Observer ce qui se passe quand une vaguelette(impulsion) rencontre un des bords du bac. Com-parer selon qu’il s’agit : a) d’une onde circulaire;b) d’une onde rectiligne qui heurte l’obstacle defront (c’est-à-dire selon la normale); c) d’uneonde rectiligne qui rencontre l’obstacle oblique-ment (c’est-à-dire selon un angle d’incidencedifférent de la normale). Éviter de choisir un angled’incidence de 45°, car il est alors plus difficile devoir le rôle de l’angle d’incidence. Essayer avecun angle d’incidence nettement plus petit et unangle nettement plus grand.

2.187 Réflexion sur un obstacle curviligneEssayer de faire réfléchir une onde sur un obsta-cle courbe : celui-ci sera représenté par un tuyaude caoutchouc courbé approximativement enforme de parabole. Pour faciliter la courbure dutuyau et sa fixation dans le bac, on y introduiraun gros fil de cuivre avant de le courber.

2.188 Réfraction des ondesPour étudier la transmission des ondes à traversun milieu apparemment « différent », placer uneplaque de verre au centre du bac. A l’aide d’unepipette, régler le niveau de l’eau pour qu’ellerecouvre tout juste la plaque de verre. Remar-quer que la distance entre les crêtes des vagues (lalongueur d’onde) diminue lorsque celles-ci pas-sent au-dessus de la plaque. De plus, la vitesse depropagation de l’onde est moins grande en eaupeu profonde (sur la plaque) qu’en eau plus pro-fonde (sous la plaque). On peut également s’ap-

puyer sur cette expérience pour étudier la rela-tion entre la vitesse de propagation des ondes, lalongueur d’onde et le nombre d’ondes produitespar seconde (fréquence).

La manière dont s’effectue la réfraction desondes dépend de la forme de la plaque de verre et,en utilisant des plaques de formes différentes, onpourra étudier la réfraction sur une surface uni-que, ainsi que le rôle des prismes et des lentilles.

2.189 Diffraction par une ouverture étroite percéedans un obstacle

On peut observer la diffraction provoquée par unefente unique en laissant un espace de 2 cm oumoins entre deux obstacles places dans un bac àondes. Il convient de placer ces obstacles à 5 cmenviron du vibreur décrit à propos de l’expé-rience 2.183. Pour des fréquences élevées, on neverra les ondes qu’à condition d’utiliser un stro-boscope. On constatera que les ondes qui contour-nent les extrémités des obstacles sont gênantes etil faudra donc les arrêter en disposant des obsta-cles latéraux. A fréquence élevée, les obstacleseux-mêmes peuvent se mettre à vibrer, ce quientraîne des effets trompeurs : on essaiera d’em-pêcher un tel phénomène. Modifier la largeur del’espace pour montrer que la diffraction est plusréduite si l’ouverture est plus grande.

Le son

2.190 Formes des ondes sonoresLe nombre d’oscillations (ou de vibrations) com-plètes par seconde est la fréquence d’un phéno-mène vibratoire donné. Des fréquences sonoresdifférentes se combinent d’une manière analogueà celle des ondes à la surface d’un liquide.Les vagues de l’océan sont très espacées, donc debasse fréquence. Supposons qu’un petit bateau àmoteur se déplace sur ces ondes : il envoie sespropres ondes, dont la fréquence est plus élevéeque celle des ondes de l’océan. Supposons qu’il yait une petite brise : elle aussi envoie de toutespetites ondes ou vaguelettes à la surface desondes provoquées par le bateau à moteur. Habi-tuellement, ces vaguelettes auront une fréquence


2.191

2.190A Tracés des ondesde l’océanA Vague de l’océanB Vague provoquée

par un bateauc Vaguelettes

(effet de brise)D Combinaison

des trois

2.190B Tracés desondes sonoresA Note pureB Combinaison de

fréquencesdifférentes

Sciences physiques

encore plus élevée que les deux autres. Ces troisvibrations vont se combiner pour former un des-sin analogue à celui de la figure A.

De même, les ondes sonores de fréquencesdifférentes émises par des instruments différentsse combineront pour donner des tracés d’ondessonores (figure B).

2.191 Tracé donné par un diapason à branchesFixer, à l’aide de cire à cacheter, un petit morceaude fil métallique mince à l’une des branches d’undiapason. Tenir fermement le diapason par satige à l’horizontale au-dessus de la table. Fumerune petite plaque de verre à la flamme d’une lampeà pétrole ou d’une bougie. Placer ce verre enfumésous la branche du diapason munie de la pointede fil de métal recourbée de manière à toucher leverre. Faire vibrer le diapason du doigt et tirerla plaque de verre sur la table à une vitesse suffi-sante pour que le diapason y dessine une ligneondulante (voir figure).

Refaire l’expérience en faisant glisser la pla-que à des vitesses différentes et en utilisant desdiapasons différents.

2.192 Comment voir et sentir les vibrations quiproduisent les ondes sonores

Voici un certain nombre de manipulations per-mettant de mettre en évidence les vibrations qui

118

2.191 Tracé donné par la vibration d’un diapasonA Fil métallique finB Cire à cacheterc Plaque de verre enfumé posée sur une

table (le diapason vibre)D Plaque enregistreuse en mouvement

(le diapason ne vibre pas)E Ligne de baseF Plaque enregistreuse en mouvement

(le diapason vibre)

affectent des surfaces et produisent des ondessonores.1. Étirer et pincer des bracelets de caoutchouc et

les cordes d’instruments à cordes disponibles.2. Placer une règle sur le rebord d’une table en

la laissant dépasser d’environ 15 cm et la fairevibrer.

3. Poser un tambour sur une table et y éparpillerdes grains de blé ou de riz soufflé : frapper letambour et observer la danse des grains.

4. Appuyer le pouce et l’index sur le larynx etémettre un son grave : on sentira la vibrationémise par la voix.

5. Prendre un diapason par le manche et frapperle bord du pupitre avec les branches : qu'est-ce qu’on entend? Recommencer et, cette fois-ci, plonger rapidement l'extrémité des bran-


119 Mouvements ondulatoires

ches dans une casserole d’eau : Que sepasse-t-il? Le diapason en vibration projettel’eau en éclaboussures.

6. Clochette faite avec une cuiller. Couper unmètre de cordonnet de coton, tenir les extré-mites et, dans la boucle ainsi faite, suspendreen équilibre une cuiller à café. S’introduire lesextrémités du cordonnet dans les oreilles enappuyant avec le bout des doigts et se pen-cher pour que la cuiller et sa suspension sebalancent librement. Demander à quelqu’unde donner un petit coup sur la cuiller avec unepointe ou une autre cuiller : on entendra unson semblable à un son de cloche. Les ondessonores remontent le long du cordonnet jus-qu’aux oreilles.

2.193 Boîtes à conserves vibrantesA. Percer un petit trou dans le fond d’une vieilleboîte à conserves. Y faire passer une ficelle solideou du fil de pêche, dont l’extrémité sera solide-ment fixée à un crayon placé à l’intérieur de laboîte. Enduire la ficelle de résine ou de colophane.Prendre la boîte dans une main et tenir le fil bientendu entre deux doigts. Frotter la ficelle en lon-gueur avec les doigts : la boîte émet un son.Recommencer l’expérience en passant les doigtssur la ficelle à des vitesses différentes et remarquerla hauteur différente des sons obtenus.

2.196

B. On peut réaliser un téléphone rudimentaireavec deux vieilles boîtes à conserves dont les cou-vercles auront été découpés soigneusement et net-tement. Percer, dans le fond de chaque boîte, unpetit trou où l’on fera passer l’extrémité de plu-sieurs mètres de cordonnet fin joignant les deuxboîtes et fixé, à l’intérieur de celles-ci, à deux allu-mettes ou à deux crayons. Tendre fortement le filet écouter un élève parlant à l’autre bout de laligne. Les ondes sonores voyagent le long du filet atteignent le fond de la boîte, qui joue le rôle dediaphragme (ou membrane). Les vibrations decette membrane transmettent les ondes sonores àl’oreille à travers l’air. Décrire ce qui se passequand on parle dans ce téléphone.

2.194 Les ondes sonores se propagent à traversle bois

Pour montrer que les ondes sonores se propagentà travers le bois, demander à un enfant d’appuyerl’oreille à une extrémité d’une table; un autreélève donnera quelques petits coups de règle ou decrayon à l’autre bout.

2.195 Étude des matériaux qui absorbent le sonVérifier les propriétés d’absorption du son depetits morceaux de caoutchouc, d’éponge, defeutre et d’autres matériaux. A cette fin, placerl’objet à étudier sur une table de bois, puis action-ner un diapason et faire reposer le manche du dia-pason sur le matériau considéré. Actionner denouveau le diapason et placer le manche sur lebois nu : Où obtient-on le son le plus fort? Sou-mettre tous les matériaux étudiés à la mêmeépreuve.

2.196 Le son ne se propage pas dans le videPour démontrer que le son ne se propage pas dansle vide, il faut d’abord aspirer l’air contenu dansun grand bocal ou tout autre récipient approprié(bonbonne par exemple). Si l’on ne dispose pasd’une machine pneumatique ou d’une pompe àvide, on peut en improviser une à partir d’unepompe de bicyclette. Démonter la pompe et reti-rer le piston. Dévisser l’écrou qui tient les ron-delles de cuir et retourner ces rondelles pourinverser le sens de la soupape, puis les remettre en



place et remettre le piston dans le cylindre (voiraussi expérience 2.309).

Mettre une petite clochette dans le bocal oudans la bonbonne et agiter celle-ci alors qu’elleest encore pleine d’air : le son de la clochettes’entendra très clairement. A l’aide de la pompeou de la machine pneumatique, aspirer autantd’air qu’il sera possible et agiter de nouveau labouteille : Est-ce qu’on entend encore la clo-chette? Comment cela peut-il s’expliquer?

2.197 Fonctionnement de l’oreilleLes vibrations de l’air pénètrent dans l’oreille parle conduit auditif, fermé au fond de l’oreille par lamembrane du tympan. Elles mettent en mouve-ment cette membrane, qui entraîne une chaîne detrois osselets fixée à elle; elles atteignent ainsi unecavité située dans l’os et appelée l’oreille interne.

Une partie de l’oreille a la forme d’unecoquille d’escargot. C’est là que se trouve l’organequi reçoit les vibrations sonores et qui est relié aucerveau par le nerf auditif. Une autre partie del’oreille interne, qui comprend trois canaux semi-circulaires et sert à assurer l’équilibre, ne joueaucun rôle dans l’audition (voir figure).

Fonctionnement de l’oreilleA Vibration du tympanB Marteau et enclumec Nerf auditifD Oreille externeE Oreille moyenneF Oreille interne (canaux semi-circulaires), limaçon

Les vibrations sonores sont normalementtransmises au canal cochléaire (ou limaçon, àcause de sa forme) par l’intermédiaire du tympanet de la chaîne des osselets (de là, le nerf auditiffait parvenir le message jusqu’au cerveau); maisla transmission peut également s’effectuer parl’intermédiaire des os de la boîte crânienne. Nousentendons un son quand les ondes parviennent aucanal cochléaire par l’un ou l’autre de ces deuxtrajets.

Quand un son frappe nos deux oreilles, nouspouvons reconnaître la direction dont il vient :s’il vient d’en face, les vibrations atteignent enmême temps les deux oreilles et avec la mêmeforce, mais si le son se produit d’un seul côté denous, une de nos deux oreilles se trouve plus éloi-gnée de lui que l’autre, et les ondes ne l’atteignentque légèrement plus tard et avec une intensitéplus faible.

2.198 L’émission de la voixL’émission de la voix fait intervenir tout à la foisla bouche, les dents, la langue, la gorge et les pou-mons. Le son est produit par la vibration de deuxfines nappes membraneuses appelées cordes

A Cordes vocalesB Épiglottec Respiration ordinaireD Émission de voixE L a r y n x

vocales. Ces « lèvres » sont tendues en travers dela cavité sonore appelée larynx. Le larynx consti-tue la partie supérieure de la trachée-artère et se



trouve tout au fond de la gorge, à la base de lalangue. A cet endroit, une sorte de trappe cartila-gineuse appelée l’épiglotte se referme automati-quement sur le larynx quand on avale, de sorteque les aliments ne passent pas dans la trachée(voir figure). Quand les cordes vocales sont ten-dues sous l’action de certains muscles de la gorge,il n’y a plus entre elles qu’une fente étroite : c’estle passage de l’air à travers cet étroit interstice quioblige les cordes à entrer en vibration, ce quientraîne une vibration de l’air dans la trachée,les poumons et les cavités de la bouche et du nez.

La lumière

Production de la lumière

2.199 Sources utilisablesN’importe quelle petite ampoule électrique deforte puissance pourvue d’un filament court etrectiligne constituera une source de lumière defaible encombrement : les ampoules de feuxarrière des automobiles sont particulièrementindiquées. Fixer l’ampoule sur un socle isolant

Source lumineuse à basse tension

muni d’une douille adaptée au voltage employé,et protéger toutes les bornes nues contre uncontact accidentel ou un court-circuit. Si l’on abesoin d’une source presque ponctuelle (pourobtenir des ombres très nettes), placer la lampede telle sorte que le filament soit orienté « enbout », tout en évitant les ombres portées des filsqui le tiennent. Pour les expériences d’optique,les ampoules des indicateurs de direction ou deséclairages intérieurs des voitures constituerontdes sources de lumière rectilignes et à basse ten-sion particulièrement pratiques. On peut fabri-quer un support commode pour ces ampoules àbasse tension avec une plaque de contre-plaqué;des languettes de fer-blanc agrafées sur le bois, outenues par des bornes à vis, pourront assurer lecontact électrique avec les culots. On peut réaliserune source rectiligne fonctionnant sur la tensiondomestique avec un tube à incandescence nondépoli; on pourra également utiliser des ampoulesde projecteurs de vues fixes de 35 mm ou de pro-jecteurs de cinéma 8 mm ou super-8 (voir figure).

2.200 Source de rayons lumineuxCoiffer la source de lumière d’une petite boîte àconserves. Faire l’obscurité dans la pièce. Percersur tout le pourtour de la boîte des trous de 1 à2 mm de diamètre. Envoyer de la fumée autour dela boîte pour rendre visibles les rayons lumineuxqui en sortent. Faire suffisamment de trous pourqu’on puisse voir nettement d’où vient la lumièreet dans quelle direction elle va.

Réflexion de la lumière

2.201 Rayons réfléchisPrésenter un peigne à la lumière du soleil de tellesorte que les rayons solaires passent entre lesdents et tombent sur un carton blanc posé à platsur une table. Incliner le carton pour que la lon-gueur des rayons soit de plusieurs centimètres.Interposer un miroir verticalement sur le trajetdes rayons, de manière qu’il coupe les rayons endiagonale : remarquer que les rayons qui frappentce miroir sont réfléchis selon le même angle. Fairepivoter le miroir et observer le mouvement desrayons réfléchis.



2.202 Confection d’une boîte à fumée pour l’étudedes rayons lumineux

Se procurer ou fabriquer une boîte en bois d’envi-ron 30 cm de largeur sur 60 cm de longueur.Adapter des vitres sur le dessus et sur l’avant de laboîte. Laisser le fond ouvert, comme l’indique lafigure, et le munir d’un tissu noir drapé commeun rideau : ce rideau doit comporter deux pan-neaux qui doivent se superposer sur environ 10 cmau milieu de la boîte. Peindre l’intérieur de laboîte en noir mat. A peu prés à mi-hauteur d’unedes extrémités et à environ 8 à 10 cm de la faceantérieure en verre, découper une fenêtre de 10 cmde haut sur 5 cm de large : c’est par là que doiventpénétrer les rayons lumineux. Pour obturer cettefenêtre, on peut utiliser différentes sortes de cou-vercles découpés dans du carton et maintenus pardes punaises. Découper un morceau de carton, yfaire 3 trous équidistants d’environ 5 mm de dia-mètre et fixer ce carton sur la fenêtre avec despunaises. Remplir la boîte de fumée, en mettantdans une soucoupe placée dans un coin de la boîteun peu de papier en train de se consumer. Instal-ler ensuite une lampe torche ou un projecteur à1 m environ de la fenêtre. Obtenir un faisceau derayons parallèles et le diriger sur les trous de la

fenêtre : la fumée permet de voir les rayons lumi-neux à l’intérieur de la boîte (voir figure).

2.203 Étude de la réflexion régulière dans la boîte àfumée

Remplir la boîte de fumée. Envoyer le pinceaulumineux émis par la lampe torche sur les 3 trousde la fenêtre, puis placer un miroir plan à l’inté-rieur de la boîte sur le trajet des rayons et remar-

quer à quel point ceux-ci restent nets aprèsréflexion sur le miroir. Lorsque les rayons sontainsi réfléchis sans diffusion, on dit qu’il y aréflexion régulière. Déplacer le miroir pour modi-fier l’angle de réflexion (voir figure).

2.202 Boîte à fuméeA Carton blancB Environ 1 mc Couvercle et face antérieure

en verreD Rideau noir



2.204 Écriture à l'enversPour écrire à l’envers, mettre un papier carbone,côté carboné en dessus, sous une feuille de papierordinaire : si on écrit sur le papier, le carbonedonne une écriture à l’envers sur l’autre face. Lirecette écriture inversée en la plaçant devant uneglace (voir figure). Ecrire quelque chose en regar-dant l’image du papier dans la glace et y obser-vant le mouvement du crayon.

2.205 Confection d’une boîte à rayonspour l’étudedes rayons lumineux

L’appareil est constitué par les deux côtés d’uneboîte oblongue de 22 x 6 cm, assemblés, parexemple, par des tiges métalliques de 5 mm de

Une ampoule de phare d’automobile de 24 wattssous 12 volts constitue la source lumineuse. Ladouille de la lampe est tenue dans un manchon enlaiton qui s’ajuste dans le trou d’une glissière enbois formant le couvercle de la boîte. Prévoir unerainure devant la lentille pour y placer des écransou des filtres. Un carton pourvu d’une fentelaissera passer un étroit pinceau lumineux et l’onobtiendra un faisceau de rayons en utilisant unpeigne à faux-bois de peintre-décorateur. Selon leréglage de la lampe dans la glissière, on aura desrayons convergents, parallèles ou divergents. Al’aide de petits miroirs plans, de blocs de verre etde prismes on pourra réaliser toutes les expé-riences classiques. En courbant une plaque de fer-blanc, on obtiendra un miroir donnant unecourbe caustique.

Pour les manipulations portant sur les len-tilles ou sur la réfraction, il faudra enfoncerl’ampoule aussi loin que possible dans la boîteafin que la lumière ne passe pas au-dessus del’obstacle. Pour les manipulations sur le bancd’optique, on pourra utiliser comme source delumière un carton percé d’un trou placé devant lalentille et sur lequel se croiseront deux fils métal-liques.

2.205 Boîte à rayonsA LentilleB L a m p eC Rainure pour écrans

D Écrans

diamètre, de manière à constituer une boîte sans 2.206 Étude des lois de la réflexion à l’aide de lafond; à l’une de ses extrémités est placée une len- boîte à rayonstille. Pour l’utilisation, la boîte sera posée sur du Faire tenir debout un petit miroir en l’insérantpapier fixe sur une planche à dessin (voir figure). dans un bouchon où l’on aura fait une rainure, ou



encore à l’aide d’une pince à dessin. Les rayonsde lumière issus de la boîte décrite ci-dessus seprojettent sur le papier où l’on peut jalonner leurtrajet par des croix. Les rayons incidents et lesrayons réfléchis, ainsi que la normale, serontmatérialisés en joignant les croix par des traits decrayon (voir figure).

2.207 Étude de la réflexion sur un miroir concaveà l’aide de la boîte à rayons

On utilisera la boîte à rayons décrite précédem-ment. Pour réaliser un miroir concave, on peutprendre un ruban de fer-blanc ou une partie d’unmanchon ou anneau métallique. On peut mesurerdirectement la distance focale du miroir en yenvoyant un pinceau de rayons parallèles (voirfigure).

2.206 Étude de la réflexionavec la boîte à rayons

2.207 Réflexion sur unmiroir concave

2.208 Réflexion sur unesurface convexe

2.208 Réflexion sur une surface convexeSe procurer un miroir convexe, réflecteur dephare d’automobile par exemple. Étudier laréflexion à l’aide de la boîte à rayons et observerles rayons de lumière réfléchie (voir figure). Com-parer avec la réflexion sur un miroir plan et sur unmiroir concave.

Réfraction de la lumière

2.209 Étude du spectre à l’aide de la boîte à rayonsEn envoyant un pinceau de rayons parallèles surun prisme en verre, on obtiendra un spectre satis-faisant. Placer un carton percé d’une fente étroitedevant la lentille d’une boîte à rayons de lumière(voir fig. 2.205). Si l’on intercale des filtres degélatine colorés ou des écrans en plastique coloré



sur le trajet des rayons, certaines couleurs serontsupprimées. Par exemple, si l’on interpose unfiltre transparent violet, on ne verra plus surl’écran que des raies rouges et bleues (voir aussiexpériences 2.220 et 2.221).

2.210 Action du prisme sur les rayons lumineuxPlacer un prisme de verre sur le trajet d’un pin-ceau de rayons parallèles et observer la réfractiondes rayons. Faire pivoter le prisme sur son axe.

2.211 Action des lentilles sur les rayons lumineuxPrendre les verres d’une vieille paire de lunettesou les lentilles de vieux instruments d’optique, ouencore acheter des loupes ordinaires. Obturer lafenêtre d‘une boîte à fumée avec un carton noirpercé de trois trous alignés verticalement. Lestrous doivent être équidistants, mais la distanceentre les deux trous les plus éloignés doit être unpeu inférieure au diamètre de la lentille utilisée.Envoyer des rayons parallèles à l’aide d’unelampe de poche. Remplir la boîte de fumée et yplacer une lentille biconvexe sur le trajet des troisrayons lumineux de façon que le rayon centralfrappe le centre de la lentille. Observer les rayonsémis de l’autre côté de la lentille : Comment sont-ils modifiés? Recommencer l’expérience en utili-sant une lentille biconcave.

2.212 Mise en évidence de la réfraction à l’aide dela boîte à fumée

Sur la fenêtre de la boîte à fumée, fixer un cartonnoir percé d’un seul trou carré d’environ 8 mm decôté. Avec une lampe torche, envoyer un pinceaude lumière dans la boîte. Remplir d’eau unegrande bouteille prismatique et ajouter quelquesgouttes de lait ou une pincée d’amidon ou defarine pour que l’eau devienne laiteuse. Boucherla bouteille. Remplir la boîte de fumée. Placer la

bouteille perpendiculairement au rayon delumière et observer la direction prise par lalumière qui traverse l’eau. Puis donner à la bou-teille différents angles d’inclinaison et observerles modifications du trajet de la lumière (voirfigure).

2.213 La réfraction de la lumière et ses applicationsA. Plonger un bâton dans un grand bocal d’eaude manière qu’une partie du bâton reste au-dessusde la surface. Remarquer que le bâton semblebrisé à l’endroit où il pénètre dans l’eau. C’estque les rayons lumineux sont cassés ou réfractésquand ils passent de l’eau dans l’air.

B. Mettre une pièce de monnaie au fond d’unetasse vide posée sur une table. Se placer à unecertaine distance, de telle manière que le rebordde la tasse cache tout juste la pièce de monnaie.Garder le même angle de vision et demander àune autre personne de verser lentement de l’eaudans la tasse : Que remarque-t-on? Commentl’expliquer?

2.214 Trajet de la lumière dans l’eauIl s’agit ici de suivre le trajet d’un rayon lumineuxà travers une cuve remplie d’eau. Une lentilleconvergente placée à une distance convenabledevant la source lumineuse enverra des rayonsparallèles sur un écran percé d’un petit trou d’unou 2 cm de diamètre : on aura ainsi un pinceauhorizontal étroit. Il sera dirigé sur un des petitscôtés de la cuve, celle-ci étant remplie d’eau addi-tionnée d’un peu de fluorescéine ou de lait. Lesélèves observeront le pinceau de lumière par laface antérieure de la cuve. En projetant un peu defumée ou de poussière de craie dans l’air, onpourra également rendre le -rayon de lumièrevisible avant son entrée ou après sa sortie de la



cuve. Les élèves peuvent aussi regarder le rayonpar l’autre petit côté de la cuve, en suivant sontrajet pour voir s’il est rectiligne.

2.215 Réfraction de la lumièrepassant de l’air dansl’eau

Mettre quelques gouttes de lait dans un verred’eau pour la troubler. Percer un petit trou dansun rectangle de carton ou de papier noir. Exposerle verre aux rayons directs du soleil et tenir lecarton verticalement devant le verre de manièrequ’un rayon de soleil passe par le trou. Pour com-mencer, tenir le carton de telle sorte que le trousoit juste au-dessous du niveau de l’eau et obser-ver la direction prise dans l’eau par le rayon (voirfigure). Puis, soulever le carton jusqu’à ce que lerayon frappe la surface de l'eau (voir figure).

Réfraction de la lumièreA CartonB Trou au-dessus du niveau de l’eauc Trou au-dessous du niveau de l’eauD Eau laiteuse

Observer le trajet du rayon et étudier l’influencede l’angle sous lequel le rayon frappe la surfacede l’eau sur la direction de son trajet dans l’eau,

2.216 Comment « verser » de la lumièreFaire un trou près du fond d’un récipient et yadapter un bouchon. Remplir le récipient auxtrois quarts d’eau. Tenir une lampe torche dans lerécipient de sorte que toute la lumière soitenvoyée dans l’eau. Puis, en chambre noire, reti-rer le bouchon et laisser l’eau couler dans l’évier :on aura l’impression que la lumière se déversedans l’évier avec l’eau. En réalité, c’est que cer-tains rayons lumineux se réfléchissent dans tous

les sens à l’intérieur de la veine d’eau qui coule etla suivent ainsi jusqu’à l’évier. D’autres rayonssont réfractés jusqu’aux yeux des observateurs.

2.217 Image donnée par une lentille convexeObturer toutes les fenêtres d’une pièce, à l’excep-tion d’une seule. Demander à un élève de présen-ter une lentille devant cette fenêtre et de l’orienter,parallèlement à la fenêtre, en direction du paysageextérieur. Approcher lentement une feuille depapier blanc de la lentille jusqu’à ce que l’imagese forme. Que remarque-t-on en ce qui concernele sens de l’image? (Voir figure.)

A LoupeB Carton blancc Fenêtre



2.218 Mesure de l’agrandissement donné par unelentille

Orienter une loupe au-dessus de papier réglé etmettre au point. Comparer le nombre d’inter-lignes vus sur le pourtour de la lentille pour unseul interligne vu à travers celle-ci : la loupe de lafigure grossit trois fois.

2.219 Dispositif simple pour l’étude des lentillesPour réaliser un banc d’optique, il suffit de dis-poser d’une surface stable et plane, de supportspour les miroirs et les lentilles, et d’un moyen pra-tique de mesurer les distances (voir figure).

Une règle graduée posée à plat sur la tabled’expériences est l'élément de base de ce dispositifsimple. Des blocs de bois entaillés de façon às’adapter sur cette règle peuvent servir de sup-ports. Une plaque de liège ou de carton moucollée sur ces blocs permettra d’y piquer desépingles servant d’objets ou de repères. Des lan-guettes de fer-blanc vissées sur les côtés pourronttenir les lentilles. Celles-ci seront maintenues parune rainure creusée sur l’un des blocs et l’onpourra consolider la fixation à l’aide de bouts detube de caoutchouc passés autour des languettes.

On peut improviser des sources lumineuses etdes écrans en fixant aux blocs des ampoules delampes de poche et des rectangles de carton. Ilest préférable de fabriquer plusieurs exemplairesde ce dispositif, afin que les élèves puissent menereux-mêmes divers travaux sur les lentilles. Il esttrès facile de faire les rainures au ciseau aprèsavoir donné deux traits de scie dans le bois.

On peut utiliser cet appareil pour déterminerla distance focale des lentilles (distance du centreoptique de la lentille au point où des rayons lumi-

neux parallèles à l’axe convergent) et pour fairedes expériences portant sur les interférences et lad i f f r a c t i o n .

La couleur

2.220 Couleur de la lumière du jourFaire l’obscurité dans une pièce exposée au soleil.Faire un petit trou rond dans le store pour laisser



passer un mince rayon de lumière. Placer unprisme de verre sur le trajet de ce rayon et obser-ver la bande multicolore, appelée spectre, qui seprojette sur le mur opposé ou sur le plafond (voirfigure). Placer une loupe dans la lumière coloréesituée derrière le prisme, du côté opposé à lalumière solaire blanche : Quel est l’effet produitsur la bande colorée projetée sur le mur? (Voiraussi expériences 2.209 et 2.221.)

2.221 Production d’un spectre lumineux sansprisme

Exposer un bac rempli d’eau en plein soleil. Yplonger un miroir de poche rectangulaire etl’appuyer obliquement contre le rebord du bacen réglant son inclinaison jusqu’à ce qu’unebande colorée ou spectre se projette sur le mur.

2.222 Emploi de réseaux de diffraction pour desexpériences sur la couleur

On peut obtenir ce genre d’objet à très bon mar-

A Lampe à infrarougesB Lumière visiblec Solution opaque d’iode dans

du tétrachlorure de carboneD Rayons infrarouges invisiblesE Du papier noir s’enflamme

ché sous la forme de plastique transparent trèsfinement raye. On trouve aussi des réseaux dediffraction chez tous les marchands d’appareil- 2.223 Utilisation de rayons infrarougeslage scientifique. Le rôle de ces réseaux est de Les lampes spéciales qui dispensent de la chaleurdécomposer la lumière blanche pour donner des et sont utilisées pour soulager les douleurs muscu-spectres brillants. Pour obtenir un bon résultat, laires produisent des rayons infrarouges, dont lail faut employer une source de lumière très vive et longueur d’onde est supérieure à celle de laponctuelle ou linéaire, que les enfants observe- lumière visible. La figure montre comment pro-ront à travers les réseaux de diffraction. Placer un duire des rayons infrarouges et comment lestube à incandescence à filament vertical mince sur concentrer en un point à la manière des rayons dele pupitre : chacun des enfants qui regardera cette la lumière visible. La solution iodée intercepte laligne de lumière verticale à travers le réseau verra lumière visible, mais laisse passer les rayonsde magnifiques spectres colorés dont les couleurs infrarouges de plus grande longueur d’onde.seront très faciles à identifier. Les enfants trouve-ront aisément d’eux-mêmes l’ordre des couleursdans le spectre-rouge, orange, jaune, vert, bleu,indigo et violet. Le même réseau de diffractionpeut être utilisé pour observer les belles raies bril-lantes des spectres colorés donnés par la lumièredes lampes fluorescentes ou des enseignes aunéon. Ces raies brillantes sont caractéristiquesdes éléments chimiques contenus dans les gazdes tubes et servent à les reconnaître. Ce fait estexploité dans le spectroscope, l’un des instru-ments scientifiques les plus utiles. (Voir expé-rience 4.101.)

L’aptitude des rayons infrarouges à traversercette solution explique leur utilisation pour laprise de photographies aériennes par temps debrouillard et de brume.

2.224 Utilisation de la lumière ultravioletteUne source de lumière ultraviolette permet demettre en évidence des phénomènes de fluores-cence. Des sources de ce genre sont vendues parles sociétés spécialisées dans les appareils scienti-fiques, mais on peut aisément en construire unequi fasse l’affaire pour les travaux pratiques àmener en classe. Pour commencer, fixer 2 douilles


129 Mouvements ondulatoires

de lampe électrique à un socle en matière isolantequi sera fixé au fond d’une boîte en carton donton aura enlevé le couvercle. Y placer 2 ampoulesà argon émettant de l’ultraviolet (voir figure).Monter ces deux lampes en parallèle en veillantà ne pas laisser de fil à nu et faire une entaille surle côté de la boîte pour le passage du fil. Mettrela boîte la tête en bas et découper un trou dans cequi forme maintenant le dessus : c’est par ce trouqu’on fera les observations, afin d’éviter que lesyeux ne reçoivent directement la lumière ultra-violette. Attention : les rayons ultraviolets peu-vent être très dangereux pour la vue lorsqu’ilsfrappent directement les yeux. Pour observer desobjets variés à la « lumière noire », il suffira deplacer la boîte sur ces objets et de brancher leconducteur.

Faire une collection d’objets qui deviennentlumineux à la lumière ultraviolette. Certaineschaussettes, cravates, chemises, etc., portées parles enfants ont été teintes avec des teintures fluo-rescentes : les rayons ultraviolets de la lumièresolaire ordinaire leur donnent de l’éclat, maiselles deviendront également lumineuses sous laseule lumière ultraviolette si on les place dans laboîte noire, à l’éclairage de ces lampes à argon.Beaucoup de poudres détergentes utilisées actuel-lement contiennent un « aviveur » : des vêtementsblancs lavés avec ces détergents deviendrontfluorescents sous le rayonnement ultraviolet d’unelampe à argon. On utilise aussi de plus en plusdes peintures et des vernis fluorescents, et l’onpourra soumettre à l’épreuve de la boîte noiredes objets qui en ont été couverts : ils complé-teront la collection. Il existe aussi des craies fluo-rescentes qu’on pourra comparer à la craieordinaire. Enfin, certains minéraux tels que lawillemite, certaines fluorines, les opales et lessphalérites ou blendes deviendront égalementfluorescents dans la boîte à lumière ultraviolette.

2.225 Irisations sur une pellicule savonneusePréparer une solution concentrée de savon,comme pour faire des bulles de savon, et en rem-plir un récipient peu profond. Y plonger un coque-tier ou une tasse à café pour obtenir la formationd’une mince pellicule transparente de savon joi-

2.224 A Ampoules à argonB Trou d’observation

gnant les bords de la tasse ou du coquetier. Met-tre l’objet à la lumière, de manière que celle-ci seréfléchisse sur la pellicule savonneuse, et obser-ver les irisations formées. Incliner la tasse defaçon à rendre la pellicule verticale et observer leschangements produits à sa partie supérieure quidevient plus mince. Les couleurs qu’on voit surdes pellicules minces sont dues aux interférencesdes ondes lumineuses réfléchies par les deux facesde la pellicule.

2.226 Irisations sur une pellicule d’huileRemplir d’eau un récipient peu profond. Colorercette eau très fortement avec de l’encre noire.Placer le récipient près d’une fenêtre bien éclai-rée par le ciel, mais sans la mettre au soleil. Regar-der l’eau de telle sorte que la lumière du ciel seréfléchisse en direction des yeux et déposer unegoutte d’huile ou d’essence à la surface, sur lebord du récipient le plus proche de l’observateur.Celui-ci verra un magnifique arc-en-ciel s’épa-nouir en direction du rebord opposé. En soufflantsur la surface de l’eau, il verra les couleurs chan-ger.

2.227 Couleur des objets transparentsUtiliser la boîte à fumée de l’expérience 2.202.Envoyer dans la boîte un seul rayon de lumière etplacer sur son trajet une plaque de verre ou unefeuille de cellophane transparente : remarquerque le rayon lumineux qui atteint l’écran blancformant le fond de la boîte est blanc. Remplacerla plaque de verre par une plaque de verre ou unefeuille de cellophane rouges et remarquer que le



rayon lumineux envoyé sur l’écran blanc est 2.230 Mélange de lumières coloréesalors rouge (voir figure). Toutes les autres cou- Il est possible de réaliser un mélange de lumièresleurs de la lumière blanche ont été absorbées par colorées à l’aide de disques de carton peints àce filtre rouge. Faire la même expérience avec des l’aquarelle. Par exemple, faire un gros rond surfeuilles transparentes de différentes couleurs. On chaque face d’un disque de 10 cm de diamètre :observera que la couleur de ces objets est due aux le rond sera bleu d’un côté et jaune de l’autre.couleurs qu’ils transmettent, et qu’ils absorbent Suspendre le disque à des ficelles et le faire tour-les autres. ner en tordant la ficelle entre le pouce et l’index

2.228 Couleur des objets opaquesSur le mur, ou sur une feuille de papier blanc, pro-voquer la formation d’un beau spectre coloré(opérer en chambre noire). Mettre un bout detissu rouge dans la bande bleue du spectre :Quelle couleur le tissu prend-il? Le mettre dansla bande verte et dans la bande jaune : Quelledevient alors sa couleur? Le mettre dans la banderouge : Que devient sa couleur? Recommenceravec des tissus bleus, verts et jaunes. On remar-quera que tous ces tissus paraissent noirs, sauf sion les place dans la bande de lumière de la mêmecouleur qu’eux. Conclusion : les objets opaquesdoivent leur couleur à la lumière qu’ils réfléchis-sent; ils absorbent les autres couleurs du spectre.

2.229 Mélange de pigments colorésPrendre un morceau de craie bleue et un morceaude craie jaune; les écraser et les mélanger : onobtiendra du vert. Ces pigments colorés ne sontpas purs. Noter que le vert se situe sur le spectreentre le bleu et le jaune. Le jaune absorbe toutesles couleurs sauf le jaune et le vert. Le bleuabsorbe toutes les couleurs sauf le bleu et le vert.Il s’ensuit que le jaune et le bleu s’absorbent réci-proquement et que c’est du vert qui est réfléchivers l'œil.

Faire la même expérience en mélangeant lescouleurs d’une boîte de peinture.

(voir figure) : si les couleurs sont bien choisies, ledisque paraîtra presque blanc. On peut étudierd’autres mélanges de couleurs en imitant unetoupie colorée comme celles des enfants. Dessecteurs peuvent être peints alternativement enrouge et en vert : dans ce cas, le mélange de rougeet de vert réfléchi vers les yeux quand on faittourner le disque autour d’une ficelle (voirfigure) est de couleur jaune.

2.231 Transformations des couleurs sous l’effet del’éclairage

Coller sur une feuille de carton des images encouleur découpées dans une revue. D’autre part,mettre 3 cuillerées à soupe de sel dans une sou-coupe et ajouter plusieurs cuillerées à soupe d’al-cool : enflammer et laisser brûler le mélange. Lalumière produite est très vive et ne contient quedu jaune. Regarder les images dans cette lumière,en chambre noire, et observer que toutes les cou-leurs sont transformées à l’exception du jaune.


131

Mécanique

Mécanique 2.235

Équilibres

2.232 Équilibre d’une balançoire à basculeSe procurer une planche robuste d’environ 3 mde long et un chevalet ou une caisse à savon oùl’on pourra placer cette planche en équilibre pourfaire une balançoire. Si on le peut, on l’installeradans la salle de classe. Peut-être d’ailleurs unetelle balançoire existe-t-elle déjà dans la cour derécréation. Choisir deux enfants ayant le mêmepoids et les installer en équilibre à chaque extré-mité de la balançoire. Mesurer la distance entrechaque enfant et le point d’appui. Placer ensuitedeux enfants, dont l’un est plus lourd que l’au-tre, en équilibre sur la balançoire, et observer lesajustements qu’il faut faire pour qu’ils s’équili-brent. Puis demander à un enfant d’équilibrerdeux enfants placés sur le bras opposé de la bas-cule. Noter les modifications. Si l’on mesure cha-que fois la distance entre le point d’appui et l’en-fant et si on multiplie cette distance par le poidsde l’enfant, on découvre quelque chose de trèsintéressant en ce qui concerne l’équilibre.

Remarque. Quand deux enfants sont dumême côté, mesurer la distance qui séparechacun d’eux du point d’appui, multiplier par lepoids de chaque enfant et additionner les produits.

2.233 Équilibre d’une règle graduée de 1 mètreSe procurer une règle graduée de 1 m, bien lisse,et la faire reposer légèrement sur les deux index.Placer les doigts près des extrémités de la règle etles déplacer vers le milieu : Où les deux doigtsse rencontrent-ils? Placer l’index de la maindroite près d’une des extrémités de la règle et l’in-dex de la main gauche à peu près à mi-cheminentre le milieu de la règle et l’autre extrémité, etrépéter la même manoeuvre : Où les deux doigtsse rencontrent-ils cette fois-ci? Recommencer ensens inverse et placer l’index de la main gauche àl’extrémité de la règle et l’index de la main droiteà peu près à mi-chemin entre le milieu et l’autrebout : Où les deux doigts se rencontrent-ils dansce dernier cas?

Expériences sur la pesanteur

2.234 Chute simultanée de deux billesPour faire cette expérience, on utilisera 2 pincesà linge, 2 billes de roulement de même taille et1 bracelet de caoutchouc large, d’environ 8 cm delong. Enrouler la bande de caoutchouc sur l’unedes pinces à linge, dans le sens de la longueur,puis, en desserrant la pince, obliger une bille àentrer dans les mâchoires de la pince en repous-sant le caoutchouc. Prendre l’autre bille norma-lement dans l’autre pince à linge (voir figure).Tenir les deux pinces l’une contre l’autre, hori-zontalement au-dessus du sol, et avec leurs

Les billes suivent destrajectoires différentes

mâchoires dirigées vers l’avant. Les ouvrir toutesles deux en même temps : au même moment, unedes billes tombe verticalement et l’autre est pro-jetée en avant. Observer ce qui se passe en regar-dant et en écoutant attentivement. On recommen-cera l’expérience plusieurs fois à des hauteursdifférentes et avec des bracelets de caoutchoucplus tendus.

2.235 Mesure de l’accélération de billes roulantsur un plan incliné

Installer un plan incliné constitué d’une planchede 3 m de long pourvue d’une rainure où peuventrouler des billes (voir figure). On peut disposer lelong de la planche de petits « drapeaux » en fer-blanc, suspendus à des fils de fer formant pivot,et qui tinteront lorsque les billes les frapperontau passage. On peut aussi soutenir les petits« drapeaux » par des arceaux enjambant la rai-nure : ces derniers peuvent être formés en fil defer maintenu de chaque côté par de la pâte à mode-ler. Disposer les « drapeaux » à des espacements



2.235 Mouvementaccéléré de billes

réguliers de 25, 50, 75, 100 cm, etc., à partir del’extrémité de la planche et essayer d’apprécierou de chronométrer le temps qui s’écoule entre lestintements. Essayer ensuite de les disposer de tellesorte que les tintements semblent se produire àdes intervalles de temps égaux.

2.236 Pendule simpleFixer au bout d’une corde d’au moins 2 m delong un objet lourd, pierre ou petite boule demétal par exemple, et suspendre la corde dans unchambranle de porte ou à un piton fixé au pla-fond. Écarter d’un grand angle et laisser osciller.Compter le nombre d’oscillations par minute.Puis laisser osciller après avoir écarté d’un petitangle et mesurer le nombre d’oscillations parminute. Recommencer plusieurs fois la manœu-vre et relever dans chaque cas la moyenne desnombres obtenus. Est-ce que la durée de l’oscil-lation dépend de la longueur de l’arc décrit? Engardant la même longueur de pendule, remplacerl’objet utilisé comme poids par un autre et refaireles manœuvres ci-dessus. Est-ce que la durée del’oscillation change selon le corps utilisé commepoids? Recommencer les mêmes expériences enutilisant un pendule dont la longueur sera lamoitié de celle du pendule originel. Est-ce quele changement de longueur du pendule modifiela durée de l’oscillation et comment?

2.237 Pendules couplésSe procurer 2 bouteilles de jus de fruit identiques.Les remplir d’eau et les boucher solidement.Poser un manche à balai sur le dossier de 2 chai-ses et y suspendre les bouteilles en guise de pen-dules en veillant à ce que ces pendules soient demême longueur (voir figure). Retenir l’un desdeux pendules et mettre l’autre en mouvement,puis lâcher le premier à sa position d’équilibre :on verra bientôt le pendule qui se balançaitralentir et celui qui était immobile se mettre àosciller. A titre de variante, on peut suspendre lespendules à un support fixe (chambranle de portepar exemple) et relier les fils des pendules par untroisième fil attaché aux deux premiers au hui-tième environ de la longueur totale à partir duhaut.

2.238 Étude des temps de chute libre d’un corpsA. On peut étudier le mouvement d’un corps enchute libre en le fixant à l’extrémité d’un ruban depapier où seront portés des repères correspondantà des intervalles de temps égaux. Pour cela, onfera dérouler le papier entre le trembleur (ouarmature) d’une sonnette électrique et un papiercarbone (voir figure). Pour adapter la sonnette àcette intention, on enlèvera le timbre et le bat-tant, et on allongera l’armature en y soudant unepetite tige métallique d’environ 5 cm de long, per-


133 Mécanique 2.239

cée près de son extrémité d’un trou pouvant rece-voir une petite vis à tête ronde. Cette vis, placéela tête en bas, servira de marqueur. Fixer l’en-semble sur une planchette servant de socle.Fixer une autre planchette sous le marqueur poury placer un disque de papier carbone et y enfoncerdes agrafes qui guideront le déroulement du ruban.Le disque de papier carbone doit avoir environ3 cm de diamètre et pivoter librement autourd’une punaise : ainsi, le carbone sera renouvelésous le ruban à mesure que celui-ci défilera. Lesagrafes pourront être facilement confectionnéesà partir de trombones. Il sera peut-être nécessairede recourber un peu la tige prolongeant l’arma-ture pour qu’elle ne rebondisse pas sur le papier,ce qui pourrait rendre les marques irrégulières.On fera alors passer le ruban de papier dans lesagrafes et on actionnera le trembleur. Si l’onrelâche le ruban, le corps qui s’y trouve fixétombe, entraînant le papier avec lui : des mar-ques sont faites à intervalles de temps égaux surle ruban, et l’on peut mesurer les distances par-courues depuis le point de départ pendant destemps connus.

B. On peut utiliser cet appareil chronométreurpour d’autres expériences : par exemple, pourmesurer l’accélération d’un cycliste; on fixeral’extrémité du ruban à la selle du vélo. Pour obte-nir des mesures plus précises, adapter une sonnettefonctionnant sur le courant alternatif : les inter-valles de temps correspondent alors aux alter-nances du secteur.

2.239 Trajectoire d’un projectileL’appareil illustré par la figure peut servir àmontrer que les vitesses de déplacement horizon-tal et vertical d’un projectile sont indépendantesl’une de l’autre. Le projectile est une bille métal-lique et la cible est une petite boîte à conservessuspendue à un électro-aimant. Le circuit del'électro-aimant comprend deux fils dénudés fixésde part et d’autre de l’axe d’un tube de carton etparallèlement à lui; les fils dépassent l’extrémitédu tube d’environ 2,5 cm. (Pour cette partie del’appareil, on peut utiliser un vieil étui à thermo-mètre dont une extrémité est plus étroite que l’au-tre.) Placer à l’intérieur du tube une grosse billede roulement que l’étranglement du tube empê-chera de tomber. Le circuit électrique est fermépar un court fil de cuivre reposant sur les fils quidépassent. Fixer le tube à un support en le diri-geant vers la cible. Faire partir la bille en soufflantdans le tube : en franchissant l’embouchure du



tube, elle chassera le bout de fil de cuivre et pro-voquera la chute de la boîte à conserves. La billeet sa cible se rencontreront dans l’air. Répéterl’expérience en faisant varier les angles et les dis-tances.

Inertie

2.240 Étude de l’inertie d’une pierreCette expérience exige l’emploi d’une pierred’environ 1 kg. Enrouler plusieurs fois unegrosse ficelle autour de la pierre. Des deux côtésopposés de la pierre, attacher à la grosse ficelledes morceaux de ficelle plus mince de 50 cm delongueur (voir figure); cette ficelle mince doitêtre tout juste assez forte pour ne pas se cassersous le poids de la pierre. Suspendre avec précau-tion la pierre au-dessus d’une table, en prenantsoin de protéger la table au moyen d’une plan-che pour que la pierre n’y laisse pas sa marque entombant. Saisir solidement l’extrémité de laficelle qui se trouve sous la pierre et tirer dessusd’un petit coup sec : en principe, cette ficelle doitcasser et la pierre doit rester suspendue. On peutmême arriver à casser deux ou trois ficelles paral-

lèles placées sous la pierre bien que celle-ci soitretenue par une seule ficelle. C’est l’inertie de lapierre qui provoque ce phénomène.

Saisir ensuite le bout de la ficelle qui restesous la pierre et tirer dessus de façon continue :cette fois, c’est la ficelle supérieure qui casse et lapierre tombe sur la table; l’application d’uneforce continue (par opposition à un coup rapide)met la pierre en mouvement.

2.241 Étude de l’inertie de deux pendules formésde boîtes à conserves

Les boîtes à conserves (seaux à confitures)employées doivent être identiques; plus ellesseront grandes et plus l’expérience sera probante.

Une boîte sera suspendue vide, l’autre sera rem-plie de sable. La suspension doit être aussi longueque possible : si l’on peut fixer de longues ficellesau plafond, ce sera parfait. Les élèves pousserontles boîtes l’une après l’autre pour apprécier laforce nécessaire à leur mise en branle. Ils essaie-ront également de les arrêter une fois en mouve-ment.

2.242 Autres expériences sur l’inertieA. Inertie d’une pile de livres. Empiler des livresles uns sur les autres. Tirer celui qui se trouve sousla pile, d’un coup sec : Peut-on le retirer sans quela pile ne s’écroule?

B. Inertie de la terre contenue dans une pelle.Recueillir une pelletée de terre sèche, puis la pro-



jeter en avant : remarquer que, même quand lapelle interrompt son mouvement, la terre continuele sien en raison de son inertie.

Force centripète

2.243 Cas d’un liquideSe procurer un bocal à poisson rouge ou un bocalen plastique transparent. Entourer solidement legoulot d’un fil de fer auquel on attachera uneficelle (voir figure). Serrer un crochet dans lemandrin d’une chignole à main et l’attacher aumilieu de la ficelle. Mettre dans le bocal environ3 cm d’eau colorée par de l’encre. Tourner la

manivelle de la chignole pour entraîner le bocalet l’eau qu’il contient. Observer l’action de laforce centripète sur l’eau. Observer égalementl’effet de l’inertie de l’eau quand le bocal com-mence à tourner ou s’arrête.

2.244 Expérience faite avec des œufsPour faire cette expérience, il faut un œuf frais etun œuf dur. Placer les œufs chacun dans une sou-pière ou dans une assiette et les faire tourner sureux-mêmes rapidement, comme une toupie : onremarquera que l’œuf dure tourne plus longtempsque l’autre. L’inertie du fluide que ce derniercontient en arrête plus rapidement le mouvement.Pour comprendre ce qui se passe à l’intérieur del’œuf, utiliser un bocal à poisson rouge commedans l’expérience précédente. Comparer ce qui se

passe au démarrage et à l’arrêt lorsqu’on metdans le bocal de l’eau (œuf frais) ou du sable (œufdur).

2.245 Expérience faite avec un seau d’eauSe procurer un petit seau et l’emplir d’eau presqueà ras bord. Si on le fait tournoyer rapidement àbout de bras, on constate que l’eau ne se répandpas : la force centripète agit sur l’eau contenuedans le seau, et sa réaction centrifuge l’appliquecontre le fond.

2.246 La force centripèteC’est Isaac Newton qui, le premier, a émis l’idéeque le mouvement rectiligne est le plus naturel etque, lorsque la trajectoire est déviée, c’est qu’uneforce agit sur le corps en mouvement pour enmodifier la direction. Si la force qui agit sur cecorps le fait à partir d’un point central fixe, lecorps décrit une circonférence : on appelle forcecentripète la force qui l’attire vers le centre. Onpeut étudier les mouvements circulaires au moyende l’appareil représenté par la figure.

On peut mesurer la force qui engendre unmouvement circulaire pour des rayons du cercledécrit et des fréquences de révolution différents.Se procurer un morceau de tube de verre d’envi-ron 1 cm de diamètre extérieur et de 15 cm delongueur. Chauffer l’une des extrémités à laflamme d’un bec Bunsen jusqu’à ce que les bordsdu tube soient bien bordés. Faire deux tours deruban adhésif autour du tube pour pouvoir le



tenir en main sans qu’il glisse. Attacher un bou-chon de caoutchouc à deux trous à l’extrémitéd’environ 15 m de fil de nylon tressé pour lapêche à la ligne, et enfiler l’autre extrémité de cefil dans le tube. On suspendra à cette extrémitéune demi-douzaine de rondelles en fer de 1 cm.Un trombone permettra de retenir ces poids.Régler la longueur du Al pour que la distanceentre le sommet du tube et le bouchon soit de 1 m.Prendre le tube de verre à la main et lui imprimerun mouvement giratoire de faible rayon, au-dessus de la tête, de manière à faire tournoyer lebouchon de caoutchouc dans le plan horizontal :l’action de la pesanteur sur les rondelles fournitla force horizontale qui fait que le bouchon décritune circonférence. Placer une petite pince croco-dile sur la partie verticale du fil pour mettre enévidence la régularité du mouvement, et relever lafréquence de rotation nécessaire pour que le corpsen mouvement décrive une circonférence de 1 mde rayon quand on fait varier le nombre des ron-delles suspendues au bout du fil. Si l’on doublele nombre des rondelles, dans quelle proportionla fréquence est-elle modifiée? Que se passe-t-il sion réduit fortement la distance entre le tube et lebouchon?

Forces et mouvement

2.247 Action de forces égales sur des corps lourdsou légers

Tracer à la craie un trait de 50 cm sur une table etle diviser en centimètres. Se procurer un long bra-celet de caoutchouc et 5 pinces à linge à ressort.Prendre les deux bouts du bracelet de caoutchoucdans 2 pinces à linge et poser celles-ci sur la table,sur le trait de craie, de façon que le bracelet decaoutchouc suive le tracé. Étirer le bracelet decaoutchouc d’environ 15 cm et lâcher les 2 pincesà linge en même temps : on remarquera qu’ellesse rencontrent à mi-chemin (voir figure). Puisaccrocher 1 pince à linge à un bout du bracelet decaoutchouc et 2 à l’autre bout. Étirer celui-cid’environ 24 cm et lâcher les pinces à linge : Oùse rencontrent-elles cette fois-ci? Recommenceren fixant cette fois 2 pinces à linge à chaque bout

du bracelet de caoutchouc : Où se rencontrent-elles? Recommencer une nouvelle fois en mettant2 pinces à un bout et 3 à l’autre bout : Où se ren-contrent-elles? Quelle conclusion peut-on tirer decette expérience?

2.248 Expérience sur les forces et le mouvement(et la « quantité de mouvement »)

Maintenir une pince à linge ouverte en enroulantun tour de fil autour des branches les plus lon-gues; la placer au centre d’une longue table etplacer 2 crayons de taille et de poids sensiblementégaux de chaque côté de la pince et tout contre lesbranches liées ensemble. Enflammer le fil avecprécaution et observer les crayons (voir figure) :ils sont projetés dans des directions opposées avecune certaine vitesse. Recommencer l’expérienceen utilisant 2 crayons plus gros, mais toujours àpeu près égaux en dimension et en poids.

Qu’observe-t-on? Comparer les résultats avecceux de la première opération. Recommenceravec un crayon plus gros et plus lourd d’un côtéet un petit crayon plus léger de l’autre : Que voit-on? Si l’on peut se procurer des billes de métal et



des billes ordinaires, recommencer en les combi-nant entre elles de diverses manières. Quellesconclusions peut-on tirer de cette expérience?

Action et réaction

2.249 Action et réaction de pousséesLes forces agissent par paires. Si l’on exerce unepoussée contre un mur, ce mur renvoie la pousséeavec la même force. Se procurer 2 balances deménage à ressort et à plateau carré (ou 2 pèse-lettres). Appuyer les plateaux l’un contre l’autreen faisant en sorte que les cadrans soient visibles.Un élève poussera sur le socle d’un côté, tandisque le maître poussera le socle de l’autre balance :on remarquera que l’indication donnée par les2 aiguilles est la même, même si le maître pousseplus fort que l’élève. (Voir aussi expériences 4.102et 4.103.)

2.250 Action et réaction de forces de tractionSe procurer 2 balances de ménage à ressort (ou2 pesons à ressort ou dynamomètres). Faire uneboucle à chaque extrémité d’une corde assezcourte et y fixer des pesons. Deux élèves tirerontsur ceux-ci en sens contraire. Noter les indicationsdonnées par les aiguilles et les comparer.

2.251 Action et réaction pour un modèIe réduit debateau à voile

Placer à bord d’un petit modèle de bateau à voileun ventilateur à pile et le faire souffler dans lavoile. Comparer ce qui se passe si l’on place leventilateur sur la rive et soufflant aussi en direc-tion de la voile.

Machines

2.252 Trois sortes de leviersA. Scier un bâton ou une planche à la hauteurd’un meuble lourd, pupitre ou table de la classe.Appuyer sur son extrémité un autre bâton d’à peuprès la même longueur et s’en servir comme d’unlevier pour soulever le pupitre ou la table (voirfigure). Remarquer que l’extrémité du bras de

levier le plus long décrit un trajet plus long quecelle du bras le plus court. L’énergie dépenséereste la même, mais la force exercée à l’extrémité

Levier

la plus courte est beaucoup plus grande que laforce utilisée pour déplacer le bras le plus long.

B. Se procurer une règle d’environ 1 m de long,4 cm de large et 5 mm d’épaisseur. Y percer untrou au centre de la largeur et près d’une desextrémités. D’autre part, fixer 2 montants dans unsocle de bois et y percer 2 trous à environ 12 cmdu socle (voir figure). Insérer le levier constituépar la règle entre ces deux montants et passer une

Levier d’une deuxième sorte



pointe dans les 3 trous en regard pour que le levierpivote sur elle. Accrocher des poids le long de larègle et, à l’aide d’un peson à ressort ou dyna-momètre, mesurer la force qu’il faut appliquerpour soulever l’extrémité de la règle.

C. Pour réaliser un levier d’une troisième sorte,intervertir le poids et le peson (voir figure). Com-parer les résultats obtenus avec les précédents.Quels sont les avantages et les inconvénients destrois sortes de leviers?

solidement une ficelle autour de l’extrémité del’axe. Attacher 2 ou 3 livres ou un poids de plu-sieurs kilogrammes à l’extrémité de la ficelle. Onconstatera en tournant la manivelle que la forcenécessaire pour soulever ainsi les livres ou le poidsest bien inférieure à celle que la pesanteur exercesur eux. Montrer que le taille-crayon fonctionnedans cette expérience comme un treuil (voirfigure). Faire un schéma représentant les forcesmises en jeu. Ce dispositif ressemble-t-il à l’undes genres de leviers décrits dans l’expérienceprécédente?

2.254 Poulie rudimentaireUn cintre à vêtement en fil de fer et une bobine defil suffisent pour réaliser une poulie à peu prèsconvenable. Couper les deux branches du cintre

Levier d’une troisième sorte

2.253 Treuil de réalisation simpleRetirer le capot d’un taille-crayon de table et fixer

à environ 20 cm du crochet et recourber les extré-mités à angle droit pour les enfiler dans les trousde la bobine. Régler la position des branches pourque la bobine tourne librement et courber leursdeux extrémités pour qu’elles ne s’écartent pas(voir figure).

2.255 Poulie fixeInstaller une poulie fixe comme l’indique la figure.En suspendant des poids en A, trouver quelle estla force requise pour soulever des poids de 25, 50,75, 100 et 200 g suspendus successivement en B.Mesurer le déplacement du point d’applicationde la force motrice (en A) pour déplacer de 20 cmle point d’application de la force résistante (lepoids de l’objet suspendu en B).



2.256 Poulie mobileSuspendre 2 poulies à une corde fixée à un sup-port horizontal et y accrocher des charges commel’indique la figure : une des poulies sera mobile.A défaut d’un support adéquat sur la tabled’expériences, on peut utiliser un manche à balaiposé sur deux chaises. Attacher un peson àressort, ou dynamomètre, à l’extrémité de la

courues par le point d’application de cette forceet par la charge soulevée.

2.257 Plans inclinésA. Attacher à un dynamomètre une automobileen miniature suffisamment lourde ou un patin àroulettes, et hisser l’objet le long d’une plancheinclinée (plan incliné). Lire la force nécessairepour déplacer l’automobile et la comparer avec laforce nécessaire pour la soulever verticalement.Remarquer aussi que, lorsque l’ascension s’effec-tue sur le plan incliné, la force s’exerce sur uneplus longue distance que si l’on soulève l’objet àla même hauteur verticalement. Abstraction faite

corde et comparer le poids de l’objet à la force du frottement, le travail nécessaire est le mêmenécessaire pour le soulever grâce au système de dans les deux cas. Montrer qu’il en est de mêmepoulies. Comparer egalement les distances par- pour d’autres machines simples (voir figure).



B. Découper un triangle rectangle dans unefeuille de papier blanc ou de papier d’emballage.Le grand côté de l’angle droit mesurera environ30 cm et le petit environ 15 cm. Se procurer unebaguette ronde de quelque 20 cm de long et yenrouler le triangle de papier en commençant parle petit côté et en terminant par la pointe dutriangle; veiller à ce que le grand côté de l’angledroit du triangle reste bien au même niveau par

rapport à la baguette. Remarquer que le planincliné (l’hypoténuse) s’enroule en spirale autourde la baguette à la manière d’un pas de vis (voirfigure).

C. Percer dans un bloc de bois un trou pouvantrecevoir un gros boulon à tête ronde et fileté surpresque toute sa longueur. Enfoncer la tête duboulon dans le trou de manière qu’elle ne dépassepas et clouer une petite planche par-dessus. Sur lefiletage qui dépasse, mettre un écrou, puis unerondelle et un petit bout de tuyau métallique : lediamètre intérieur du tuyau doit être légèrementsupérieur au diamètre du boulon. Si l’on faittourner l’écrou à l’aide d’une clé, ce dispositiffonctionne comme un cric puissant (voir figure).

2.258 Entraînement à courroie élémentairePiquer deux longues pointes dans un bloc de boiset y enfiler 2 bobines de taille inégale : les bobinestourneront sur ces axes. Passer un bracelet decaoutchouc sur les 2 bobines. Faire tourner laplus grosse bobine sur elle-même une seule fois etvoir si la plus petite fait un tour complet, ou plusd’un tour, ou moins. Dans quel sens cette petitebobine tourne-t-elle? Recommencer en faisant

croiser le bracelet de caoutchouc et observer cequi se passe (voir figure). Faire une liste d’appa-reils entraînés par des courroies.

2.259 Étude du fonctionnement des engrenagesd’une bicyclette

Mettre un vélo la tête en bas; le faire reposer surson guidon et sur sa selle. Donner exactement untour de pédale et compter le nombre de tourseffectués par la roue arrière.

2.260 Engrenages élémentairesA l’aide d’un marteau et d’une pointe de grosseurmoyenne, percer des trous exactement au centre



de quelques capsules de bouteilles. Redresser lesbords des capsules pour les rendre aussi ronds quepossible. Mettre 2 de ces capsules sur unepetite planchette de façon qu’il y ait interpénétra-tion des dents; fixer ensuite les capsules par dessemences de tapissier, mais en veillant à ce qu’ellestournent encore librement. Faire tourner l’unedes capsules et observer dans quel sens l’autretourne. Introduire une troisième capsule dans ledispositif et observer le sens de rotation des uneset des autres (voir figure).

2.261 Réduction du frottement à l’aide de crayonsPlacer des crayons ronds en manière de rouleauxsous une caisse lourde. Attacher une ficelle à cettecaisse et trouver la force nécessaire pour la dépla-cer sur une table. Trouver la force nécessaire pour

la déplacer sans les rouleaux. Récapituler lesrésultats et chercher l’explication (voir figure).

2.262 Réduction du frottement à l’aide de rouesRecommencer l’expérience précédente en utili-sant, au lieu de rouleaux, un dispositif à roues(par exemple un ou plusieurs patins à roulettes).Citer quelques avantages des roues par rapportaux rouleaux lorsqu’il s’agit de faciliter desdéplacements.

2.264 Réduction du frottement à l’aide deroulements à billes

Chercher 2 boîtes de métal dont le pourtour ducouvercle présente une gorge assez profonde(boîtes de peinture par exemple). Mettre des billesdans la gorge d’une boîte et renverser l’autre sur

la première : on obtient ainsi un roulement àbilles. Poser un livre sur l’ensemble et remarqueravec quelle facilité ce modèle de roulement tourne.Si l’on huile les billes, la rotation est encore plusfacile (voir figure).

2.265 Réduction du frottement par un coussin d’airDécouper un disque de carton d'environ 10 cmde diamètre; faire un trou au centre avec uneépingle chauffée au rouge. Couper en deux, trans-versalement, une petite bobine de fil et coller unemoitié, par sa base, sur le centre du disque.Prendre une baguette de bambou ou tout autretube pouvant s’ajuster dans le trou de la bobine.

2.263 Réduction du frottement grâce à de l’huilePlacer 2 vitres côte à côte et mettre sur l’uned’elles quelques gouttes d'huile. Demander auxélèves de faire un mouvement de va-et-vient avecle doigt sur la vitre non huilée, sur puis la vitrehuilée : Quelle est la différence?



Coiffer cette baguette creuse d’un petit ballon debaudruche qu’on assujettira solidement avec dufil ou un bracelet de caoutchouc (voir figure).Gonfler le ballon, en pincer le col et enfoncer letuyau dans la bobine. Poser le disque sur la tableet laisser l’air sortir du ballon : l’air sous pressionqui sortira du ballon par le trou percé dans ledisque soulèvera le carton; si on donne une Chi-.quenaude à celui-ci, il glissera rapidement jus-qu’au bout de la table presque sans le moindrefrottement. Cette expérience illustre le principedes hydroglisseurs ou aéroglisseurs.

2.266 L’héliceBien que la plupart des avions soient aujourd’huides avions à réaction, l’hélice a rendu de grandsservices à l’aviation et les navires utilisent tou-jours des hélices. Le dispositif décrit ci-dessouspeut aider à en faire comprendre le principe.

On peut fabriquer les pales à partir d’un cou-vercle de boîte à conserves (voir figure a). Laseule précaution à prendre est de bien ébarber ouenrouler les bords extérieurs, pour éviter de secouper ultérieurement. Dessiner soigneusementles 3 pales sur le couvercle. Découper d’abordselon le tracé en trait plein, puis selon le tracé enpointillé, et enlever les petits secteurs, en ne lais-sant que 3 lames. La meilleure manière de procé-der consiste à placer le couvercle sur un billotpour le découper avec un vieux ciseau. Avant derecourber les pales, percer au centre 2 trous de5 mm de diamètre, distants de 5 mm, et enlever lapetite languette de métal qui les sépare pour obte-nir une petite fente.

Il faut ensuite une tige hélicoïdale de métald’environ 1 cm de diamètre et de 25 cm de long,qui s’insérera dans cette fente; mais une telle tigepeut être difficile à trouver et il faudra peut-être secontenter d’un double fil de fer fort (voir figure b).Pour tordre le fil, plier en deux un morceau de filde fer de 60 cm, en formant à l’extrémité unegrande boucle; passer la tige B dans cette boucleet serrer ensemble les extrémités libres du fil de fer

a b C d

dans un étau, puis tordre ce fil double de manièreà obtenir une torsion régulière sur toute la lon-gueur à un angle d’environ 20° par rapport àl’axe. Il sera peut-être nécessaire de limer la fentede l’hélice pour que celle-ci monte et descendelibrement en tournant autour de la torsade.

Pour terminer, se procurer un petit morceau detuyau pouvant glisser à frottement doux le longde la torsade : on peut en faire un en enroulant dufer-blanc. L’angle de relèvement des pales doitévidemment être prévu pour que l’hélice s’élèvequand on la pousse, en la faisant tourner, jusqu’àlafaire quitter le fil. Cet assemblage comporte donctrois parties : le fil, qui doit être tenu verticale-ment; le tube de fer-blanc, qui doit reposer sur laboucle à l’extrémité du fil torsadé; et l’hélice elle-même, qui doit reposer sur le tube de fer-blanc,comme on peut le voir en c. Pour lancer cette sou-coupe volante, tenir d’une main l’appareil immo-bile au-dessus de la tête en le prenant par le tubede fer-blanc et, de l’autre, tirer fortement le fil defer torsadé vers le bas. Étant donné qu’il s’agitd’un dispositif qui se construit en peu de temps,on aura peut-être envie d’essayer des pales d’incli-naisons différentes, ou des hélices avec plus oumoins de pales - de 2 à 6 - pour essayer d’en-voyer l’hélice le plus haut possible. Ces expérien-ces sont à faire en plein air. On découpera facile-ment dans de la tôle des hélices comme celle quemontre la figure d : avec un dispositif d’entraîne-ment (moteur) en caoutchouc, c’est ce genre d’hé-lices qu’on trouve souvent sur les modèles réduitsd’avions ou de bateaux.


143 Mécanique des fluides 2.273

Mécanique des fluides

Pressions dans un liquide

2.267 Différence entre force et pressionPréparer 2 blocs de bois carrés, l’un beaucoupplus petit que l’autre et les assembler comme l’in-dique la figure. Enfoncer l’une et l’autre face suc-cessivement dans une motte de terre glaise ou depâte à modeler en exerçant la même force danschaque cas : la différence de profondeur des creuxcorrespond à la différence des pressions (voirfigure).

2.268 Les liquides exercent des pressionsRelier 2 tubes de verre de 15 cm ou 2 chalumeauxpour boire les boissons fraîches à l’aide d’uncourt tuyau de caoutchouc et les fixer sur uneplanchette maintenue à la verticale, comme le

montre la figure. Mettre dans les tubes un peud’eau colorée sur une hauteur de 6 à 8 cm. L’appa-reil servira de manomètre ou indicateur de pres-sion. Fixer un morceau de caoutchouc fin trèsbien tendu sur un petit entonnoir, en l’assujetis-sant avec du fil ou de la ficelle. Relier l’entonnoir

au manomètre par un tube en caoutchouc de30 cm. Plonger l’entonnoir dans un seau d’eau etobserver les déplacements des niveaux du liquidedans le manomètre quand on enfonce l’entonnoir.

2.269 La pression de l’eau varie en fonction de laprofondeur

Remplir d’eau un grand bocal ou un seau. Al’aide de l’appareil construit pour l’expérienceprécédente (manomètre et entonnoir), mesurer lapression juste au-dessous du niveau de l’eau, puistout au fond du récipient : Comment la pressionvarie-t-elle selon la profondeur?

2.270 La pression varie selon la nature du liquidePrendre 2 bocaux en verre qui puissent recevoirl’entonnoir utilisé pour les deux expériences pré-cédentes. Verser, dans le premier, de l’eau et, dansle second, un liquide moins dense, de l’alcool parexemple, de manière à avoir la même profondeurde liquide dans les 2 bocaux. Mesurer la pressionau fond du bocal d’eau et mesurer la pression aufond du bocal d’alcool, et comparer.

2.271 Pression de l’eau dans un récipient largeUtiliser le manomètre à entonnoir des expériencesprécédentes. Prendre un petit bocal de petit dia-mètre et un bocal de plus grand diamètre; y met-tre de l’eau jusqu’à la même hauteur. Mesurer lapression au fond de chaque bocal, et comparer.

2.272 La pression exercée par l’eau est la mêmedans toutes les directions

A l’aide d’un clou, percer des trous sur la paroid’une boîte à conserves, près du fond, et les recou-vrir d’un ruban adhésif. Remplir la boîte d’eau etla tenir au-dessus d’un évier. Enlever alors leruban adhésif. Comparer la portée des différentsjets d’eau qui jaillissent de la boîte.

2.273 Vases communicantsPrendre plusieurs bouteilles en plastique de for-mes différentes, mais de hauteurs sensiblementégales, et découper le fond ou y percer un trou.



Adapter sur leur goulot des bouchons munis detubes de verre, et relier les bouteilles comme L’in-dique la figure. Remplir presque à ras bord lesbouteilles d’eau colorée. Cette expérience montreque, dans un liquide donné, la pression est indé-pendante de la forme ou du volume du récipientet ne dépend que de la profondeur.

2.274 La pression de l’eau peut soulever de lourdescharges

Se procurer une bouillotte en caoutchouc; y adap-ter un bouchon de caoutchouc traversé par uncourt tube de verre bien serré dans le bouchon.Faire un trou au fond d’une boîte à conserves ety adapter un bouchon de caoutchouc percé d’untrou où l’on introduira un court tube de verre.Relier la bouillotte et la boîte à conserves par untuyau de caoutchouc d’au moins 1,25 m de long- il est recommandé de consolider la fixation autube sortant de la bouillotte par du fil de fer. Rem-plir d’eau la bouillotte, le tuyau et la boîte àconserves. Poser la bouillotte sur le sol: poser

une planche dessus, et, sur cette planche, deslivres ou d’autres objets pesants (voir figure). Sou-lever la boîte à conserves à une certaine hauteuret observer ce qui se passe. Déterminer quelle est lacharge la plus forte que l’on puisse ainsi souleveren élevant la boîte au-dessus du sol aussi hautque le permet la longueur du tuyau.

2.275 L’eau n’est pas compressibleA. Adapter un bouchon en caoutchouc à untrou sur le goulot d’une bouteille de soda etenfoncer dans le bouchon le tube de verre d’uncompte-gouttes, pointe en l’air. Remplir labouteille d’eau jusqu’en haut. Serrer le bouchonpour que l’eau monte un peu dans le compte-gouttes, Prendre alors la bouteille à la main etappuyer sur le bouchon de toutes ses forces :l’eau n’étant pas compressible, elle s’élèveradans le tuyau du compte-gouttes. Est-il possibled’appuyer suffisamment pour faire jaillir l’eau dutube?

B. Remplir d’eau un flacon pharmaceutique et yenfoncer solidement un bouchon de bonne qua-lité. Donner un bon coup de marteau sur le bou-chon : la bouteille éclate. Attention : envelopperla bouteille d’un torchon pour éviter de recevoirles éclats de verre.

2.276 Modèle réduit d’ascenseur hydrauliqueCertains monte-charge ou ascenseurs sont action-nés par la pression de l’eau. On peut en réaliser unmodèle réduit avec une pompe à main pourpneus d’automobile. Relier le raccord de lapompe à l’une des extrémités d’un tuyau de caout-chouc en ligaturant les joints pour qu’ils nelâchent pas. Brancher ensuite l’autre extrémitédu tuyau sur un robinet d’eau, en ligaturant éga-lement le joint. Faire asseoir un des élèves enéquilibre stable sur la poignée de la pompe.Ouvrir lentement le robinet et voir si la pressionde l’eau soulève l’élève.

2.277 Modèle réduit de bélier hydrauliqueOn utilise parfois des béliers hydrauliques pourélever de l’eau d’un niveau à un autre plus élève.Ces béliers sont actionnés par une circulation



d’eau. On peut réaliser un modèle réduit de bélierhydraulique en procédant comme suit. Se procu-rer une bouteille en plastique dont on aura retiréle fond; adapter au goulot un bouchon de caout-chouc à un trou muni d’une courte tubulure enverre. Relier ce tube à un tube de verre ou demétal en T muni, d’un côté, d’un tuyau de caout-chouc et, au milieu, d’un tube de verre effilérelié à lui par un tuyau de caoutchouc, comme lemontre la figure. Remplir la bouteille d’eau enpinçant le tuyau terminal. Laisser ensuite l’eau

couler par l’extrémité du tuyau, puis interromprebrusquement l’écoulement en pinçant fortementle tuyau : observer la hauteur à laquelle montel’eau qui jaillit par le tube effilé. Répéter plu-sieurs fois la manœuvre, en laissant alternati-vement l’eaucouler puis jaillir : on a ainsi unbélier hydraulique en miniature.

2.278 Modèles réduits de roues à aubesIl est possible de fabriquer des modèles réduits deroues à aubes (roues de moulins) à partir devieilles bobines vides de rubans de machines à

écrire ou de bobines de sparadrap. Les aubes oupales seront découpées dans du fer-blanc selon lemodèle donné par la figure, et soudées à la partieétranglée de la bobine. Comme axe, on pourrautiliser une petite broche à rôtir ou une aiguille àtricoter. L’eau qui s’écoule d’un robinet ouencore l’eau amenée d’un bassin par l’intermé-diaire d’une gouttière en zinc fournira l’énergiehydraulique. On peut également fabriquer uneroue à l’aide d’une bobine de fil à coudre ou d’unbouchon, en y faisant des encoches longitudi-nales, comme le montre la figure, et en y ajustantdes plaquettes de bois ou de fer-blanc rectangu-laires qui feront fonction de pales.

Poussée de bas en haut dans les liquides

2.279 Poussée d’ArchimèdeSe procurer une boîte métallique dont le couver-cle ferme hermétiquement (boîte à café en pou-dre, à lait en poudre, à cigarettes, etc.). Plongerla boîte fermée, le couvercle tourné vers le bas,dans un seau d’eau, et la lâcher brusquement.Recommencer en la tenant dans des positions

différentes : Que remarque-t-on? Y a-t-il unepoussée verticale qui soulève la boîte? Mettreun peu d’eau dans la boîte et recommencer l’ex-périence. Continuer, en ajoutant’ un peu plusd’eau à chaque fois, jusqu’à ce que la boîte cesse



de flotter. Remplir la boîte d’eau et remettre lecouvercle. Entourer la boîte d’un double tour deficelle et fixer un grand bracelet de caoutchoucà l’autre bout de la ficelle. Soulever la boîte parl’élastique et observer l’étirement du caoutchouc,la boîte étant dans l’air; plonger ensuite la boîtedans un seau d’eau et noter aussi l’allongement :Comment expliquer la différence?

2.280 Le LudionPrendre un bocal de verre assez haut et à largegoulot. Enlever le capuchon de caoutchouc d’uncompte-gouttes et entourer son collet de quelquestours de fil de cuivre. Remplir le bocal d’eau, àras bord. Mettre un peu d’eau dans le petitcapuchon de caoutchouc et le faire flotter dans lebocal d’eau. Mettre suffisamment d’eau dans lecaoutchouc pour qu’il s’enfonce presque complè-tement : cela demandera un réglage assez long;il conviendra de faire sortir de l’air du caoutchoucbulle après bulle, en pressant délicatement. Unefois le « plongeur » - appelé ludion - réglé,bien boucher le bocal avec un bon bouchon ou lefermer avec du caoutchouc découpé dans unevieille chambre à air. Quand on appuie sur lebouchon ou sur la membrane, le ludion s’enfon-ce. Quand on relâche la pression, il remonte àla surface. Si le flotteur est un petit tube à essaien verre ou un petit flacon pharmaceutique, onpeut expliquer ses déplacements en observant leniveau de l’eau à l’intérieur du ludion quand ils’enfonce et quand il remonte.

2.281 Corps plongés dans un liquidePour cette expérience, il faudra disposer d’unréservoir à trop-plein (« vase à déversement »),d’une pierre pouvant y pénétrer et d’un récipientcollecteur fait d’une vieille boîte à conserves.Remplir d’eau le réservoir à trop-plein jusqu’auniveau du bec. Attacher une ficelle à la pierre etpeser celle-ci en l’accrochant à un peson à ressort.Peser le récipient collecteur et le placer sous lebec du réservoir de façon que l’eau déplacée parla pierre puisse s’y déverser (voir figure). Immer-ger la pierre dans l’eau et lire son poids : Est-il lemême que lorsqu’elle était dans l’air? Trouver lepoids de l’eau déplacée en retranchant le poidsdu récipient collecteur du poids total du récipientet de l’eau recueillie : faire la comparaison avec ladiminution apparente du poids de la pierre.Refaire l’expérience avec d’autres corps plongésdans le liquide.

2.282 Corps flottantsRemplir d’eau un vase à déversement jusqu’à cequ’il déborde et laisser l’eau s’écouler jusqu’à cequ’elle soit juste au niveau du bec. Prendre unmorceau de bois qui flottera dans le vase en s’en-fonçant à moitié ou davantage. Peser ce morceaude bois à l’aide d’un peson à ressort. Peser égale-ment le récipient collecteur, puis le placer sous letrop-plein. Mettre le morceau de bois dans le vase



et relever le poids indiqué par le peson. Trouverle poids de l’eau déplacée en retranchant le poidsdu récipient collecteur du poids total de l’eauet du récipient. Comparer avec la diminutionapparente de poids du morceau de bois. Refairel’expérience avec d’autres corps flottants.

2.283 Expérience de la bougie flottanteEnfoncer, à la base d’une bougie, un clou dontle poids sera choisi de telle sorte que, si l’on faitflotter la bougie dans l’eau d’un grand verre, lapartie supérieure de la bougie dépasse un peu dela surface de l’eau. Allumer la bougie et l’observerjusqu’à ce qu’elle soit presque totalement consu-mée. En brûlant, la bougie perd du poids : Pour-quoi continue-t-elle à flotter?

2.284 Flottabilité de diverses essences de boisSe procurer un bouchon de liège et des morceaux

A BouchonB Érablec AcajouD Ébène

fournir? Rapprocher cela du fait que les naviresenfoncent moins dans l’eau de mer que dansl’eau douce.

2.286 Comment faire un densimètre avec une pailleSe procurer une paille solide - soit une paillenaturelle, soit un chalumeau pour boire les bois-sons fraîches - de 20 cm environ. Si elle ne tientpas l’eau, la plonger dans de la bougie fondue etlaisser sécher. Sceller une de ses extrémités avecde la cire et y introduire du petit plomb de chasseou du sable fin jusqu’à ce qu’elle flotte sur l’eauen position verticale. Puis y laisser tomber unegoutte de cire fondue pour maintenir le plomb oule sable en place. Entourer la paille d’une petitebague de caoutchouc ou de fil noir pouvant cou-lisser le long de la paille et servir d’index. Faireune marque sur la paille au niveau de l’eau, puisla sortir de l’eau et mesurer la distance entrel’extrémité inférieure de la paille et le niveau del’eau. Soit x cette distance en centimètres. Admet-tons que la densité relative de l’eau est 1 et que lechalumeau a la même section sur toute sa lon-gueur. Dans ces conditions, on peut porter unegraduation sur la paille pour mesurer les densitésrelatives de liquides différents (en allant de 0,6à 1,2 par exemple) en appliquant la formule :Distance entre le niveau du liquide et l’extrémité

de bois de différentes essences : érable, acajou,ébène par exemple (voir figure). Les mettre dans inférieure de la paille = Densi .é

xrelat ive

un récipient rempli d’eau et observer comment ils du liquideflottent. Quelles explications peut-on fournir?

2.287 Flottabilité dans des liquides différents2.285 Expérience de l’œuf flottant Se procurer un bocal haut et étroit, ou une éprou-Mettre un œuf dans un verre d’eau douce et obser- vette, ou une bouteille, ainsi que les liquides sui-ver; mettre du sel dans l’eau et voir si l’œuf peut vants : mercure, tétrachlorure de carbone, eau etflotter (voir figure). Quelles explications peut-on kérosène (pétrole ordinaire). II faut également



A Bouchon de liègeB Paraffine Ec Ébène BD Fer ou acier FE Pétrole ordinaire cF Eau GG Tétrachlorure D

de carboneH Mercure

une petite boule d’acier ou de fer (bille de roule-ments, par exemple) ou un écrou ou boulon enfer; un petit morceau d’ébène ou d’un autre boisqui ne flotte pas sur l’eau; un morceau de paraf-fine; un bouchon de liège. Superposer dans lebocal du mercure, du tétrachlorure de carbone,de l’eau et du pétrole. Y laisser tomber les quatrecorps solides; on pourra constater que le fers’enfonce dans les trois premiers liquides, maisflotte sur le mercure, que l’ébène s’enfonce dansl’eau et dans le pétrole, mais flotte sur le tétra-chlorure de carbone, que la paraffine s’enfoncedans le pétrole, mais flotte sur l’eau, et que lebouchon de liège flotte sur le pétrole.

2.288 Comment un sous-marin plonge et faitsurface

Mettre des morceaux de fer ou des cailloux aufond d’une petite bouteille à large goulot et verser

dessus un peu de paraffine fondue pour les fixer detelle sorte que la bouteille flotte en position ver-ticale. La boucher avec un bouchon de caout-chouc à deux trous. Dans l’un des trous, enfoncer

une tubulure de verre en U dont une branche irajusqu’au fond de la bouteille. Dans l’autre, intro-duire une courte tubulure en verre prolongée parun tuyau en caoutchouc. Placer la bouteille dansun grand récipient rempli d’eau. Vider une partiede l’air qu’elle contient en aspirant par le tuyaude caoutchouc : de l’eau sera aspirée dans labouteille par le siphon et la bouteille s’enfoncera.On peut la faire remonter à la surface en soufflantpour refouler une partie de l’eau qu’elle contient.

II ne serait pas pratique d’utiliser de l’aircomprimé pour vider les ballasts d’un sous-marinen plongée; c’est pourquoi les mécaniciens dessous-marins s’arrangent pour que la densitémoyenne du submersible soit telle qu’il flotte enéquilibre entre deux eaux : la plongée et laremontée s’effectuent grâce au gouvernail de pro-fondeur. Mais, pour maintenir le sous-marin ensurface, on expulse l’eau des ballasts en utilisantl’air libre extérieur.

Le dispositif ci-dessous illustre également leprincipe de fonctionnement des caissons ou pon-tons utilisés pour renflouer les navires. Pour lemettre en évidence, attacher un poids à la bou-teille, laisser couler l’ensemble au fond du grandrécipient, puis insuffler de l’air dans la bouteillepour faire remonter la charge.

2.289 Pourquoi un corps flotte ou couleFabriquer un petit bateau avec un morceau defeuille de plomb, d’étain ou d’aluminium et lefaire flotter sur l’eau d’une casserole; puis en faireune petite boulette en le roulant dans les doigts,et essayer de le faire flotter. Que remarque-t-on?Quelle est l’explication la plus satisfaisante de cephénomène?

Tension superficielle

2.290 Action du savon sur la tension superficiellePrendre une grande assiette et la laver soigneuse-ment jusqu’à ce qu’elle soit bien propre, puis laremplir d’eau froide et la laisser un moment surla table pour que l’eau qu’elle contient soit par-faitement au repos. Saupoudrer la surface de l’eaud’une petite quantité de talc. Mouiller un mor-



ceau de savon et lui faire toucher la surface del’eau près du bord de l’assiette : aussitôt, la pou-dre de talc sera repoussée vers l’autre bord del’assiette. Le savon a réduit la tension superficiellesur un point tandis que la tension superficielleaugmentait de l’autre côté et faisait contracter lasurface, entraînant ainsi la poudre de talc. On peutfaire une expérience analogue en utilisant de lafleur de soufre au lieu de talc et un détergentliquide de synthèse au lieu de savon. Si le récipientest en verre, on peut le placer sur un rétroprojec-teur et faire apparaître l’image sur un écran.

2.291 Une aiguille peut flotter sur l’eauSe procurer une aiguille en acier et la sécher soi-gneusement. La poser sur les dents d’une four-chette et plonger délicatement la fourchette dansl’eau. Si l’on retire la fourchette avec beaucoupde précaution, l’aiguille flotte. Observer attenti-vement la surface de l’eau. Peut-on voir que lapellicule superficielle semble s’incurver sous lepoids de l’aiguille?

2.292 Faire flotter une lame de rasoirSe procurer une lame de rasoir à double tran-chant; essayer de la faire flotter à la surface del’eau. Observer la surface de celle-ci pour voir sila pellicule superficielle est déprimée par la lame.

2.293 Comment soulever la surface de l’eauFaire une sorte de crochet en courbant la pointed’une épingle ou l’extrémité d’un fil de fer fin.Aiguiser la pointe du crochet à la lime : elle doitêtre très affilée. Tenir un verre à boire de sorte quela surface de l’eau contenue dans le verre soit àhauteur des yeux. Plonger le petit crochet sousla surface de l’eau et soulever délicatement lapointe jusqu’à la surface : si l’on procède avec

beaucoup de précaution, la pointe ne percera pasla pellicule superficielle, mais la soulèvera légère-ment.

2.294 Comment retenir de l’eau dans un tamisVerser un peu d'huile sur le treillis métalliqued’un tamis utilisé pour la cuisine et le secouerpour que l'huile en excès soit chassée et ne bouchepas les trous. Prendre un pot d’eau et verser avecprécaution de l’eau dans le tamis en la faisantcouler le long du bord. Quand le tamis est à peuprès à moitié plein, le tenir au-dessus de l’évier ouau-dessus d’un seau et le regarder par-dessous :on verra que l’eau exerce une pression qui luifait former des saillies à travers les trous, maisqu’elle est retenue par la tension superficielle quil’empêche de couler. Si l’on touche du doigtle fond du tamis, l’eau se met à couler.

2.295 Comment remplir un verre plus qu’à rasbord

Mettre un verre à boire dans un plat ou dans unesoucoupe. Bien frotter le bord du verre avec unlinge sec. Verser de l’eau dans le verre : on remar-quera qu’on peut faire monter l’eau plusieursmillimètres au-dessus du bord. Essayer ensuitede faire tomber des pièces de monnaie ou desrondelles de métal dans le verre, de façon qu’ellesy pénètrent de champ, et voir de quelle hauteuron peut faire dépasser l’eau du bord sans qu’elles’écoule.

2.296 Comment serrer de l’eau entre les doigtsPrendre une vielle boîte à conserves et, à l’aide

d’un clou, percer 5 trous, distants d’environ5 mm, tout près du fond de la boîte. Remplir laboîte d’eau : 5 filets d’eau jailliront des trous.Saisir les 5 jets d’eau entre le pouce et l’index et



l’on verra qu’on peut les réunir en un seul filet.Si l’on passe la main sur les 5 trous, on obtientde nouveau 5 filets d’eau séparés (voir figure).

2.297 Propulsion d’un bateau grâce à la tensionsuperficielle

Se procurer des morceaux de camphre ou desboules de naphtaline. Découper dans du papierfort 2 ou 3 petits bateaux d’environ 2,5 cm delong. Découper dans la poupe un logement delargeur suffisante pour maintenir un petit morceaude camphre de telle sorte qu’il touche la surfacede l’eau sans risquer de tomber. Faire flotter lespetits bateaux dans une grande casserole d’eau.Une variante intéressante consiste à découperl’encoche dans la poupe à gauche ou à droite del’axe du bateau (voir figure).

Propulsion d’un bateau grâceà la tension superficielle

2.299 Support pour bulles de savonFixer dans un socle en bois une tige cylindriqued’environ 15 cm de longueur et enrouler autourd’elle du fil de fer ou de cuivre terminé par uneboucle d’environ 10 cm de diamètre (voir figure).Plonger la boucle dans de l’eau savonneuse.Faire une grosse bulle de savon et poser cettebulle sur la boucle. Plonger une paille ou un cha-lumeau dans l’eau savonneuse et enfoncer délica-tement l’extrémité de cette paille dans la grandebulle : essayer de faire une petite bulle à l’inté-rieur de la grande. (Il faudra sans doute s’en-traîner un peu.)

2.298 Bulles de savon 2.300 Expériences avec des pellicules de savonLes bulles de savon et les pellicules d’eau savon- Confectionner avec du fil métallique les objetsneuse permettent de bien observer les phéno- représentés sur la figure, puis les plonger dans unemènes de tension superficielle. Pour faire unebonne solution savonneuse, mettre 3 cuilleréesrases de poudre de savon ou de savon en pail-lettes dans la valeur de 4 tasses d’eau chaude etlaisser reposer la solution pendant 3 jours avantde s’en servir. Essayer de faire des bulles avec unanneau destiné à cet usage, avec une paille, avecune pipe en terre, ou avec une vieille trompette enfer-blanc d’environ 4 cm de diamètre. On peutaussi faire un très bon chalumeau en incisant(ce sera très facile avec une lame de rasoir) l’extré-mité d’une paille pour faire une couronne de4 languettes d’environ 1 cm de long s’écartantde l’orifice. Expériences avec des pellicules de savon



solution savonneuse concentrée et observer lespellicules de savon qui se forment. Plonger dansla solution la fourche qui comporte une traversecoulissante, puis tirer sur cette traverse et observerl’étirement de la pellicule. Lâcher la traverse : ellesera ramenée en arrière par la contraction de lapellicule savonneuse.

Pression atmosphérique

2.301 Étude de la pression de l’air à l’aide deseringues

Bon nombre d’expériences portant sur la pressionde l’air peuvent être faites au moyen de seringuesen plastique de 100 cm3. Si l’on scelle l’extrémitéde sortie (l’embase) de la seringue, celle-ci peutêtre utilisée pour comprimer l’air ou pour réaliserun vide partiel. Pour sceller cette extrémité desortie, on peut y fixer un petit bout de tuyau enplastique qu’on serrera avec une pince ou qu’onbouchera avec une cheville de bois. On peut aussienfoncer l’extrémité dans un bloc de bois ou dematière plastique creusé à la dimension appro-priée. En utilisant ce même bloc de bois commesocle, on peut mettre la seringue en position verti-cale : elle pourra alors servir notamment debalance, les poids étant mesurés en fonction dela compression de l’air. Remplie d’une petitequantité d’air et suspendue la tête en bas à unpiton à œillet, une seringue peut constituer unesorte de peson analogue à un peson à ressort.Si l’on comprime de l’air humide dans une serin-gue, on provoquera une condensation de vapeurd’eau et l’on obtiendra de la « pluie ». Si l’on yfixe un tuyau en plastique de 20 ou 30 cm, onobtiendra une pompe aspirante rudimentaire.Avec des tubes de longueurs différentes danslesquels on mettra de l’eau, on pourra réaliserun thermomètre à air ou thermo-baromètre, ou,en utilisant 11 ou 12 m de tuyau, un baromètre àeau. En reliant 2 seringues par un tuyau, on peutmettre en évidence les variations de pression envases clos (voir figure). Les seringues étant gra-

duées, il est naturellement très facile de quantifierces expériences. (Voir aussi expériences 2.196 et2.309.)

2.302 Présence de l’airEnfoncer une bouteille à goulot étroit la tête enbas dans un récipient plein d’eau, puis inclinerlentement le goulot de la bouteille vers la surfacede l’eau : Que voit-on? La bouteille était-ellevide? Mettre une motte de terre dans un récipientplein d’eau et observer : Ne voit-on rien quipuisse faire soupçonner la présence d’air dansla motte de terre? Mettre une brique dans un réci-pient plein d’eau : Ne voit-on rien qui indique laprésence d’air dans cette brique? Remplir d’eauun verre et l’observer attentivement. Le laisserdans un endroit chaud pendant plusieurs heureset l’observer à nouveau : Quelle différenceconstate-t-on? Y a-t-il des signes indiquant quel’eau contient de Pair?

2.303 L’air tient de la placeA. Se procurer une bouteille et un entonnoir.Mettre l’entonnoir sur le goulot de la bouteilleet boucher l’interstice de pâte à modeler, en veil-lant à ce qu’elle soit bien tassée. Verser lentementde l’eau dans l’entonnoir (voir figure). Queremarque-t-on? Quelle propriété de l’air peut-onen déduire? Recommencer l’expérience et verserde l’eau jusqu’à ce qu’elle remplisse presque l’en-tonnoir; à l’aide d’une pointe, percer délicate-ment un trou dans le bouchon en pâte à modeler :Que remarque-t-on? A quoi est-ce dû?

A. Présence d’airdans une bouteille

B. Présence d’air dans un verre



B. Mettre de l’eau dans un grand bocal de verrejusqu’à mi-hauteur. Faire flotter un bouchon surl’eau et enfoncer un verre renversé sur le bou-chon : Que remarque-t-on? Coincer solidementun morceau de papier dans le fond du verre etrecommencer l’expérience : Le papier est-ilmouillé?

C. Prendre un aquarium ou un grand cristallisoiret le remplir presque entièrement d’eau. Y plon-ger un verre retourné. De l’autre main, plonger undeuxième verre dans le même récipient; pencherce deuxième verre de façon à le laisser se remplird’eau, et le tenir la tête en bas au-dessus du pre-mier. Incliner avec précaution le premier verre

C. Transvasement d’air opéré sous l’eau

pour que l’air s’échappe tout doucement (voirfigure) et remplir le deuxième verre de l’air issu dupremier. Que peut-on déduire de cette expérienceen ce qui concerne l’air?

2.304 L’air a une massePoser sur une table une règle plate d’environ 1 mde long, en en faisant dépasser à peu près la moitiédu bord de la table. Étendre une feuille de journalsur la partie de la règle qui se trouve sur la table etla lisser pour l’étaler bien à plat. Donner de lamain ou avec un maillet un coup sec sur l’autreextrémité de la règle : la règle se casse à l’endroitoù elle dépasse le bord de la table. Cela est dû à

la pression qu’exerce l’air sur la grande feuille depapier, donc à sa force pressante, qui a maintenula partie de la règle posée sur la table. Se mettresur le côté pour cogner sur la règle. (Voir aussiexpérience 4.116.)

2.305 L’air exerce une pressionA. Couvrir d’un rectangle en carton un verrerempli d’eau à ras bord. Maintenir le cartoncontre les bords du verre et renverser celui-ci.Retirer la main qui maintenait le carton (voirfigure). Poser le verre, toujours l’orifice en bas, surune table bien lisse et le faire glisser délicatementdu carton sur la table, puis le déplacer tout douce-ment à sa surface. Peut-on trouver un moyen devider le verre sans répandre l’eau sur la table?

L’air retient l’eau dans un verre

L’air retient l’eaudans un tube de verre

Quelle propriété de l’air peut-on déduire de cetteexpérience? (Voir aussi expérience 4.117.)

B. Obturer du doigt l’extrémité d’un tube de verredroit ou d’une paille et plonger l’autre extrémitédans un récipient contenant de l’eau colorée. Reti-rer le doigt et observer ce qui se passe. Remettrele doigt à l’extrémité du tube, puis sortir verticale-ment le tube du récipient (voir figure) : Que sepasse-t-il? Pourquoi? Quelle propriété de l’air setrouve ainsi mise en évidence?

C. Percer, à l’aide d’une pointe, un trou près dufond d’une boîte à conserves. Remplir la boîte



d’eau. Appuyer fortement la paume de la mainsur l’ouverture de la boîte pour la fermer hermé-tiquement : l’eau cesse de s’écouler par le trou.Retirer la main et l’eau se remet à couler (voirfigure). Que peut-on déduire de cette expérience?

D. Mouiller le fond d’une ventouse de plombier etla presser contre une surface plane, comme ledessus d’un tabouret. Essayer de soulever letabouret par le manche de la ventouse : Pourquoiest-ce possible? Mouiller 2 ventouses de plombieret les appliquer vigoureusement l’une contre l’au-tre; essayer ensuite de les séparer (voir figure) :Pourquoi est-il si difficile d’y parvenir? Cetteexpérience est comparable à l’expérience classiquedes hémisphères de Magdebourg.

La pression del’air faitcouler l’eau

Hémisphèresde Magdebourgimprovisés

2.306 Utilisation de la pression de l’air pourenfoncer une paille dans une pomme de terre

Boucher l’extrémité d’un chalumeau pour bois-sons fraîches avec l’index et prendre une pommede terre dans l’autre main. D’un coup sec, enfon-cer la paille dans la pomme de terre, en attaquantcelle-ci bien perpendiculairement à sa surface. Enbouchant avec le doigt l’extrémité de la paille, onempêche l’air de s’échapper quand la paille pénè-tre dans la pomme de terre; l’air, comprimé,donne à la paille une résistance suffisante pourqu’elle ne se courbe pas. Le résultat est immédiatet surprenant : la paille fragile traverse sans diffi-culté la pomme de terre (voir figure).

2.307 Baromètre à mercure simplifié (avant defaire cette expérience, se reporter au para-graphe du chapitre premier qui indique Iesprécautions à prendre pour manipuler dumercure)

A. Sceller une extrémité d’un tube de verre d’en-viron 80 cm de long en le faisant tourner dans laflamme d’un brûleur à gaz (figure A) : tenir letube aussi vertical que possible. A l’aide d’uncourt morceau de tube de caoutchouc, relier àl’autre extrémité de ce tube barométrique un petitentonnoir ou un tube à entonnoir. Verser du mer-cure dans le tube, tenu verticalement, l’entonnoiren haut, en procédant lentement. Attention : lesvapeurs de mercure sont nocives et il ne faut pasles respirer. Si des bulles d’air se trouvent empri-sonnées, les faire disparaître par de petites secous-ses verticales. Remplir le tube jusqu’à 1 cm duhaut environ, et finir le remplissage à l’aide d’uncompte-gouttes afin de ne pas répandre de mer-cure. En ajouter jusqu’à ce que le niveau dépasseun peu le bord du tube. Verser ensuite du mer-cure dans une bouteille ou un petit cristallisoirjusqu’à une hauteur d’environ 2 cm. Mettre desgants en caoutchouc et boucher du doigt l’ouver-ture du tube; le retourner sur la cuve à mercureet retirer le doigt quand l’extrémité du tube plongedans le mercure. Une fois fixé à un support appro-prié, ce tube pourra servir de baromètre à mer-cure. La différence entre les niveaux du mercuredans le tube et dans la cuve indique la pressionatmosphérique en centimètres de mercure.



B. La cuve à mercure peut être une ancienne bou-teille à encre : si le baromètre est utilisé en perma-nence, cela protégera le liquide de la poussière etlimitera l’émanation de vapeurs de mercure.Avant de remplir le tube de mercure comme indi-que en A ci-dessus, préparer un bouchon à2 trous dont l’un recevra le tube du baromètre etl’autre une courte tubulure en verre (voir figure B).Faire glisser le bouchon le long du tube baromé-trique jusqu’à une hauteur d’environ 15 cm à par-tir de l’orifice et introduire le petit tube dans l’au-tre trou. D’autre part coller une rustine au fondde la bouteille, juste en face du goulot. Remplir letube du baromètre de la façon indiquée ci-dessus,puis coiffer l’extrémité ouverte du tube avec labouteille à encre renversée, en appuyant forte-ment pour que la rustine soit bien pressée sur letube. Tout en maintenant solidement le tube aucontact de la rustine, retourner l’ensembleet poserla bouteille sur la table. Sans cesser d’appuyer surle tube, verser du mercure dans la bouteille; sou-lever légèrement le tube pour laisser descendre un

\

A Tube avant fermeture à chaudB Tube après fermeture à chaudc Extrémité du tube sur la partie la plus chaude de

la flammeD Mercure

peu de son mercure dans la bouteille, et déplacerle bouchon pour l’enfoncer dans le goulot decelle-ci. On peut, si on le désire, fixer le baro-mètre sur un support vertical portant une règlegraduée et l’accrocher au mur. Il faut alors quele haut du tube soit maintenu, et l’on peutinsérer la bouteille dans une petite boîte à con-serves de diamètre à peine supérieur solidementfixée au support.

2.308 Baromètre anéroïdePour faire un baromètre anéroïde rudimentaire,prendre un tube de caoutchouc annelé faisantsoufflet, comme on en trouve dans certainsconduits d’air d’automobile, ou encore commecelui qui constitue les poignées de guidons debicyclette. Il ne faudra pas s’attendre à une grandeprécision étant donne les multiples causes d’er-reur. Le tube de caoutchouc fera fonction dechambre à vide et sera fermé aux deux bouts par2 bouchons de bonne qualité ou par 2 bouchons debois non poreux. Comprimer le caoutchouc avantde les mettre en place; rendre le joint étanche en ymettant de la cire et en ligaturant le caoutchouc.Un poids suspendu au bouchon inférieur com-pensera partiellement l’action de la pressionatmosphérique et étendra le soufflet. Si l’onmonte une aiguille comme l’indique la figure,on pourra disposer sur l’appareil une échelle gra-duée où on lira les variations de la pressionatmosphérique.



2.309 Mesure de la pression atmosphérique à l’aided’une pompe de bicyclette

En retournant la soupape d’une pompe de bicy-clette comme l’indique la figure, on peut s’en ser-vir pour mesurer la pression atmosphérique. Onassurera une meilleure étanchéité du piston en legraissant avec un peu d’huile épaisse. On peutcalculer la section transversale du cylindre de lapompe, ou la mesurer à l’aide de papier millimé-tré, ce qui permettra de calculer la pression del’air en kg/cm2. On trouvera le poids équilibrépar la poussée verticale de la pression atmosphé-rique en suspendant des poids divers à un crochetvissé dans une cheville de bois fixée à la poignéede la pompe, celle-ci étant renversée. (Voir aussiexpériences 2.196 et 2.301.)

2.310 Mesure de la pression atmosphérique à l’aided’une ventouse en caoutchouc

Un peson à ressort permet de mesurer la forcenécessaire pour arracher la ventouse d’une surfacelisse. Mesurer la surface d’application de la pres-

2.309 2.310

sion atmosphérique en pressant la ventouse surune feuille de papier millimétré. Utiliser de préfé-rence une ventouse munie d’un crochet ; à défaut,enrouler solidement du fil de cuivre autour ducollet de la ventouse et y faire une boucle. Si la

table d’expériences n’est pas suffisamment lisse,prendre une plaque de verre épais qu’on retiendrad’une main tandis qu’on tirera sur le peson del’autre. Faire plusieurs essais en utilisant, si pos-sible, des ventouses de dimensions différentes(voir figure).

2,311 Pompe aspirante rudimentairePour fabriquer une pompe aspirante rudimen-taire, il suffit d’un tube de verre ou de métal (desconduites d’eau en fer font très bien l’affaire), dedeux bouchons et d’une tige métallique. Enroulerune ficelle autour du bouchon jouant le rôle depiston pour qu’il soit bien ajusté dans le corps depompe. L’autre bouchon, muni d’une tubulure enbambou, en verre ou en caoutchouc fort, formerale conduit d’aspiration. Percer 2 trous dans lepiston à l’aide d’un fil porté au rouge, et fixer au-dessus de ces trous une mince rondelle de cuir ser-vant de soupape : la soupape se ferme quand lepiston monte et laisse passer le liquide quand ildescend (voir figure).

2.311A corps de pompe (verre ou métal)B Bouchon servant de pistonc Trous percés dans le pistonD Soupape en cuir ou en caoutchoucE Tuyau d’aspiration

2.312 Pompe foulante faite avec des tubes à essaiPour construire cet appareil, chauffer le fond d’untube à essai et y percer un trou par soufflage; dela même manière, faire un trou dans le fond d’untube à essai de plus grande dimension. Adapter



sur ces trous des billes de roulements ou des billesde verre qui serviront de soupapes. L’un des deuxtubes glissera dans l’autre à frottement doux,

grâce à un enroulement de ficelle placé autour duplus petit. Fixer solidement sur le petit tube unbouchon muni d’un tube coudé, comme l’indiquela figure : il constituera le piston de la pompe fou-lante (voir figure).

2.313 SiphonSe procurer 2 grandes bouteilles de verre et lesremplir à moitié d’eau. Réunir 2 tubes de verrede 30 cm de long par un tube de caoutchouc oude plastique de même longueur. Remplir d’eau letuyau ainsi formé et le boucher avec les doigts,puis introduire les tubes de verre terminaux danschacune des bouteilles d’eau. Ce siphon permettrade faire passer l’eau de l’une à l’autre et vice versaen soulevant plus ou moins chaque bouteille.L’expérience est plus intéressante si l’on colorel’eau avec de l’encre. Poser les 2 bouteilles sur unetable : Est-ce que l’eau coule par le siphon? Enquoi la pression de l’air contribue-t-elle au fonc-tionnement du siphon?

2.314 Jet d’eau actionné par un siphonAdapter un bouchon de caoutchouc à 2 trous surun bocal de verre (ou sur un ballon constitué parune ampoule électrique usagée). Dans l’un des2 trous, enfoncer un tube effilé qui pénétrerà jus-qu’à mi-hauteur environ du bocal et dépassera àl’extérieur d’environ 2 cm. Par l’autre trou faire

passer une courte tubulure en verre qui affleurerajuste la face intérieure du bouchon. Fixer au tubeeffilé un tube de caoutchouc de 20 cm de long, etun autre tube de caoutchouc de 1 m à l’autre tubu-lure. Mettre de l’eau dans le bocal et y fixer lebouchon. Plonger le tube de caoutchouc le pluscourt dans un récipient d’eau posé sur une tableet le plus long dans un seau placé sur le sol et ren-verser le siphon (voir figure). On verra mieux lejet d’eau si l’eau contenue dans le bocal a été colo-rée avec un peu d’encre. On peut faire un jet d’eaudouble en montant un deuxième bocal de manièreidentique au premier et en les reliant entre eux.

2.315 Comment élever de l’eau grâce à la pressionatmosphérique

Boucher un tube à essai avec un bouchon à untrou muni d’une tubulure de verre. Chasser l’aircontenu à l’intérieur en y faisant bouillir un peud’eau. Renverser le tube à essai et plonger le tubeà dégagement dans un récipient rempli d’eau : lapression atmosphérique fera remonter l’eau dansle tube au point de le remplir presque complète-ment (voir figure).

2.316 Relation entre le volume et la pressionde l’air

Prendre un bouchon de caoutchouc qui s’adapteexactement sur un récipient de verre étroit ou sur



2.316

une éprouvette graduée. Le fixer à l’extrémitéinférieure d’une tige de bois en haut de laquelle onfixera un couvercle de boîte métallique circulaireservant de plateau de balance. Graisser le pistonainsi constitué à l’aide d’un peu de vaseline oud’huile épaisse : grâce à ce piston, on emprisonnel’air contenu dans l’éprouvette. Placer des poidsdifférents sur le plateau et mesurer le volume del’air contenu à l’intérieur du cylindre pour chacunde ces poids (voir figure). On remarquera qu’àtempérature constante, le volume est inversementproportionnel à la pression.

2.317 Modèle du fonctionnement des poumonsDécouper le fond d’une grande bouteille dematière plastique ou de verre. Fixer dans le goulotun bouchon muni d’un tube de verre en Y, lesbranches de l’Y étant dirigées vers le bas. Sur cha-cune de ces branches, ligaturer un ballon de bau-druche ou une petite vessie. Remplacer le fond dela bouteille par une membrane de papier ou decaoutchouc bien ligaturée et percée d’un trou.Faire passer dans ce trou une ficelle terminée parun nœud et l’y fixer en bouchant le trou avec dela cire ou de la paraffine. Si l’on tire sur la ficelle,on abaisse ce diaphragme : l’air entre alors par legoulot du tuyau en Y et fait dilater les ballons; sil’on presse sur le diaphragme, les ballons sedégonflent (voir figure).

2.317

2.318 Oxydation et pression de l’airLaver un petit tampon de laine d’acier avec del’essence ou de la benzine pour le dégraisser com-plètement, puis l’essorer et desserrer les fibresd’acier pour le gonfler un peu. Dès qu’il est sec,le mettre dans un ballon que l’on fermera avec unbouchon à un trou muni d’un tube de verre de40 cm. Renverser le ballon sur un récipient pleind’eau de manière que l’extrémité du tube soitsous l’eau (voir figure). Laisser ainsi pendant quel-ques heures et observer ce qui se passe. Commentl’expliquer? (Voir aussi expériences 2.40 et 4.58.)

2.319 Expériences sur l’écoulement de l’airA. Mettre une balle de ping-pong dans un enton-noir. Souffler fortement dans le tuyau de l’enton-noir pour essayer de chasser la balle de ping-pong.Renverser l’entonnoir et tenir la balle de ping-pong contre le goulot : souffler alors fortementdans le tuyau et observer ce qui se passe quand on



lâche la balle. Mettre la balle sur une table et lacoiffer avec l’entonnoir, puis souffler dans letuyau et voir si on arrive à soulever la balle. Com-ment peut-on expliquer tout cela? (voir figure).

B. Découper un carré de bristol d’environ 7 cmde côté. Tracer les diagonales et faire passer uneépingle au centre du carton, à l’intersection desdiagonales. Fixer la tête de l’épingle en la couvrantde papier adhésif. Faire passer l’épingle dans letrou d’une bobine de fil vide et essayer de fairedécoller le carton de la bobine en soufflant parl’autre extrémité du trou (voir figure). Mettre ledispositif la tête en bas et maintenir le cartoncontre la bobine en appuyant légèrement avec ledoigt. Souffler dans le trou, puis retirer le doigt.Comment expliquer ce qui se passe?

C. Relier le tuyau d’un entonnoir à une sourced’air comprimé, par exemple le tuyau d’évacua-tion de l’air d’un aspirateur. Gonfler un ballonnetde baudruche ou de caoutchouc et en ligaturer lecol avec un bout de fil de cuivre qui le lestera.Envoyer l’air comprimé dans l’entonnoir et placerle ballon en équilibre dans le courant d’air.Essayer également de faire flotter une balle deping-pong entre le ballon et l’entonnoir (voirfigure C).

D. Se procurer 2 tubes de verre ou 2 chalumeauxtransparents. Plonger l’un des tubes dans un verrerempli à moitié d’eau colorée. Mettre le secondtube à angle droit du premier, les deux extrémitésétant très près l’une de l’autre. Souffler dans letube horizontal et observer le niveau de l’eau dansl’autre tube (voir figure D). Comment cela s‘ex-plique-t-il?


Chapitre trois Sciences biologiques


Introduction

Partout dans le monde, le milieu où vit l’hommeest peuplé d’une inépuisable quantité d’êtresvivants dignes d’étude scientifique; malheureuse-ment, trop peu de maîtres savent tirer parti de cesressources locales. Cela tient à de nombreusesraisons et, peut-être, plus particulièrement, à ceque la plupart d’entre eux ne disposent pas d’uncadre d’ensemble qui leur fournisse le fil conduc-teur pour passer de l’observation au jour le jour

Niveaux d’organisation

Le cadre conceptuel présenté ici s’inspire du prin- grand nombre d’observations isolées en un nom-cipe des « niveaux d’organisation » des êtres bre restreint de catégories logiques. Le professeurvivants tels que les conçoivent les biologistes. de sciences ne peut s’empêcher de ressentir uneCette manière de voir procède de l’idée que la impression d’écrasement devant la variété infiniemeilleure façon de comprendre la vie consiste à des êtres vivants et de leurs activités, mais il luiorganiser les êtres vivants, les groupes d’êtres faut dépasser ce stade et faire mieux que s’émer-vivants, et les parties des êtres vivants selon un veiller de la complexité des choses naturelles. Ilordre ou une hiérarchie naturels. Lorsqu’on appli- doit mettre de l’ordre dans ses observations en seque cette conception dans l’enseignement des référant à un schéma fondamental qui lui per-sciences. on met l’accent sur ce qui se trouve au mettra de mieux comprendre ce qu’est la vie. Lemilieu de la hiérarchie, car c’est ce qui correspond concept des « niveaux d’organisation » est unà la situation des êtres vivants formant des unités schéma de ce genre. Ce schéma ou modèle com-organiques (organismes) : l’expérience courante prend plusieurs parties qui sont exposées ci-de la vie se situe principalement à ce niveau. dessous.

des êtres vivants à une conception générale de lavie. C’est pourquoi l’on a présenté ci-après unexemple de cadre conceptuel de ce genre danslequel s’inscrivent les activités décrites ensuite. Onespère, par cette présentation, non seulementaider les maîtres et professeurs à organiser desobservations et les encourager à en pratiquer defaçon continue, mais aussi leur faciliter leurs tra-vaux sur les êtres vivants.

3.1 OrganismesEn quoi consistent les niveaux Les organismes sont des formes vivantes indivi-

duelles, dont beaucoup se rencontrent très cou-L’obscurité d’un sujet complexe s’éclaire consi- ramment autour de nous. Un chien, un arbre, undérablement dès qu’on commence à imaginer un poisson, un ver de terre, un champignon, uneschéma d’ensemble permettant de regrouper un cellule de levure de bière, pris individuellement .


3.2 Sciences biologiques 162

Schéma d’organisation

Niveaux supérieurs BiosphèreBiomes

CommunautésPopulations

Groupes d’organismes

Organismes

Niveaux inférieurs Systèmes d’organes Organismes ou parties d’organismesOrganes

TissusCellules

OrganitesMacromolécules

MoléculesParticules

Parties d’organismes

sont autant d’organismes. La taille des organismesvarie considérablement : ainsi, une baleine peutêtre 10 millions de fois plus grosse qu’une bactérieisolée. On peut faire deux remarques importantesen ce qui concerne les organismes : a) leur struc-ture interne est diversifiée; b) il existe d’autresorganismes semblables. Il découle de ces deuxremarques qu’il sera intéressant d’étudier les par-ties des organismes (niveaux d’organisation infé-rieurs) et les groupes d’organismes (niveaux d’or-ganisation supérieurs).

3.2 Niveaux supérieursA. Populations. On appelle population un grouped’organismes comprenant tous les individus d’unemême catégorie. On définit généralement unesous-population à partir d’un certain espaceoccupé par elle; ainsi, par exemple, on parlera dela population d’escargots d’eau de l’aquarium dela salle de classe, ou de la population de cettecatégorie d’escargots dans une mare. Si, toute-fois, il n’est pas fait mention d’un espace déter-miné, c’est qu’on admet implicitement que lapopulation en question est constituée par tous lesescargots de cette catégorie qui existent dans lemonde entier.

B. Communautés. Les populations n’existent pasde manière isolée; en général, on les trouve dansun milieu qu’elle partagent avec d’autres popu-lations. Toutes les populations qui occupent unespace déterminé constituent une communauté oubiocénose. Ainsi la communauté d’un lac est cons-tituée par l’ensemble des populations végétales etanimales vivant dans ses eaux et à leur surface.Les populations vivant sur le terrain de jeu ou lacour d’une école sont un autre exemple de com-munauté.

C. Biomes. Il arrive que de vastes portions de lasurface de la terre contiennent des communautésidentiques : on appelle biome (ou formation) unensemble de communautés identiques. Un mêmebiome peut occuper une grande partie d’un conti-nent : ainsi, un biome à prairies (formation her-bacée) occupe une grande partie de la zone cen-trale de l’Amérique du Nord. D’un bout à l’autred’un biome, le climat et la topographie sont d’uneassez grande uniformité.

D. Biosphère. Sur la terre, la vie se situe normale-ment dans une couche de quelques mètres de partet d’autre de la surface du sol. On appelle bio-


163 Niveaux d’organisation 3.3

sphère cet espace qui a la forme d’une sphèrecreuse et qui contient tout ce qui vit sur la pla-nète. La question de savoir s’il existe d’autresbiosphères ou non n’a pas encore reçu de réponse,ce qui veut dire que l’extension vers le haut desniveaux d’organisation est encore inconnue.Peut-être l’exploration de l’espace conduira-t-elleà la découverte d’un autre niveau immédiatementsupérieur.

3.3 Niveaux inférieursA. Systèmes d’organes. Certains organismes ani-maux contiennent des systèmes d’organes quiremplissent des fonctions vitales. Le système cir-culatoire qui comprend le cœur et les vaisseauxsanguins en est un exemple.

B. Organes. Tous les organismes ne contiennentpas des systèmes d’organes. Ainsi les plantes etde nombreux animaux ne semblent pas avoir desystèmes distincts; mais la plupart possèdentnéanmoins des structures élémentaires appeléesorganes qui sont elles-mêmes composées detissus. Le cœur est un organe; une feuille, un pou-mon, une racine sont également des organes.

C. Tissus. Un tissu est un groupe de cellules sem-blables remplissant une même fonction. Parexemple, les tissus musculaires sont composés decellules qui sont capables de se contracter et deproduire l’effet de traction exercé par le muscle.Certains organismes sont composés de tissus,mais ne semblent pas avoir d’organes.

D. Cellules. Les tissus sont constitués d’unitésindividuelles appelées cellules. De même que ledollar, la livre ou le franc sont devenus les élé-ments de base des systèmes monétaires de certainspays, la cellule constitue l’unité fondamentale dela plupart des organismes, De la plus grosse,l’œuf d’autruche, à l’un des plus petits micro-organismes, les cellules sont d’une taille extrême-ment variable. Elles diffèrent également par leurfonction. En dépit de ces différences, il existedes caractères communs qui expliquent que lesbiologistes se soient particulièrement attachés àl’étude des cellules pour essayer de comprendre

ce qu’est la vie. Certains organismes ne sontcomposés que d’une seule cellule : on dit que cesont des organismes unicellulaires.

E. Organites. C’est l’invention du microscopequi a permis de découvrir les cellules; des instru-ments plus puissants encore ont révélé que les cel-lules contiennent des éléments plus petits appelésorganites. Les plus visibles des organites peuventêtre aperçus facilement avec un microscopeoptique ordinaire. Il a fallu, toutefois, attendrel’invention du microscope électronique pourpouvoir parfaitement comprendre la structureinterne de la cellule.

F. Macromolécules. Grâce au microscope électro-nique et à d’autres instruments perfectionnés,comme ceux qui utilisent la diffraction desrayons X, les biologistes sont désormais en mesurede pénétrer la structure des organites cellulaires.On a découvert que les organites se composentde grosses molécules (macromolécules) comme lesprotéines, les lipides (matières grasses) et lesacides nucléiques (ADN et ARN).

G. Molécules. Les macromolécules sont delongues chaînes de molécules liées entre elles.Une molécule se définit comme la plus petiteportion qu’on puisse prendre d’un corps et quiconserve les propriétés de ce corps. Les moléculessont constituées d’atomes réunis ou liés les unsaux autres. Un atome est la plus petite partie d’unélément.

H. Particules. Les atomes sont composés de parti-cules fondamentales telles que les protons, lesneutrons, les électrons, etc. Ces particules repré-sentent la limite de ce que nous pouvons actuel-lement comprendre de l’organisation au niveauinférieur. On notera - et la remarque est impor-tante - qu’au niveau supérieur d’organisation(la biosphère) aussi bien qu’au niveau inférieur,l’existence d’un niveau supplémentaire nonencore découvert reste possible. Le professeur desciences doit être conscient de la part d’incertitudequi subsiste dans notre connaissance de la « vie ».C’est le plus souvent aux niveaux intermédiaires



d’organisation - c’est-à-dire aux alentours du connaissance scientifique doit être sans cesseniveau qui correspond aux organismes - que les remise à jour en fonction des données nouvellesélèves aborderont l’étude du vivant; mais il apportées par l’expérimentation.importe qu’ils se rendent bien compte que la

Étude des organismes

Pourquoi étudier les organismes vivants

La biologie moderne met l’accent sur l’étude desorganismes vivants, par opposition à celle desspécimens sacrifiés ou conservés; il semble doncraisonnable de faire en sorte que les enfantsabordent l’étude des êtres vivants par l’observa-tion des animaux ou des plantes qui vivent autourd’eux, et cela dans le milieu naturel de ces orga-nismes, toutes les fois que la chose est possible.L’étude du comportement d’un organisme donnéconstitue une introduction logique.

Comportement des oiseaux

Presque tous les enfants ont eu l’occasion d’obser-ver des oiseaux, mais, la plupart du temps, ilsl’ont fait sans qu’aient été prises les dispositionsnécessaires pour une observation précise, assortiede mesures. Or l’enfant a d’autant plus de chancesde faire des découvertes intéressantes qu’on auraorienté son intérêt et qu’on l’aura préparé àapprendre quelque chose du comportement desoiseaux. On trouvera ci-dessous quelques indica-tions générales pour une préparation à mener enclasse.

3.4 Les types de becs et leurs fonctionsL’étude des types de becs sera suivie de l’obser-vation du comportement alimentaire d’un oiseaupourvu d’un type de bec donné. En combinantles différentes observations de tous les élèvesd’une même classe, on pourra sans doute décou-vrir bien des utilisations du bec. En ce quiconcerne les types de becs qu’on n’aura pas puobserver, on incitera les élèves à déduire quellessont leurs fonctions respectives (voir figure).

Types de becs

Types de pattes


165 Étude des organismes 3.7

3.5 Les types de pattes et leurs fonctionsEn observant les oiseaux, on découvre de nom-breuses fonctions des pattes, parmi lesquelles lamarche sur le sol ou dans la vase, la nage, le per-chage, la chasse et le transport des objets. Unepromenade au bord d’un lac ou d’un ruisseaupermettra, peut-être, non seulement de faire desobservations directes, mais encore de prendre desmoulages des empreintes laissées dans le sol mouou dans la boue. On emportera du carton (plu-tôt mince), des pinces, un sachet de plâtre deParis, un récipient et une cuiller pour gâcher leplâtre. Enrouler le carton en forme de cylindreet le maintenir au moyen d’un bracelet de caout-chouc ou d’une pince. Poser ce cylindre sur l’em-preinte et y verser du plâtre gâché avec de l’eau :en prenant, le plâtre donne un moulage en relief- ou négatif - dont on pourra, si on le désire,tirer une empreinte positive (voir figure).

Les moulages recueillis peuvent être groupésen catégories correspondant aux utilisations oufonctions. Les oiseaux aquatiques, canards oupélicans par exemple, sont pourvus de pattespalmées qu’ils utilisent pour marcher dans lavase ou pour nager.

Des serres puissantes peuvent signifier quel’oiseau se sert de ses pattes pour chasser : c’estle cas, par exemple, des éperviers et des hiboux.

De nombreux oiseaux se servent de leurspattes pour se percher ou pour s’agripper - c’estle cas, par exemple, des pics - tandis que d’autress’en servent surtout pour marcher, comme lescailles, notamment.

3.6 NidificationL’observation des nids, quand elle est possible,sera la source d’activités diverses. Les enfantsobserveront le travail de nidification des adultes,puis, après l’éclosion des petits, ils verrontcomment les parents les nourrissent et prennentsoin d’eux. On peut suivre le déroulement de laconstruction des nids et noter quels sont les maté-riaux utilisés. Les nids abandonnés permettent dedécouvrir les détails de leur construction et, biensouvent aussi, de trouver de petits organismes quivivent dans les matériaux qui les constituent.L’oiseau défend son territoire et ce comporte-ment est important, car il limite la population desoiseaux d’un espace donné. On demandera auxenfants de chercher à observer l’aggressivité desoiseaux dans les aires de nidification et de nourri-ture.

3.7 Comment attirer les oiseaux en leurconstruisant des nichoirs

On peut attirer les oiseaux en mettant à leur dis-position des abris qui faciliteront la nidification.Pour les construire, on pourra s’inspirer des sug-gestions suivantes :1. Le volume intérieur doit être adapté à la

dimension du nid de l’oiseau qu’on cherche àattirer.

2 . L’ouverture d’accès doit être de la largeur vou-lue.

3. L’intérieur ne doit pas être peint.4. L’abri doit être placé là où l’oiseau pourra

l’utiliser. et à la bonne hauteur au-dessus dusol.

Moulage d’empreintes



3.7 Nichoirs

Les petits oiseaux sont attires par de petits abrispourvus de toutes petites ouvertures d’accès :pour un troglodyte, il faudra un logement d’envi-ron 10 x 10 cm avec 12 cm de profondeur et uneouverture de 2 à 2,5 cm de diamètre (voir figuredu bas).

Certains oiseaux, comme le merle, feront leurnid dans un abri ouvert (voir figure du haut).

D’autres, tels que la chouette, veulent un abriqui ressemble à un tronc d’arbre. L’entrée doitavoir 10 cm de large pour permettre le passaged’un gros oiseau (voir figure),

3.8 Comment attirer des oiseaux en leurfabriquant des mangeoires

On pourra poursuivre indéfiniment l’études desoiseaux en construisant une mangeoire, à placersur l’appui de la fenêtre de la salle de classe oudans la cour de l’école. En y mettant des grainesvariées, d’une part, et de la graisse, d’autre part,on attirera un grand nombre d’oiseaux très diversà toutes les saisons de l’année. On fixera solide-ment la graisse à une branche ou à un support,ou encore on la placera dans une petite cage métal-lique. Les mangeoires à oiseaux n’attirent passeulement les oiseaux, elles attirent aussi de petitsmammifères tels que les souris ou les écureuils.On peut donc observer aussi ces animaux et voirquel genre de nourriture ils préfèrent, à quelsmoments ils se nourrissent, et quelles sont leursautres habitudes. On pourra fixer à un arbre ou àun poteau une petite cage à graisse de forme cubi-que, confectionnée avec du treillis métallique ouplastique (voir figure): en découpant celui-ci, onlaissera dépasser les extrémités des fils pour faci-

Types de mangeoires pour oiseauxCi-dessus : cage à graisseCi-dessous : mangeoires à graines



liter l’assemblage des différents côtés entre eux;le panneau frontal sera laissé libre à sa partiesupérieure, ce qui permettra de l’ouvrir pour rem-placer la graisse; un fil de fer le maintiendra fermé.

Avec du bois ou du fer-blanc, les élèves pour-ront confectionner une petite auge pourvue d’unauvent qui protégera les graines de la pluie oude la neige. Les parois latérales empêcheront lesoiseaux, à la recherche de leurs graines favorites,de disperser le mélange. On peut encore fabriquerune mangeoire métallique en découpant les deuxfonds d’une boîte à conserves sous laquelle onfixera, à l’aide de fil de fer rigide, un moule àtarte. Un couvercle en matière plastique seraassujetti à la partie supérieure et on suspendral’ensemble à une branche au moyen d’un fil defer (voir figure de droite).

Organismes aquatiques

Pour l’études des organismes, il est particulière-ment recommandé de combiner l’observationdans la nature et le travail de classe ou de labo-ratoire, surtout lorsqu’il s’agit de plantes et d’ani-maux aquatiques. On se procurera un aquarium,ou on en construira un : il convient de s’y prendreà l’avance, afin que les échantillons rapportésd’une visite à un étang ou à un ruisseau puissenty être mis dès le retour.

3.9 Aquariums faits de bocaux à confitureA défaut d’une grande cuve en verre, on peut uti-liser en guise d’aquarium à peu près n’importequel récipient en verre, pourvu qu’il soit biengarni de plantes aquatiques submergées (Elodeaou Myriophyllum par exemple), qui aéreront l’eau.Un bocal à confiture de 1 kg conviendra très bienpour l’élevage de larves de phryganes (porte-bois),d’escargots aquatiques, de petits crustacés, etpour conserver des plantes comme Elodea etLemma minor; convenablement garni, il pourrarester en parfait état d’équilibre biologique pen-dant des mois, mais on se souviendra qu’il estaussi néfaste de mettre trop peu de choses qued’en mettre trop. Normalement, l’aquarium nedemande aucun soin particulier. mais s’il contient

un Dytique ou toute autre larve prédatrice, ilconviendra de l’alimenter régulièrement entêtards. Une couche de sable propre de 3 cm per-mettra aux larves de phryganes d’hiberner aufond du bocal, et une gaze couvrant celui-ciempêchera les phryganes de s’envoler sans qu’onait pu s’en apercevoir. On notera jour après jourles pontes et autres événements, ainsi que lesobservations concernant les moeurs des animaux.Un aquarium de ce genre peut servir de point dedépart pour une étude élémentaire des relationsmutuelles existant entre les plantes et les animauxdes eaux stagnantes. Pour la collecte des échan-tillons dans les étangs et les ruisseaux, on peutconfectionner une bonne épuisette au moyend’une passoire dont on assujettira solidement lemanche à un bâton à l’aide d’un ruban que l’onenroulera plusieurs fois en serrant bien et quel’on enduira copieusement, si possible, de disso-lution de caoutchouc; on enduira également lenœud. On évitera de placer un aquarium en pleinsoleil : une lumière excessive provoque une impor-tante croissance d’algues sur les flancs du vase, cequi empêche de voir clairement à l’intérieur. Sides algues se forment, on les fera disparaître àl’aide d’un tampon à récurer comme ceux dont onse sert dans le ménage.

3.10 Aquariums de grandes dimensionsUne bonne taille d’aquarium en verre est50 x 25 cm. On peut utiliser des bacs d’accumu-lateurs mis au rebut, mais le verre manque detransparence. Pour aménager cet aquarium, onrecueillera au fond d’un ruisseau ou d’une marelimpide un peu de fin limon qu’on lavera soigneu-sement à l’eau courante avant d’en couvrir le fondde l’aquarium sur une épaisseur d’environ 2 cm.Y planter quelques végétaux aquatiques, dont onmaintiendra les racines en place à l’aide de cail-loux ou de gravier. Mettre ensuite une couche degros sable ou de gravier et quelques pierres plusvolumineuses qui serviront de retraites pour lesinsectes aquatiques. Remplir l’aquarium en fai-sant couler un mince filet d’eau sur une feuille decarton pour éviter de trop troubler l’eau, et lais-ser reposer un jour ou deux jusqu’à ce que l’eausoit redevenue claire. Introduire alors des plantes



aquatiques propres : si l’on en met en quantitésuffisante, il n’est nullement nécessaire de prévoirdes dispositifs d’aération compliqués. Si l’aqua-rium est rempli d’eau du robinet, il convient d’in-troduire des proies vivantes, des daphnies parexemple. On peut alors placer les animaux dansl’aquarium, en même temps que quelques escar-gots aquatiques qui maintiendront le verre pro-pre. Il suffira de très peu de nourriture : les pois-sons mangeront les œufs des escargots et lespetits organismes aquatiques qui auront étéintroduits dans l’aquarium en même temps que lesplantes. Si l’on donne des vers à manger aux pois-sons, on se contentera de le faire une fois parsemaine et on les coupera en morceaux suffisam-ments petits. Toute nourriture non consomméedoit être retirée immédiatement, sinon elle pro-voque une prolifération de champignons quiempoisonnent les poissons. Pour empêcher lapoussière d’y pénétrer, l’aquarium sera couvertd’une plaque de verre ou d’un couvercle percé detrous. Si l’on élève des grenouilles ou des tritons,il convient de prévoir un morceau de liège quiflottera sur l’eau et où ils viendront s’installer: lecouvercle ou la plaque de verre les empêchera des’échapper.

Embryons de poulets

3.11. Couveuse rudimentaireS’il y a l’électricité dans la salle de classe, on peutconfectionner à très bon compte une couveuserudimentaire. Se procurer deux boîtes en carton,une grande et une petite. Enlever un des côtés dela petite boîte et, dans l’une des parois de lagrande boîte, découper une fenêtre carrée de15 cm de côté. Puis faire une fente dans le couver-cle de la petite boîte et y suspendre une ampouleélectrique dont le cordon doit être assez long.Mettre la petite boîte à l’intérieur de la grande etremplir l’espace libre entre les deux boîtes depapier journal froissé. Le côté ouvert de la petiteboîte doit s’appliquer contre le côté de la grandeoù se trouve la fenêtre. Mettre dans la petite boîteun thermomètre placé de telle sorte qu’on puissey lire la température par la fenêtre, laquelle serafermée par une plaque de verre.

3.12 Observation du développement des embryonsII faut entretenir une température constante de40 °C à l’intérieur de la couveuse, nuit et jour,pendant 21 jours. On arrivera. après quelques

Couveuse rudimentaire



jours de tâtonnements, à régler la température dela couveuse en essayant des lampes de puissancedifférente et en mettant plus ou moins de papierjournal entre les deux boîtes. Un petit récipientrempli d’eau doit être placé à l’intérieur de lacouveuse.

On se procurera alors une douzaine d’oeufsfécondés qu’on placera dans la couveuse. Après3 jours, retirer un des œufs, le casser avec précau-tion et vider le contenu dans une soucoupe : nor-malement, on doit déjà voir, chez un embryon de3 jours, les battements du cœur; celui-ci peutcontinuer à battre pendant une demi-heure. Onretirera un œuf tous les 3 jours pour observer ledéveloppement de l’embryon. On pourra laisserquelques œufs pendant les 21 jours d’incubationpour voir s’il y a des poulets qui éclosent.

3.13 Observations supplémentaires sur lesembryons

On peut, également étudier les effets produits surles embryons par des variations de température :des œufs retirés en même temps de la couveuseseront placés dans des milieux à température diffé-rente - en plein air, dans un réfrigérateur oudans une étuve, par exemple - et l’on notera lesconséquences sur le développement des embryons.

Insectes

On s’attachera surtout à l’observation de spéci-mens vivants : trop souvent, en effet, l’expériencedes élèves se borne à la capture et à la collectiond’insectes. Ce genre d’activité n’est certes passans valeur pédagogique, mais on néglige malheu-reusement trop souvent d’autres exercices plusenrichissants. On peut par exemple étudier lesinsectes nocturnes en aménageant un piège lumi-neux : il sera constitué d’un drap blanc tenduentre des arbustes selon un angle de 20 à 30° parrapport à la verticale et éclairé par-derrière parune forte source lumineuse, lampe à pétrole ougrosse lampe électrique à piles sèches par exemple.De jour, la capture des insectes exige l’emploid’un filet.

3.14 Capture des insectesOn pourra confectionner un filet pour la capturedes insectes en vol avec un bâton - manche àbalai par exemple - du gros fil de fer et du voileà moustiquaire ou de l’étamine. On fera un cercled’environ 38 à 45 cm de diamètre avec le fil de ferdont on torsadera les extrémités pour former unetige droite d’environ 15 cm de longueur au mini-mum. On l’assujettira au bout du manche à balaiau moyen d’une ligature en fil de fer ou de clouscavaliers. Pour former le filet, qui devra avoirenviron 75 cm de profondeur, on découpera un

filet pour la capturedes insectes en vol

morceau de voile à moustiquaire ou d’étaminequ’on coudra autour du cercle de fil de fer (voirfigure).

Il est souvent plus instructif de passer un filetsur les herbes ou les végétaux que d’attraper desinsectes en vol. Pour faire un filet destiné à cetusage, on utilisera de la toile ou de la mousselineau lieu de gaze, et du gros fil de fer rigide qui nese déformera pas quand on passera le filet sur desherbes résistantes. On demandera aux élèves de« ratisser » une prairie en passant et repassant lefilet sur une zone d’une superficie déterminée àl’avance : le décompte des insectes contenus dansle filet fournit un moyen d’évaluer le nombre desinsectes présents entre la surface du sol et l’extré-mité des herbes. On pourra effectuer des prélève-



ments de cette sorte sur le terrain de jeu del’école, sur un champ cultive, sur un champ aban-donné, dans un sous-bois, ou sur toute autre sur-face naturelle dont on cherchera à évaluer la popu-lation relative d’insectes.

Avant d’entreprendre ce ratissage de la végé-tation, on fera construire par les élèves de petitescages pour grillons ou sauterelles : on peut enconfectionner en bois avec du treillis métalliqueserré ou de tout petits barreaux de bois. Chaquecage doit contenir de l’herbe, de l’eau et une petitesoucoupe de sable humide. On pourra ainsiobserver les femelles en train de pondre dans lesable.

3.15 Comment faire une collection d’insectesLes collections d’insectes peuvent donner lieu àtoutes sortes d’études; les variations à l’intérieurd’un même genre ou d’une même espèce peuventtenir à la couleur, à la taille ou à d’autres diffé-rences individuelles. Avant d’entreprendre unecollection, les élèves devront préparer leur maté-riel qui pourra comprendre des filets, des bocauxpour tuer les insectes, des étaloirs, des boîtes àcollections et des présentoirs.

A. Bocal pour tuer les insectes. Se procurer unbocal à large goulot dont le couvercle se visse ouferme hermétiquement. Placer au fond un tamponde coton qu’on recouvrira d’un disque de cartonou de papier buvard percé de plusieurs trous.Lorsqu’on veut s’en servir, imprégner le cotond’insecticide. Poser le disque de carton sur lecoton et introduire l’insecte dans le bocal. Fermerhermétiquement et attendre que l’insecte soit

mort. S’il s’agit de papillons, s’assurer que legoulot est suffisamment large pour qu’on ne risquepas de détériorer les ailes.

B. Étaloir pour insectes. Lorsqu’on désire pré-senter des insectes dans une collection, il estindispensable de disposer d’un étaloir. On peutfacilement en fabriquer un avec une boîte à ciga-res. Enlever le couvercle et le couper dans le sensde la longueur en deux parties égales, que l’onfixera de nouveau sur la boîte en laissant entreelles un espace d’environ 1 cm. Placer le corps del’insecte dans cette fente et fixer les ailes de partet d’autre sur le dessus au moyen de petites ban-des de papier maintenues par des épingles enfon-cées dans le bois tendre - sans transpercer lesailes, Il est quelquefois préférable d’incliner légè-rement les deux versants du couvercle vers l’inté-rieur : il suffit pour cela de découper les côtés dela boîte en V très évasé avant d’y fixer les deuxmoitiés du couvercle, comme le montre la partiegauche de la figure.

C. Boîtes à collections d’insectes. Pour conserverdes collections d’insectes, il est très pratique d’u-tiliser des boîtes à cigares en bois ou en carton.Une fois l’insecte retiré de l’étaloir, on transperceson corps d’une épingle qu’on pique dans le fondde la boîte. Les épingles doivent être disposéesselon un certain ordre et on peut y fixer de petitsrectangles de carton portant les indicationsconcernant l’insecte considéré (voir figure).

On peut également utiliser des boîtes à cigarespour monter des insectes sur fond de coton.Après avoir retiré le couvercle, on remplit le

Comment faire une collection d’insectesA gauche : étaloirA droite : montage des spécimens



fond de la boîte de plusieurs couches de cotoncardé. On y dispose ensuite les insectes et oncouvre la boîte avec une feuille de cellophane ouune plaque de verre : on a ainsi un montage per-manent. Ce genre de présentoir convient particu-lièrement bien pour les papillons ou pour lescollections du musée scolaire.

D. Bloc de montage. Une collection présentéeselon un montage uniforme sera plus jolie etpermettra de comparer plus facilement les spéci-mens. Aussi, les élèves auront-ils intérêt à confec-tionner un bloc de montage en bois formé de3 gradins successifs (voir figure). Un trou estpercé au centre de chaque gradin. Sur le paliersupérieur, on alignera tous les insectes à la mêmehauteur en leur traversant le corps avec une épin-gle enfoncée dans le trou prévu à ce niveau: lesautres étages recevront les étiquettes portant lesrenseignements relatifs aux différents spécimens.

E. Cage à insectes simple. Confectionner unearmature cubique au moyen de petites baguettesplates (abaisse-langue, bâtonnets à chocolatglacé) ou rondes (baguettes à chevilles) : un cubede 15 cm de côté conviendra parfaitement. Passersur cette armature un bas nylon qu’on refermeraen y faisant un nœud lâche ou en l’entourant d’unbracelet de caoutchouc : c’est par cette extrémitéqu’on pourra avoir accès à l’intérieur de la cage.

Collecte d’organismes vivant dans le sol

La collecte d’organismes vivant dans le sol peutdonner lieu à toutes sortes d’expériences. Onpeut placer ces organismes dans le terrarium dela classe. Mais, ce qui est plus intéressant encore,c’est qu’on peut s’en servir pour initier les élèvesaux techniques quantitatives : des échantillonscalibrés de sol provenant de sites différents pour-ront être comparés du point de vue du nombretotal des organismes qu’ils contiennent ou dupoint de vue du nombre d’organismes de diverstypes donnés. Pour avoir un échantillon calibrede terre meuble, on peut utiliser une boîte àconserves vide : en l’enfonçant dans le sol on

obtient une carotte. Pour prélever des échantil-lons calibrés de terreau de feuilles superficiel, onemploiera un anneau de gros fil de fer qu’onposera sur la surface du terreau, puis on recueillerala totalité du terreau se trouvant à l'intérieur del’anneau. Les deux types d’échantillons serontmis dans des sacs en plastique pour être rapportésen classe. Pour extraire les organismes vivantdans le sol, on se servira d’un entonnoir spécia-lement conçu comme celui qui est décrit ci-des-sous.

3.16 Entonnoir pour recueillir les organismesvivant dans le sol

Cet entonnoir doit être fait d’une matière lisseet polie, par exemple le fer-blanc d’une grandeboîte à conserves. On placera le terreau sur untreillis métallique fixé dans la partie évasée del’entonnoir - on pourra utiliser à cette fin unpetit tamis de cuisine - et l’on suspendra au-dessus du terreau une ampoule électrique de25 watts munie d’un abat-jour (voir figure).

Attention : l’ampoule ne doit pas toucher leterreau de feuilles ni toute autre substanceinflammable contenue dans l’échantillon. Lesorganismes du sol seront recueillis dans un becherou dans une bouteille placée sous l’entonnoir.Si l’on doit les garder, on mettra dans la bouteilledu papier buvard humide. Pour immobiliser etconserver les organismes du sol afin de pouvoirles dénombrer avec précision, on mettra dans labouteille une petite quantité d’alcool éthylique.

Entonnoir pour recueillirles organismes du sol



Piégeage des petits mammifères et reptiles

On peut capturer de petits mammifères et reptileset les mettre en cage afin de les étudier. Voicicomment faire un piège peu coûteux.

3.17 Piège facile à réaliserSe procurer un grand bocal en verre à large gou-lot muni d’un bouchon qui se visse. Découperdans le couvercle une ouverture au haut de laquelleon fixera une petite trappe pivotant librementsur des gonds de fort fil de fer et ne s’ouvrant quevers l’intérieur du bocal (voir figure). Ce dispo-sitif permet également de faire passer des ani-maux dans les cages sans avoir à les toucherdirectement.

Piège rudimentaire

Attention : pour manipuler des reptiles ou desmammifères, les élèves devront mettre des gantsde cuir épais. Même si les morsures ne sont pasvenimeuses, elles peuvent s’infecter.

Comment garder des animaux en cage

Pour les cours de science de niveau élémentaireou de caractère général, on a souvent besoin degarder des animaux en cage dans la salle de classepour de brèves périodes d’observation. Pour obte-nir de bons résultats, il convient de prévoir descages bien conçues et une nourriture appropriée.

3.18 Cage à animauxNombre de matériaux, disponibles à peu prèspartout, peuvent être utilisés pour la constructionde cages. On peut imaginer, par exemple, uneboîte en bois pourvue d’un couvercle à charnières.

Cage à animaux

Une fenêtre est découpée dans le couvercle etgarnie d’un treillis métallique fin. D’autres fenê-tres sont également percées dans trois des côtésde la boîte et garnies elles aussi de treillis métal-lique, tandis que la partie avant est fermée parune vitre. On peut perfectionner ce type de cageen la munissant d’un tiroir placé sous la fenêtrede verre, à l’avant de la cage, et couvrant tout leplancher de la cage (voir figure) : ce tiroir per-mettra de nettoyer la cage sans trop déranger lesanimaux. Dans les régions tropicales, on pourraremplacer le treillis métallique par des éclisses debambou ou autre bois.



3.19 Nourriture et provision d’eau pour lesanimaux en cage

D’une manière générale, les récipients contenantla nourriture et l’eau seront placés à quelquedistance au-dessus du plancher de la cage. Onpeut faire une mangeoire très commode pour depetits animaux en pratiquant une ouverture sur lecôté d’une boîte à conserves, dans le sens de lahauteur et en rabattant les bords coupants versl’intérieur; la mangeoire sera fixée sur un descôtés de la cage au moyen de fil de fer, comme lemontre la figure.

Pour réaliser un abreuvoir à l’intention d’ani-maux tels que souris, cobayes ou hamsters, onpourra utiliser une bouteille munie d’un bouchon

en caoutchouc à un trou, dans lequel on enfon-cera un petit tuyau de verre ou de métal effilé;on mettra la bouteille la tête en bas sur la cagede telle sorte que le tuyau passe à travers letreillis.

Il est important, non seulement pour la santéet le confort des animaux, mais aussi pour ledéveloppement du sens des responsabilités chezles élèves et l’acquisition, par eux, de bonneshabitudes, que les animaux reçoivent régulière-ment la nourriture et l’eau qui leur sont néces-saires. La nourriture et l’eau doivent être renou-velées tous les jours, et la cage doit être nettoyéeune fois par semaine.

Planaires

Les planaires constituent un excellent sujetd’étude pour les élèves. Elles réagissent à des sti-muli variés, ce qui permet de les utiliser pourdes observations élémentaires sur le comporte-ment animal; elles sont en outre douées de lacapacité de régénérer des parties de leur corpsaccidentellement mutilées.

3.20 Capture et nourriture des planairesLes planaires se rencontrent sous les troncs d’ar-bres ou les pierres submergées d’un étang oud’un lac. Pour l’étude, on préférera le type brun(Dugesia tigrina) ou les grosses Planaria. Sil’on n’arrive pas à en trouver, on peut en pren-dre au piège en mettant un morceau de foie debœuf cru dans de la gaze ligaturée par une ficelleet en plongeant cet appât dans l’eau de l’étang.On regardera le piège tous les jours et l’on feratomber les planaires dans un petit bocal contenantde l’eau de l’étang ou du lac. Une fois dans lasalle de classe, on transférera les vers dans desrécipients opaques - bassines ou casserolesémaillées par exemple - à l’aide d’un groscompte-gouttes ou d’une grosse pipette. En dehorsdes séances d’observation, on placera sur les réci-pients des couvercles en bois ou en carton. Onnourrira les planaires une fois par semaine de foie,d’œuf dur ou de vers de terre, le tout finementhaché, et l’on retirera, après 3 heures, les alimentsnon consommés à l’aide d’un compte-gouttes.

3.21 Comportement des planairesLes planaires réagissent à des stimuli trèsdivers : les élèves pourront observer l’effet dela lumière, du bruit, des sources d’aliments, depetites décharges électriques ou de certains pro-duits chimiques (par exemple quelques cristauxde sulfate de magnésium). A l’aide d’une loupe,on peut voir fonctionner le pharynx tubulaireavec lequel l’animal ingère sa nourriture.

3.22 Régénération des parties mutilées chez lesplanaires

Pour observer chez les planaires la régénérationdes parties mutilées, on peut couper l’animal en



deux, sur une lame de verre avec une lame de rasoirbien tranchante. On peut aussi couper le corpsen deux dans le sens de la longueur. Si l’on nepratique qu’une incision partielle dans ce sens,on obtient un ver à deux têtes lorsque l’in-cision part de la tête, ou un ver à deux queueslorsqu’elle part de la queue (voir figure). Une foisl’opération effectuée, remettre les parties sépa-rées dans le récipient et s’abstenir de donner dela nourriture jusqu’à ce que la régénération sesoit produite.

Étude des populations

L’étude des populations végétales ou animalesinitie les élèves aux phénomènes d’interaction àl’intérieur de groupes d’organismes appartenantau même genre ou à la même espèce. Les expé-

riences pourront être faites soit sur le terrain,soit en classe : on pourra ainsi comparer ce quise passe dans les conditions naturelles et ce qui sepasse dans la classe où l’on peut modifier àvolonté le surpeuplement, le manque de nourri-ture, la désoxygénation et d’autres variables afind’en observer les conséquences sur telle ou tellepopulation.

3.23 Élevage des drosophilesLa mouche du vinaigre, Drosophila, est très sou-vent utilisée pour les études de génétique : elle estfacile à élever et se reproduit rapidement, cequi la rend très propice aux études de population.On peut attirer des mouches du vinaigre en plaçantdans un récipient des fruits en état de maturitétrès avancée. Une fois capturées, on peut les mettredans de petits bocaux contenant des morceauxde fruits : la banane est une excellente nourriture.Mettre un morceau de banane mûre au fond dubocal et adapter sur le goulot un petit entonnoirde papier dont l’extrémité sera percée d’un trou.Mettre le bocal en plein air et, lorsque 6 ou 8 mou-ches du vinaigre y auront pénétré, enlever l’enton-noir et boucher l’orifice avec un tampon de cotonhydrophile peu serré. Sur 6 ou 8 mouches, il doit yavoir normalement des mâles et des femelles : lesfemelles sont plus grosses et ont un abdomen plus

Mouches du vinaigre mâles et femellesA Brosse copulatrice

Élevage de mouches du vinaigreA Entonnoir en papierB Coton hydrophilec ŒufsD LarvesE Pupes et jeunes adultes



important ; les mâles sont plus petits et leur abdo-men est noir à l’extrémité (voir figure).

Les femelles ne tarderont pas à pondre et,après 2 ou 3 jours, les larves vont, éclore. On peurplacer à l’intérieur du bocal une feuille de papiersur laquelle les larves pourront aller s’installerquand elles seront sur le point de se transfor-mer en pupes. Ces pupes donneront à leur tourles insectes adultes (voir figure). En mettant lesmouches nouvellement écloses dans un autrebocal, on disposera d’une deuxième génération.

Prendre un morceau de papier millimétriqueet le placer verticalement dans un bocal : onpourra ainsi procéder, par échantillonnage, aurecensement d’une population nombreuse encomptant le nombre de pupes sur une portiondonnée de la grille. On demandera aux élèves defaire des relevés quotidiens de la population conte-nue dans le bocal. Lorsque celle-ci sera devenuetrès importante, on en fera l’estimation d’aprèsdes échantillons dénombrés sur une partie dupapier millimétrique. Pour illustrer l’évolutionde l’effectif, on tracera un graphique en portant lenombre de jours écoulés’en abscisse et le nombrede mouches en ordonnée. Le bocal sera conservétant que les mouches continueront à y survivre.Demander aux élèves quelles sont, selon eux, lesraisons qui expliquent les variations de l’effectifde la population des mouches.

3.24 Élevage des vers de farineLe charançon de l’espèce Tenebrio représente unexcellent organisme qui peut être élevé et conservépendant très longtemps; ses larves sont appeléesvers de farine : on peut se les procurer chez lesmarchands d’appâts pour la pêche ou de nourri-ture pour poissons d’aquariums.

On peut très facilement conserver un élevagede vers de farine dans du son ou de la farined’avoine mouillés qu’on mettra dans de grandsbocaux munis de couvercles grillagés empêchantles insectes adultes de s’échapper. On nourrirales adultes d’un peu de carotte crue ou autrelégume de la même famille. On commenceral’élevage avec 10 vers de farine. Chaque semaine,les élèves feront le décompte des larves, desnymphes et des adultes. Ce genre d’étude permet

d’obtenir des données sur l’évolution, pendantune période assez longue, d’une population sereproduisant en milieu fermé. Les élèves pourrontobserver le développement des insectes à desstades différents de leur existence : la populationcomprendra des adultes, des œufs, des larves etdes nymphes.

3.25 Culture de micro-organismesOn peut cultiver facilement des populations demicro-organismes dans de grands bocaux. Pourcela, recueillir dans un étang, dans un fossé oudans un ruisseau, des feuilles, de l’herbe ou autresvégétaux qui y croissent, et mettre ces matériauxdans un bocal rempli d’eau bouillie froide. Pen-dant plusieurs semaines, on prélèvera quotidien-nement des échantillons de l’eau du bocal aumoyen d’un compte-gouttes et on les observeraau microscope pour compter le nombre et lesdivers types de micro-organismes qu’elle contient.On pratiquera la technique d’observation dite dela goutte pendante : elle consiste à déposer aucentre d’une lame de microscope un anneau devaseline ou de graisse - il faut que cet anneausoit légèrement plus petit que la lamelle couvre-objet qu’on va utiliser (une bonne méthode pourdéposer cet anneau sur la lame est de le faire aumoyen d’un tube à essai dont le goulot aura étéplongé dans la graisse); la goutte d’eau contenantles micro-organismes qu’on se propose d’obser-ver est alors déposée au centre de la lamelle cou-vre-objet ; la vaseline ou la graisse fait adhérer lalamelle à la lame qu’on peut donc placer sur laplatine du microscope en position inversée poureffectuer les observations.

3.26 Étude de la population d’une culture de levurede bière

La levure existe à l’état naturel dans la pelliculecireuse qui recouvre certains fruits à peau lisse(pruine du raisin en particulier). Cependant, onpeut, en général se procurer de la levure de bou-langer : elle se reproduit rapidement, ce qui faitqu’elle se prête très bien à l’étude des variationsde population dues aux modifications du milieu.

A. Préparer des tubes à essai de solutions de



sucre, de mélasse ou de miel, en même tempsqu’un tube rempli d’eau servant de témoin. Met-tre dans chacun des tubes le quart d’un morceaude levure émietté, et comparer les résultats.Adapter sur le tube à essai contenant la solutionde sucre additionnée de levure un bouchon decaoutchouc à un trou muni d’un tube de verreet faire barboter le gaz qui se dégage dans unsecond tube à essai rempli d’eau de chaux limpide,ce qui permettra de détecter la présence de gaz car-bonique (voir figure). (Voir aussi expérience 2.39.)

Identification du gaz produit par lasolution de sucre additionnée de levure

B. La levure se reproduit par reproduction nonsexuée, selon un processus appelé « bourgeonne-ment ». Mettre une goutte de la solution de sucreadditionnée de levure sur une lame de microscopeet la recouvrir d’une lamelle couvre-objet pour

Cellules de levure bourgeonnantes

l’observer à l’aide de l’objectif à fort grossisse-ment. Chercher les cellules qui comportent desexcroissances ou bourgeons (voir figure). S’il estpossible de voir les noyaux des cellules, cherchers’il y en a dans les bourgeons.

3.27 Échantillonnage des populations de levurePour étudier l’accroissement des populations demicro-organismes, une bonne méthode consisteà faire démarrer chaque jour une nouvelle cultureet à faire un échantillonnage et un dénombrementde toutes les cultures successives au terme de lapériode qu’on s’est fixée. Par exemple, on feradémarrer une nouvelle culture de levure tous lesjours pendant 10 jours. en utilisant chaque fois

1 décigramme de levure; le dixième jour, on prélè-vera un échantillon de chacune de ces cultures eton fera la numération au microscope. II sera évi-demment avantageux de disposer d’une lame spé-ciale pour numération globulaire du sang, maisce n’est pas indispensable. Si la population cor-respondant à un jour donné se révèle trop impor-tante pour être recensée directement, on dilueral’échantillon en mettant 9 parties d’eau pour1 partie de solution échantillon (soit par exemple1 ml de solution pour 9 ml d’eau), puis on multi-pliera par 10 le chiffre obtenu pour avoir l’effectifréel de l’échantillon considéré. Si ce taux de dilu-tion ne suffit pas, on peut diluer davantage jus-qu’à ce que le décompte des organismes soit pra-ticable. Pour une double dilution, il faut multi-plier par 100 (10 x 10); pour une triple dilution,on multipliera par 1 000 (10 x 10 x 10). Eneffet, chaque nouvelle dilution se fait à partir dela dilution précédente et non à partir de l’échan-



tillon d’origine. Les chiffres obtenus serontreportés par les élèves sur un graphique pour êtreanalysés (voir modèle ci-contre) : le temps cons-titue la variable indépendante et les effectifsreprésentent la variable dépendante.

3.28 Représentation graphique des variations depopulation

Des élèves regrouperont les données ‘ou calcu-leront les moyennes pour toute la classe et repor-teront les résultats sur des graphiques d’ensemble.(Se souvenir que la culture vieille de 2 jours estcelle qui a été mise en route le huitième jour, etc.)

3.29 Accroissement des populations humainesOn demandera aux élèves de comparer les résul-tats obtenus pour les populations de levure à unecourbe de la croissance de la population humainedu globe (voir graphique).

1600 1700

Date (apr. J.-C.)1800 1900 2 000

Accroissement de la population humaine du globe

3.30 Accroissement des populations de mouches duvinaigre

Si l’on ne dispose pas d’un microscope permet-tant de dénombrer les cellules de levure, on com-

parera les comptages quotidiens de mouches duvinaigre ou de toute autre population à croissancerapide (voir graphique).

a) Dans un bocal de 1/4 de litreb) Dans un bocal de 1/2 litre

3.31 Échantillonnage d’une population decrevettes Artemia

Parmi les organismes qu’on peut utiliser pour lesétudes de population, la crevette des maraissalants (Artemia salina) est facile à élever et peucoûteuse. On trouve habituellement des œufs decette crevette chez les fournisseurs d’alimentspour poissons tropicaux. Les œufs éclosent à unetempérature de 21 °C au bout de 2 jours, si onles répartit à la surface d’une solution saline à100 g de sel pour 1 litre d’eau (utiliser du chlorurede sodium non iodé). On peut déterminer chaquejour l’effectif de la population par échantillon-nage. A cette fin, les élèves pourront étalonner uncompte-gouttes en comptant le nombre de gouttesnécessaires pour remplir une éprouvette graduéejusqu’à la marque indiquant 10 ml : par exemple,si l’on compte 160 gouttes pour atteindre ceniveau, c’est que chaque goutte contient 10 ml :160 = 0,07 ml. Une goutte provenant de cecompte-gouttes étalonné sera déposée sur unelame de microscope et l’on comptera les orga-nismes qu’elle contient; les élèves pourront alors



calculer le nombre de crevettes contenues dansun volume donné de la culture. Un graphique desvariations quotidiennes de la population donneraune image frappante du taux d’accroissement etdes pourcentages d’éclosions pour un nombred’œufs connu. Le dénombrement des œufs se faitavec une loupe et du papier millimétrique : ondisperse les œufs sur le papier de manière aussirégulière que possible et l’on effectue le comptagesur un échantillon aléatoire de carreaux; en mul-tipliant le chiffre obtenu par le nombre total descarreaux, on a une estimation de l’effectif globaldes œufs.

3.32 Comportement du ver de terre (Lumbricus)Pour l’étude des mœurs du lombric ou ver deterre, il sera commode d’utiliser une boîte en boisde 30 x 30 x 15 cm, fermée a l’avant par uneplaque de verre. On remplira cette boîte presquecomplètement de couches successives de sable (a),de terreau de feuilles (b) et de terre végétale (c),en prenant soin de tasser chaque couche avant demettre la suivante (voir figure). On placera des

feuilles de laitue, des feuilles mortes, un bout decarotte, etc., ainsi que quelques vers de terre àla surface. On entretiendra une certaine humiditéà l’intérieur du contenu de la boîte et l’on pourraainsi étudier les mœurs des vers de terre.

3.33 Fourmilière en cage d’observationA. Prendre des tasseaux ayant une section carréede 1,5 cm de côté, et 30 cm de long, et les assem-bler en forme d’U. Fixer ce cadre verticalementsur un socle. Découper ensuite 2 feuilles de verre

rectangulaires de 30 x 33 cm et les fixer de cha-que côté de ce cadre à l’aide de bracelets de caout-chouc ou de pinces métalliques. Fabriquer uncouvercle bien ajusté, comme le montre la figure.Percer, à environ 5 cm du haut, un trou de0,5 cm dans l’un des côtés du cadre et le boucheravec du coton hydrophile.

Pour installer la fourmilière, commencer parremplir l’espace entre les deux vitres de terreprovenant du champ où l’on aura pris les four-mis, puis compléter en haut avec de la terre sablon-neuse et tasser légèrement avec une règle pourque le niveau soit à peu prés à la hauteur du troubouché par le tampon d’ouate.

B. Pour ce qui est des fourmis, les petites fourmisnoires ou rouges sont celles qui conviennent lemieux. Elles forment leurs colonies sous despierres plates : il suffit de soulever une de cespierres pour les voir s’échapper dans tous les sens.Pour les capturer, il faudra se munir de 2 flaconspharmaceutiques à col étroit, de tampons decoton hydrophile en guise de bouchons, d’undéplantoir, d’un piège à insectes et d’une toileblanche ou d’un grand morceau de papier blanc.

Pour faire le piège à insectes, on prendra untube de verre ou de matière plastique de 2 à 3 cm



de diamètre et de 25 à 30 cm de long, un petitmorceau de treillis métallique très fin et un boutde tuyau flexible (voir figure). Découper unerondelle de treillis métallique légèrement plusgrande que le diamètre intérieur du tube de verreou de matière plastique, et enfoncer ce treillis àmi-longueur du tube en le poussant avec unebaguette; ou, encore, couper le tube en deux poury insérer le treillis et en réunir les deux moitiésau moyen de ruban adhésif. Fixer avec del’adhésif 50 cm environ de tuyau souple à l’unedes extrémités du tube transparent. On attrapefacilement les insectes en aspirant fortement parl’extrémité du tuyau souple.

Capturer une centaine de fourmis et les met-tre dans un des flacons.

Il s’agit ensuite de trouver une reine : pour cefaire, on creusera assez profondément dans lafourmilière avec le déplantoir et l’on mettra laterre recueillie sur la toile blanche étalée à terre;émietter la terre entre les doigts : on finira parremarquer une fourmi nettement plus grosse queles autres : c’est la reine. Il faut alors l’amener àentrer d’elle-même dans la deuxième bouteille, cequi requiert quelque patience.

C. Pour faire pénétrer les fourmis dans le nid quileur a été préparé, on remplira d’eau une grandecuvette plate et l’on placera au milieu une assiettecreuse renversée, formant ainsi une sorte d’îlotd’où les fourmis ne pourront pas s’échapper. Onposera le nid sur cette assiette et on libérera lesfourmis de leur bouteille, soit sur l’assiette, soitsur le haut du nid : une fois que la reine y seraentrée, les autres la suivront en passant par le troulatéral. Les fourmis n’aiment pas la lumière dujour; aussi conviendra-t-il de boucher le trou etd’entourer la cage de verre de papier craft avantde l’emporter pour la mettre dans son emplace-ment définitif. En étalant un peu de miel sur l’in-térieur du verre juste à côté du trou d’accès, onassurera aux fourmis une nourriture largementsuffisante; d’autre part, on arrosera un peu laterre du nid au moyen d’un compte-gouttes poury entretenir une certaine humidité.

Toutes les choses intéressantes qui se produi-ront à l’intérieur de la fourmilière - ponte des

œufs, formation des cocons, conversations entreles fourmis (qui communiquent entre elles en sedonnant réciproquement de petits coups sur latête avec leurs antennes) - pourront être obser-vées à la lumière artificielle, car celle-ci ne dérangepas les fourmis, et l’on pourra les voir d’autantplus facilement que les galeries seront nécessai-rement parallèles aux vitres de la cage.

Il sera particulièrement instructif de fairediverses expériences, par exemple de retirer quel-ques fourmis, puis de les réintroduire dans lafourmilière, d’y faire pénétrer des fourmis étran-gères, des pucerons, des araignées, etc.

Une fois que la fourmilière est constituée etque la reine s’est mise à pondre, on peut retirerle tampon de coton qui obture le trou d’accès.On placera le nid à proximité d’une fenêtre légè-rement entrouverte, et les fourmis continuerontd’aller et venir en toute liberté pendant toutel’année.

Étude des communautés

On appelle communauté (ou biocénose) un grou-pement de populations occupant une localitédonnée. Ce qui caractérise les communautés,c’est d’être constituées de populations végétaleset animales exerçant des fonctions déterminées.Certaines des populations sont les producteurs :on les appelle ainsi parce qu’elles sont capables decapter l’énergie d’origine solaire et de produirede la nourriture. Les populations qui se nour-rissent aux dépens des autres populations vivantesconstituent les consommateurs. Les populationsqui se nourrissent de matière morte sont ditesréductrices, étant donné qu’elles décomposent lamatière organique pour en extraire des substanceschimiques plus simples.

3.34 Étude d’une communauté vivant en circuitfermé

Pour initier les élèves à l’étude des communautésnaturelles, une méthode instructive consiste àinstaller une communauté type dans la classe.Les élèves seront invités à faire vivre plusieurscommunautés constituant des systèmes entière-



ment fermés, sauf en ce qui concerne la lumière.Chacune sera constituée par un bocal contenantde l’eau (exempte de chlore), quelques petitspoissons - guppys (Lebistes reticulatus), parexemple - quelques plantes aquatiques et quel-ques escargots d’eau. On vissera le couvercle dubocal et on le scellera en faisant fondre de laparaffine ou de la cire autour du joint, puis onimmergera le bocal dans un grand récipient enverre - cuve électrolytique, par exemple -rempli d’eau (voir figure). On pourra s’assurer

3.35

ainsi que le système est étanche et ne reçoit pasd’air. Cette communauté modèle sera installéesur un rebord de fenêtre où les élèves l’observe-ront quotidiennement. On réfléchira aux rela-tions existant entre les organismes contenus dansle bocal. Les élèves souhaiteront peut-être essayerde faire vivre une communauté bien équilibréepermettant aux organismes qui la constituent desurvivre plus longtemps.

3.35 L’évolution d’une communautéLa culture de micro-organismes est un excellentmoyen de démontrer que les communautés sontdynamiques et peuvent évoluer sensiblement avecle temps. Prendre un bocal de 5 litres, le remplir àmoitié d’herbe sèche et verser dessus de l’eaubouillie froide jusqu’à submersion. Couvrir avecune plaque de verre, de carton ou de contre-pla-qué. Les élèves seront invités à examiner quoti-diennement le contenu du bocal, d’abord àl’œil nu, puis à la loupe; des échantillons duliquide seront aussi étudiés au microscope. Lesélèves verront d’abord des bactéries; des proto-zoaires ciliés feront ensuite leur apparition (voirfigure), puis des rotifères. de petits vers ronds

Protozoaires : a) Amibe; b) Paramécie:c) Styloniche; d) Vorticelle; e) Colpidium;f) Tetrahymena.

h



(nématodes) et des crustacés apparaîtront peut-être à leur tour. On notera la disparition de cer-taines populations aussi bien que l’apparition depopulations nouvelles et il sera intéressant decomparer les changements observables à l’œil nuet ceux qu’on ne peut détecter qu’à l’aide dumicroscope.

3.36 Communauté d’un tronc d’arbre pourriA l’aide d’un déplantoir, extraire d’un troncd’arbre pourri deux ou trois fragments, qu’onmettra dans un sac en plastique pour les placerensuite dans le terrarium de la classe. En guise deterrarium on peut prendre un aquarium qu’oncouvrira d’une toile métallique; à défaut d’aqua-rium, on peut assembler des plaques de verre avecdu ruban adhésif fort et les placer dans un bacplat et étanche. Il n’est pas nécessaire d’y mettrede la terre (voir figure). Si le tronc se trouvaitdans un lieu humide, on arrosera de temps àautre.

Le tronc pourri peut abriter de nombreusesbestioles parmi lesquelles des fourmis, des ter-mites, des araignées et des capricornes. S’ilcontient des fourmis, il faudra leur donner quel-

supérieur d’une couche de vaseline. On obser-vera le morceau de bois pour voir quelles sortesd’insectes ou d’autres animaux en sortent : cer-tains pouvaient être présents à l’état d’oeufsquand on a recueilli le bois pourri et deviendrontpeut être adultes dans le terrarium.

3.37 Communauté du désertSi l’on n’habite pas à proximité d’un désert, ilfaudra se procurer les éléments nécessaires là oùon le pourra sans aller trop loin. On trouvera dusable sur une plage, au bord d’une rivière oudans le commerce. Certains animaux du désert,notamment des phrynosomes (iguanes), sont ven-dus chez les marchands d’animaux. On peut nour-rir les iguanes de fourmis et de vers de farine,qu’on trouve dans les mêmes magasins.

On peut acheter de petits cactus chez les fleu-ristes ou dans les grands magasins. On se procu-rera également quelques plantes succulentes :ce sont les plantes qui retiennent l’eau dans leursfeuilles, très charnues. En même temps que lesplantes, on placera dans le terrarium quelquespierres qui formeront falaise ou surplomb nonloin des bords (voir figure). Mettre une soucoupe

tronc d’arbre pourri Communauté du désert

ques miettes de pain et un peu d’eau sucrée surun fragment d’éponge. Pour empêcher les four-mis de sortir du terrarium, on enduira le rebord

remplie d’eau dans un coin et laisser au centre duterrarium une zone de sable découverte, surtoutsi l’animal est un phrynosome (on ne tardera pas à


voir pourquoi). La température du terrarium 3.39 Communauté de sous-boisrecevant cette communauté du désert doit être C’est le genre de communauté qu’on réalise lemaintenue entre 20 et 27 °C. plus souvent en miniature dans les terrariums.

En guise de végétaux, on se procurera de petites3.38 Communauté des prés fougères, de jeunes pousses d’arbres, des plantesDans ce cas particulier, il faut savoir se borner à à fleurs sauvages et surtout des plantes vertesquelques-unes des nombreuses sortes d’herbes, de (gaulthérie ou pirole par exemple). On piquerajeunes pousses d’arbres et autres plantes qui dans le sol quelques-unes de ces plantes et l’oncroissent dans les prés. On a également le choix couvrira le reste de la surface avec des mousses,entre un grand nombre d’animaux, y compris des de jolies pierres, voire une petite souche (voiraraignées qui tissent de magnifiques toiles rayon- figure).nantes. Ces araignées ayant besoin de beaucoup En ce qui concerne les animaux, on chercherad’espace pour y faire leurs toiles, il faudra pré- à se procurer de petits crapauds, des grenouillesvoir un bac d’aquarium d’une cinquantaine de ou des rainettes, ainsi que des tritons rouges (quilitres. sont de petites salamandres). Tous ces animaux

On trouvera peut-être des plantes portant des ainsi que les plantes de sous-bois aiment l’humi-

Communauté des prés

œufs ou des cocons d’insectes : on pourra alors dité : on devra donc arroser souvent le terrariumobserver ce qui en sort. Si l’on désire avoir un et l’on aménagera dans un coin une petite mareanimal plus gros dans le terrarium, essayer de se comme celles qu’on trouve dans les bois.procurer une petite couleuvre (Thamnopis parexemple); elle se nourrira de vers de terre et de grosinsectes. Il faudra alors prendre soin de maintenirle terrarium relativement sec, car les serpentscontractent souvent des maladies de la peau si onles oblige à vivre en terrain humide (voir figure).


Communauté de sous-bois



En règle générale, les biologistes s’intéressentnon seulement aux êtres vivants qui constituentune communauté mais aussi aux facteurs nonvivants comme la température, la quantité delumière, la quantité d’oxygène disponibles, etc.Lorsqu’on étudie à la fois les caractères vivantset les caractères non vivants, on parle d’écosys-tème : un écosystème est l’ensemble de la com-munauté vivante et du milieu physique environ-nant. L’étude d’un écosystème consiste à obser-ver et à mesurer les relations qui s’établissententre les divers sous-systèmes qui le constituent.

3.40 Écosystème d’un étangUn étang constitue un excellent sujet d’étude pourles élèves. La communauté d’un étang contientune grande diversité de plantes (producteurs),d’animaux (consommateurs) et de micro-orga-nismes qui assurent la décomposition des maté-riaux (réducteurs) [voir figure]. En observant lamanière dont plantes et animaux se nourrissent,on peut comprendre ce qui constitue la chaîne del’écosystème considéré. Pour une étude plusquantitative, il vaut mieux toutefois disséquer lesorganismes et examiner le contenu de leurs esto-macs; mais, bien sûr, cela oblige à détruire lesorganismes, et l’écosystème se trouve alors consi-dérablement modifié. On préférera donc peut-être laisser les élèves s’attacher surtout à recueil-

Écosystème d’un étang (coupe) montrantles formes vivantes caractéristiques



lir des renseignements sur l’écosystème de telle d’eau. On placera sur le pourtour de l’entonnoirmanière que les risques de le modifier ou de le quelques boulettes de mastic afin de permettredétruire en cours d’étude soient réduits au mini- à l’eau de circuler librement entre le becher etmum. Les déductions devront alors probable- l’entonnoir. Il convient de s’assurer que lesment remplacer les observations directes : on plantes aquatiques n’ont pas été en contact avecprendra bien soin, dans ce cas, de ne pas consi- un récipient en zinc avant d’être introduites dansdérer comme observation ce qui n’est qu’une l’appareil. La lumière requise pour que s’effectuedéduction. Par exemple, la présence dans un la photosynthèse sera fournie par l’exposition enétang d’une grenouille et d’une abeille pourrait plein soleil ou par une lampe électrique. On peutinciter l’élève à dire qu’un des maillons de la identifier le gaz qui se dégage des plantes etchaîne alimentaire va de l’abeille à la grenouille : s’accumule dans le tube à essai en y plongeantor il se peut que les grenouilles ne mangent pas l’extrémité d’une allumette légèrement incandes-d’abeilles et qu’ainsi on n’en trouve jamais dans cente : elle s’enflamme. Cette expérience est lale contenu stomacal des grenouilles. plus simple qui permette d’identifier la présence

d’oxygène. (La tige d’Elodea étant creuse, si l’onen perce l’extrémité avec une épingle les bulles

Étude des plantes d’oxygène se dégageront plus vite et formerontun chapelet; en les comptant, on pourra quanti-

3.41 Photosynthèse fier les observations.)On peut démontrer l’existence de la photosyn-thèse chez les plantes en mettant des plantes 3.42 Respirationaquatiques, comme Elodea (Anacharis), dans un On peut mettre en évidence l’activité respira-entonnoir qu’on placera la tête en bas dans toire des organismes à l’aide d’un dispositif quiun brand becher rempli d’eau et sur le goulot fait passer de l’air sur des feuilles, des insectes ouduquel on renversera un tube à essai (voir un animal de petite taille et le fait ensuite bar-figure). On éliminera l’air contenu dans le tube à boter dans une solution faible d’eau de chauxessai en l’aspirant au moyen d’un mince tuyau Ca(OH)2. Ce dispositif doit être isolé du gaz car-ou d’une gaine isolante de fil électrique servant bonique contenu dans l’air, comme le montre lade chalumeau, de sorte que le tube se remplira figure.

3.41 Production d’oxygènepar photosynthèse

3.42 Étude de la respirationA Vidange (vers l’évier)B Eau du robinetc Eau de chauxn Arrivée d’air



Monter l’appareil comme l’indique la figuremais en laissant vide la troisième bouteille; puisle faire fonctionner en aspirant au moyen d’unsiphon le contenu du grand récipient (une grossebonbonne) jusqu’à ce qu’il soit complètementvide, et noter les résultats. Renouveler la solutioncontenue dans toutes les bouteilles et, cette fois,introduire dans la troisième bouteille des feuillespeu tassées ou un animal. Comparer les résultatsobtenus avec ceux de l’opération précédente quisert de témoin.

L’eau de chaux se trouble en présence de gazcarbonique : on peut le montrer en soufflant aumoyen d’un chalumeau dans un récipient conte-nant de l’eau de chaux limpide. Les élèves pour-ront constater que les feuilles de végétaux pro-duisent de l’oxygène dans certaines conditions etdu gaz carbonique dans d’autres, et que les feuillesdégagent le même gaz que la respiration humainedans certaines conditions.

3.43 TranspirationLes feuilles dégagent également de la vapeurd’eau. Pour le montrer, on utilise un potomètre(voir figure). Les élèves pourront mesurer le tauxde déperdition d’eau (transpiration) dans diffé-rentes conditions d’humidité, de vent et de tem-pérature. Ils pourront également rapprocher letaux de transpiration de la surface foliaire totale.On peut évaluer approximativement cette surface

PotomètreA Bulle d’airH Graduation

en posant une feuille sur du papier millimétriqueet en traçant le contour de la feuille sur celle-ci :le nombre des carreaux contenus à l’intérieur dece contour donne la superficie de la feuille.

3.44 Produits de l’activité de la feuilleA. Dans la feuille, on peut constater la présencede sucre, qui résulte de la photosynthèse, et degrosses molécules d’amidon formées à partir deplusieurs molécules de sucre. Pour ce qui est del’amidon, un test simple consiste à mettre encontact avec la feuille une solution faible d’eauiodée : l’apparition d’une coloration bleu-noircaractéristique révélera la présence d’amidon.On prépare l’eau iodée en faisant dissoudre 10 gd’iodure de potassium dans 100 cm3 d’eau dis-tillée et en ajoutant 5 g d’iode. Pour démontrerle virage de la coloration on peut faire un essaisur des tubercules de pommes de terre ou surun empois d’amidon. Pour l’application à desfeuilles, il est nécessaire de ramollir les tissusfoliaires en les faisant bouillir dans de l’eau pen-dant quelques minutes. On passera ensuite lafeuille dans de l’alcool bouillant jusqu’à dispa-rition des pigments qui masqueraient la réaction.

Attention : faire chauffer l’alcool sur unréchaud électrique, ou au bain-marie si l’onemploie une flamme. II faut compter normale-ment 5 à 8 minutes pour éliminer la chlorophylle,mais avec des feuilles charnues il faudra peut-être prolonger l’opération ou changer l’alcoolpour que les pigments soient complètement éli-minés. La réaction de l’eau iodée doit se produireen moins de 15 minutes.

B. Les feuilles de certaines plantes se prêtentbien aux tests d’identification des sucres car, aulieu des grosses molécules d’amidon, elles ontemmagasiné des molécules simples de sucre : c’estle cas, en particulier, du ‘blé, de la betterave àsucre et de l’oignon. Des bulbes d’oignons ger-més, cultivés dans la classe, pourront facilementfournir ce genre de feuilles. On en coupera dessegments de 2 cm de long qu’on fera bouillirdans un tube à essai en Pyrex en présence de2 cm3 environ du réactif approprié. (Le réactifdes sucres se prépare comme suit : prendre 173 g



de citrate de sodium, 200g de carbonate de sodiumcristallisé et 17,3 g de sulfate de cuivre cristallisé;faire dissoudre le carbonate et le citrate dans100 cm3 d’eau [ces produits se dissolvent mieuxdans l’eau chaude], puis faire dissoudre le sulfatede cuivre dans 100 cm3 d’eau et verser lentementcette dernière solution dans la solution de carbo-nate et de citrate; laisser refroidir et compléteren ajoutant de l’eau pour faire un litre de réactif.)Le changement de coloration peut être démon-tré de la manière suivante : faire dissoudre unpeu de sucre de canne dans 10 cm3 d’eau conte-nue dans un tube à essai; ajouter de la salive :celle-ci changera le sucre de canne, double, enun sucre simple (glucose); mettre 3 cm3 de réactifet faire bouillir : lorsqu’un sucre simple est pré-sent, il se forme un précipité jaunâtre ou rou-geâtre.

3.45 Mesure de l’activité de la feuillePour déceler la présence de gaz carbonique, onutilise du bleu de bromothymol. Remplir auxtrois quarts d’eau 4 tubes à essai; ajouter environ25 gouttes de bleu de bromothymol dans chaquetube. Dans deux des tubes, mettre une tiged’Elodea ou d’une autre plante aquatique (voirfigure). Au moyen d’une paille, faire des bullesdans l’un des tubes qui ne contiennent aucuneplante puis dans un de ceux qui en contiennentune et observer le changement de coloration quiindique la présence de gaz carbonique. Boucheralors les 4 tubes et observer les modifications qui

se produisent pendant une période allant de15 minutes à 1 heure. Recommencer l’expériencemais, cette fois, en mettant les tubes dans unendroit obscur, l’intérieur d’une armoire parexemple.

3.46 Culture de plantes sans sol en classeA. Si, dans la salle de classe, on met une patatedouce dans l’eau, elle donnera un feuillage abon-dant. Placer la patate dans un verre ou un bocal,en dirigeant sa racine vers le bas, et mettre del’eau de manière qu’elle la couvre à peu près autiers : on peut maintenir la patate en place en yenfonçant 3 cure-dents ou 3 allumettes qui pren-dront appui sur les bords du bocal (voir figure).

B. Les racines de carottes, de betteraves et denavets contiennent une grande quantité de matièresnutritives. Si on les cultive dans l’eau, elles don-neront naissance à des feuilles, mais non à denouvelles plantes. Débarrasser la racine desvieilles feuilles qui la surmontent, puis la couperde manière à n’en garder que 5 à 8 cm; placer cetronçon dans un récipient peu profond remplid’eau en le maintenant vertical au moyen dequelques galets.

C. Couper un ananas à une distance de 3 à 5 cmau-dessous de la base des feuilles et placer cetronçon dans un récipient peu profond remplid’eau : les feuilles continueront à pousser pen-dant plusieurs semaines.

3.46 Culture de plantesen classe



3.47 OsmoseChoisir une carotte (ou une pomme de terre)assez grosse à sa partie supérieure et dépourvuede crevasses. Au moyen d’un couteau bienaiguisé ou d’un vide-pommes, faire un trou d’en-viron 5 cm de profondeur dans le collet de lacarotte, en prenant bien soin de ne pas fendre lecollet. Remplir cette cavité d’une solution concen-trée de sucre. Boucher hermétiquement au moyend’un bouchon de caoutchouc percé d’un trouportant 2 pailles serrées l’une contre l’autre ou untuyau de verre (voir figure). Placer la carottependant quelques heures dans un bocal remplid’eau. Si le trou creusé dans le collet n’est pastrès rond, il faudra peut-être sceller le bouchon aumoyen d’un peu de bougie fondue. Les élèvesaimeront certainement jouer à qui fera monterl’eau le plus haut dans le tuyau.

Osmose

3.48 Développement de racines sur des morceauxde plantes

Se procurer une boîte remplie de sable et lamettre dans un endroit abrité des rayons dusoleil. Mouiller le sable copieusement et y entre-tenir une humidité permanente. Dans ce sable,planter l’un ou l’autre des végétaux suivants :a) des bulbes d’espèces diverses; b) des bouturesde bégonia ou de géranium; c) un bout de tigede canne à sucre dont un nœud sera enterré dansle sable; d) un bout de tige de bambou dont unnœud sera enterré dans le sable; e) des collets decarottes, de radis et de betteraves comportantchacune une petite portion de racine; f) un oignon:g) un rhizome d’iris; h) des morceaux de pommede terre portant des yeux; i) une petite branchede saule.

3.49 Croissance des racines à partir des graines :test du pouvoir germinatif

Plier 1 m2 de mousseline deux fois sur lui-mêmedans le même sens. Sur une moitié du panneau dudessus, dessiner au crayon 8 ou 10 carrés d’en-viron 5 cm de côte (selon le nombre d’espèces degraines dont on disposera). Numéroter cescarrés et, sur chacun d’eux, disposer 10 grainesprises dans un même sachet (voir figure). Noterla disposition des diverses semences. Replierl’autre moitié du tissu sur les graines. Enrouler letout et ligaturer avec une ficelle sans serrer, puissaturer d’eau. Placer le rouleau dans un endroitassez chaud pendant plusieurs jours, en mainte-nant une humidité constante, puis dérouler etvoir combien de graines de chaque espèce ontgermé. Les élèves exprimeront le pouvoir germi-natif sous forme de pourcentages ou en établis-sant des courbes.

3.50 Un jardin dans un verre à boireChaque élève fera son petit jardin dans un verred’eau. Enrouler du papier buvard ou des ser-viettes en papier et les placer à l’intérieur duverre. Au centre du rouleau, mettre de la moussede tourbière, du coton, de la sciure de bois ou


.C

Sciences biologiques

Jardin dans un verre à boireA Serviettes en papierB Coton hydrophile, etc.c Papier millimétriqueD Graines

des copeaux. Entre le papier et le verre, insérer unmorceau de papier millimétrique imprimé à l’en-cre indélébile et coupé à la dimension voulue.Introduire des graines de haricots entre ce papiermillimétrique et le verre, comme indiqué sur lafigure, et arroser le centre du verre. Les élèvesobserveront la croissance fréquemment et se ser-viront des lignes tracées sur le papier millimé-trique comme repères. Ils pourront présenterles résultats sous forme de courbes en portantles temps en abscisse et l’allongement des tiges(en millimètres) en ordonnée.

188

3.51 Germination du pollenFaire une solution concentrée de sucre et la ver-ser dans un récipient peu profond, une soucoupepar exemple. A la surface de cette solution,secouer le pollen de diverses sortes de fleurs.Couvrir d’une plaque de verre et laisser séjour-ner dans un endroit chaud pendant plusieursheures. Si l’expérience réussit, on pourra voir depetits tubes se développer sur les grains de pol-len : les examiner à la loupe.

3.52 Structure des grainesFaire tremper des graines de haricots, de petitspois, de citrouilles, de tournesols, d’arachides, demaïs et d’autres grosses graines, puis les décorti-quer et les ouvrir soigneusement pour étudier lesparties dont elles sont constituées. Il est sansgrand intérêt d’apprendre aux élèves les désigna-tions botaniques des divers éléments, même s’ilsprennent plaisir à les retenir: il est plus utile de

Étude comparée de la structure d’unedicotylédone (haricot) et d’une monocotylédone(maïs). Remarquer que, dans le cas d’unegraine comme celle du haricot, l’embryondigère tout l’albumen, mais que, s’agissantd’une espèce comme le maïs, l’embryonn’absorbe qu’une faible partie de l’albumen avantla germination

Germination et premiers stadesde la croissance d’un haricotA FeuilleB Tigec CotylédonD Racine primaireE Radicule



leur apprendre à reconnaître quelle est la partiede la graine qui correspond à la jeune plante etcelle qui contient les réserves alimentaires (voirfigures).

3.53 Différentes parties d’une fleurExaminer des spécimens de grandes fleurs sim-ples, tulipes ou lys par exemple. Compter les éta-mines et observer leur disposition autour du pis-til central. Faire de grands diagrammes représen-tant les organes essentiels, en inscrivant le nomdes différentes parties du pistil (stigmate, style etovaire) et des différentes parties de l’étamine(filet et anthère).

La partie terminale de la tige qui supporte lafleur s’appelle le réceptacle. A la base du récep-tacle, on trouve en général des sortes de feuillesqui entouraient le bouton : ce sont les sépales.Les sépales sont généralement surmontés d’unecouronne de pétales de couleurs vives appeléecorolle (voir figure).

Différentes parties d’une fleurA ÉtaminesB PistilC PétalesD SépalesE RéceptacleF AnthèreG FiletH StigmateJ StyleK Ovaire

3.54 Dissection de fleurs simplesA. Si l’on peut se procurer des fleurs en nombresuffisant, le mieux est de faire exécuter cet exer-cice individuellement par chaque élève. On choi-

sira des fleurs simples pourvues d’une seule ran-gée de pétales. Prendre 5 morceaux de bristol oude papier et inscrire sur chacun d’eux l’un destermes suivants : étamines, pistil, pétales, sépales,réceptacle. Disséquer soigneusement une fleuret en déposer délicatement les diverses partiessur les cartons correspondants. Certaines fleursse laissent facilement disséquer mais, pour d’au-tres, on aura peut-être besoin d’employer uncouteau ou une paire de ciseaux.

B. Prendre une des étamines et passer délica-ment l’anthère sur la surface d’un morceau depapier noir : on verra normalement des traces depollen qu’on examinera au microscope.

C. Faire une coupe transversale de l’ovaire àl’aide d’un couteau bien aiguisé et compter lesovules ou les loges contenant les graines. Essayerde voir les embryons de graines dans les ovules.

3.55 Développement du fruitA. Récolter des spécimens de fleurs à diversstades de maturité, depuis le début de l’éclosiondu bouton jusqu’à la chute des pétales. Faireune coupe de chaque ovaire et observer les modi-fications qui se produisent pendant la formationde la graine. La rose, la pomme et la tomateconviennent très bien pour cet exercice.

B. Dans 1 kg de petits pois, haricots verts ouautres légumineuses fraîchement cueillis, chercherdes cosses qui ne sont pas complètement rem-plies. Les ouvrir et les comparer avec celles quisont bien remplies. Les graines avortées sontles restes d’ovules non fertilisés par le pollen.

3.56 MonocotylédonesSe procurer plusieurs tiges de diverses plantestelles que le bambou, la canne à sucre ou le maïs.Les couper transversalement au moyen d’uncouteau très bien aiguisé ou d’une lame de rasoir.Étudier les ressemblances entre les coupes. Noteren particulier que les tubes des faisceaux libéro-ligneux sont répartis jusque dans la moelle quiremplit le coeur de la tige.



3.57 DicotylédonesSe procurer des tiges de diverses plantes ouarbustes tels que le saule, le géranium, la tomate,etc. Les couper transversalement à l’aide d’uncouteau bien aiguisé ou d’une lame de rasoir.On remarquera que, juste sous l’assise extérieurede la tige, se trouve une couche d’un vert vif :c’est le cambium. On notera également que lestubes des faisceaux libéro-ligneux sont disposésen cercle autour du cœur, ligneux, de la tige.

3.58 Action de la lumière sur la croissance de latige

A. Dans 2 pots de fleurs, semer des graines àcroissance rapide : avoine, radis, haricot ou mou-tarde, par exemple. Quand les pousses aurontatteint environ 2,5 cm, coiffer l’un des pots d’uneboîte percée d’un trou à la partie supérieured’un de ses côtés. De temps en temps, souleverla boîte et observer l’orientation des pousses.Faire pivoter la boîte de manière que la lumièrearrive d’une direction différente et observer l’effetproduit au bout de quelques jours.

B. Disposer 2 écrans en chicane dans une boîteoblongue et étroite, comme l’indique la figure, etdécouper une ouverture circulaire à une extré-mité de la boîte. Dans un petit pot pouvant logerà l’intérieur de la boîte, planter une pomme deterre germée et placer le pot derrière l’écran leplus éloigné de l’ouverture, Couvrir la boîte etla mettre auprès d’une fenêtre. Observer de tempsen temps l’orientation prise par les pousses.

C. Planter quelques graines à croissance rapidedans 4 pots de fleurs qu’on placera à l’abri de lalumière jusqu’à ce que les pousses aient atteintenviron 2,5 cm. Mettre l’un des pots sur le rebordd’une fenêtre bien ensoleillée et observer le résul-tat. Faire pivoter le pot pour que les plantes nesoient plus orientées vers la lumière et observerl’effet produit. Laisser quelques jours ce mêmepot dans un endroit abrité de la lumière directe etobserver à nouveau.

D. Placer chacun des 3 autres pots dans uneboîte différente. Dans chaque boîte, découper uneouverture qu’on recouvrira d’une feuille de cello-phane de couleur différente pour chaque boîte(rouge, jaune et bleu par exemple). Disposer les3 boîtes avec les pots qu’elles contiennent dans unendroit bien éclairé et de telle sorte que l’ouver-ture soit en pleine lumière. Observer les diffé-rences qui peuvent se manifester dans l’action delumières de couleurs différentes sur la croissancedes tiges.

3.59 Action de la pesanteur sur la croissance destiges et des racines

A. Placer des graines à croissance rapide (avoine,radis ou moutarde par exemple) sur du papierbuvard humide pris entre deux plaques de verremaintenues par des bracelets de caoutchouc et enposition verticale. Une fois la germination effec-tuée, faire pivoter les plaques de 90° dans le planvertical et les laisser dans cette position. De tempsen temps, les faire pivoter à nouveau de 90°, enles laissant verticales, et observer les conséquencessur la croissance des racines.

B. On peut encore étudier l’action de la pesan-teur sur la croissance des racines en procédantde la façon suivante : faire germer quelques

Action de la pesanteur sur les racines



graines, en choisir une à la pousse bien droite,l’empaler sur une longue épingle ou une grandeaiguille et la fixer de cette manière sur un bou-chon; mettre ensuite dans une bouteille un peu decoton hydrophile ou de papier buvard humide etla fermer par le bouchon portant la pousse (voirfigure). La bouteille sera mise dans un placard, àl’abri de la lumière, et on l’observera toutes les4 heures.

3.60 Étude des tissus de la tigeLes coupes transversales de tiges sont excellentespour l’examen au micro-projecteur ou au micros-cope de faible puissance (voir figure). Il est facile

de les faire suffisamment minces pour les observerau microscope. La comparaison de tiges de mono-cotylédones et de tiges de dicotylédones constitueune intéressante introduction à l’étude des plantesvasculaires. En plaçant la tige dans un becherrempli d’eau additionnée d’encre rouge ou decolorant, on pourra faire ressortir celles descellules qui jouent un rôle dans l’ascension del’eau dans la tige. On peut aussi utiliser à cette findes tiges de céleris ou de haricots. Le mouvementascendant de l’eau dans les tiges sera facilitési la coupe est effectuée sous l’eau : on empêcheainsi la formation de bulles d’air qui entravent lamontée de l’eau dans les vaisseaux.

Coupe transversale d’une tigeA MoelleB Xylène (bois)c CambiumD Phloème (liber)E Épiderme



Étude des animaux

3.61 Processus d’échanges dans les organesanimaux

On peut mesurer la quantité d’oxygène consom-mée par un petit animal grâce à l’absorption degaz carbonique par une solution d’hydroxyde depotassium. Préparer un récipient bien bouché oùl’on suspendra du papier imbibe d’une solutionà 0,5 % d’hydroxyde de potassium et y introduireun cafard, un criquet ou plusieurs vers de farine.Le récipient doit être muni d’un bouchon à deuxtrous dont l’un portera une pipette de 0,2 ml ouun tuyau de verre de petit diamètre intérieur (voirfigure). Si l’on utilise un tuyau de verre, il faudraplacer derrière lui un morceau de papier millimé-trique ou une réglette graduée en millimètres afinde disposer de repères pour observer le mouve-ment d’une goutte d’eau colorée ou de teinture àl’intérieur du tuyau. On empêchera l’organismecontenu dans la bouteille d’entrer en contact avecle papier absorbant en entourant celui-ci de papierfroissé ou en l’attachant à une ficelle elle-mêmefixée par une punaise à la partie inférieure du bou-chon. On fera préparer par les élèves un flacontémoin contenant les mêmes éléments que le pre-mier, à l’exception de l’organisme étudié. Onnotera à intervalles réguliers le mouvement de lagoutte d’eau colorée et on comparera avec leflacon témoin. La différence constatée est due à latransformation de l’oxygène en gaz carboniquepar l’organisme. Les élèves examineront cetorganisme pour y découvrir les organes quiservent à l’admission de l’air. par exemple lesstigmates.

Mesure de l’oxygène absorbépar un petit animal

3.62 Observation d’un cœur d’escargotSi vous avez un aquarium abritant des escargotsd’eau, vous pourrez y découvrir de minces amasgélatineux collés au verre ou aux feuilles desplantes aquatiques. A l’aide d’une lame de rasoir,on peut les détacher sans les abîmer et les placersur une lame de microscope où l’on aura déposéquelques gouttes de l’eau contenue dans l’aqua-rium. En les examinant avec un micro-projecteurou un microscope de faible grossissement, onpourra voir facilement les palpitations du cœur.

Étude des tissus

3.63 Qu’est-ce qu’un tissu?On appelle tissu le groupement de cellules sem-blables d’un organisme multicellulaire qui rem-plissent une même fonction. L’activité d’un orga-nisme implique souvent que des tissus différentsfonctionnent de manière coordonnée. La dissec-tion d’une patte de poulet illustrera bien les rela-tions entre tissus différents. Les élèves pourrontconstater que les mouvements des os des doigtssont commandés par des tendons qu’il suffit detirer pour mettre en évidence leur action. Pourpréparer la patte de poulet, on la dépouillera eton séparera les différents tendons en les débar-rassant du tissu conjonctif jusqu’au bout desdoigts. On fera découvrir aux élèves quels sontles tendons (et donc, quels sont les muscles) quifont contracter les doigts et quels sont ceux quiles font s’étirer et s’ouvrir. On étudiera les fonc-tions des os, des tendons, des muscles, du sang,des vaisseaux sanguins et des nerfs que la dissec-tion de la patte de poulet a permis de mettre enévidence.

3.64 Un tissu liquideLe sang est un tissu facile à étudier. Il offre unegrande variété de caractères intéressants et origi-naux (coagulation, présence d’anticorps, groupessanguins, etc.), ce qui fait que son étude constitueune excellente introduction à celle des transplan-tations d’organes, de la génétique, de la respira-tion et de toute une série d’autres sujets. En règlegénérale, on évitera d’utiliser des échantillons de



sang prélevés sur des élèves. On prendra plutôt,comme on le fait couramment, du sang de gre-nouille, du sang de mammifère provenant d’unabattoir ou d’une boucherie, ou encore du sangcomplet périmé emprunté à un hôpital.

Attention : si l’on envisage d’utiliser du sangprélevé sur les élèves, on s’assurera d’abord queles règlements médicaux et scolaires locaux n’in-terdisent pas cette pratique, comme c’est souventle cas. Si elle est autorisée, on se fera une règleabsolue de ne jamais utiliser plus d’une fois unelancette pour ne pas risquer de propager unemaladie contagieuse telle que l’hépatite virale parexemple. Passer la lancette à la flamme ou laplonger dans l’alcool ne suffit pas à éviter latransmission du virus.

On peut empêcher le sang de mammifère de secoaguler en l’additionnant d’une solution decitrate de sodium à 2 % à raison de 1 partie desolution de citrate pour 4 parties de sang. Lesélèves seront invités à observer du sang de gre-nouille et du sang de mammifère au microscopeafin de faire la comparaison entre les cellulessanguines à noyau et sans noyau.

3.65 Observation du flux sanguinOn peut observer les cellules sanguines chez cer-tains organismes vivants tels que les poissonsou les grenouilles. Le poisson ou la grenouillesera enveloppé dans un linge mouillé et épinglésur une planchette de bois tendre ou de liègepourvue d’une ouverture permettant l’observa-tion au microscope. On étalera sur cette ouverturela nageoire caudale du poisson, ou la membrane

des pattes palmées de la grenouille de manière àpouvoir placer toute la préparation sur la platined’un microscope (voir figure). On pourra alorsvoir les cellules sanguines se glisser dans les vais-seaux très étroits qui tapissent la fine membranede la nageoire ou des pattes de grenouille. Le laitd’une noix de coco constitue un autre tissuliquide intéressant : on utilise souvent ce liquidetrès nutritif pour les cultures de tissus où il four-nit les aliments nécessaires à la prolifération destissus à partir d’une seule cellule ou d’un toutpetit nombre de cellules.

Étude des cellules

3.66 Qu’est-ce qu’une cellule?Les types de cellules qu’on peut observer en classeau microscope sont très variés. Bien qu’ilen existe d’assez grosses (par exemple, l’œufd’autruche ou les cellules de certaines alguesmarines) il faut le plus souvent un microscopepour une étude sérieuse. Les sources possibles decellules sont de deux sortes. Il y a des cellules quisont considérées comme des organismes entiersappelés protistes : c’est le cas notamment descellules de levure, des protozoaires, des bactéries,des euglènes et d’autres organismes unicellulaires.Mais, étant donné que ces organismes unicel-lulaires se présentent en groupes qui forment enfait une population, il est peut-être préférable decommencer par étudier les cellules contenues dansles tissus d’organismes multicellulaires. II estfacile de faire une démonstration frappante de la

A B C

Poisson et grenouillepréparés pour l’observationdu flux sanguina u m i c r o s c o p e



différence entre cellules de tissus animaux etcellules de tissus végétaux. On trouve couram-ment dans les aquariums une plante qui se prêtetrès bien à cette démonstration : c’est l’élodée(Anacharis) [voir figure]. On prendra de préfé-rence les petites feuilles qui se trouvent à la basedu bourgeon terminal. Mettre une seule petitefeuille dans une goutte d’eau sur une lame demicroscope, la recouvrir d’une lamelle et l’obser-ver au microscope. Avec un éclairage intense, onpourra peut-être observer le mouvement internedes chloroplastes, appelé cyclose.

3.64 Différences entre cellules végétales et cellulesanimales

A l’aide d’un cure-dents propre, raclez délicate-ment la face intérieure de votre joue. Mettez larâclure blanchâtre recueillie dans une goutted’eau sur une lame de microscope. Ajoutez unegoutte de colorant, bleu de méthylène ou eauiodée, et couvrez avec une lamelle. Observezau microscope, d’abord à faible grossissement,puis à fort grossissement. Les élèves comparerontla cellule animale à la cellule végétale (voir figure).

Cellules de la face internede la joueA NoyauB Cytoplasmec Membrane cellulaire

3.68 Cloisons des cellulesLa préparation microscopique de feuille d’élodée(voir 3.66) peut être utilisée pour mettre en évi-dence la présence d’une cloison cellulaire (mem-brane squelettique). Mettre une goutte d’eau saléesur un des bords de la lamelle couvre-objet, puis

Cellules d‘élodée placées dans unesolution saline

attirer cette solution saline sous la lamelle enplaçant un morceau de serviette en papier ou depapier buvard sur le bord opposé de manièreque le liquide déposé sur la lamelle soit absorbépar le papier. L’eau contenue dans les cellulespassera par diffusion dans l’eau salée. A mesureque s’opère cette diffusion, on verra le contenucellulaire diminuer de volume tandis que lescloisons cellulaires rigides conserveront leurstructure initiale, On peut utiliser d’autres cellulesvégétales pour mettre en évidence ce phénomène.Les feuilles charnues pourvues d’une mince cou-che superficielle détachable peuvent éventuelle-ment fournir de fines couches de cellules : c’estle cas notamment des feuilles de Tradescantia; delaitue ou d’épinards.

3.69 Reproduction des cellulesPour étudier ce processus de reproduction fon-damental connu sous le nom de division cellu-laire, on choisira un tissu approprié à croissancerapide. La zone apicale de la racine des oignonsou d’autres plantes voisines convient parfaite-ment à cette fin. Si l’on place des bulbes d’oignons,des gousses d’ail ou des plants d’oignons dansun bain d’eau bien aéré, on disposera d’unegrande quantité de matériaux pour cette étude.Couper la pointe des racines blanches de spéci-mens sains et conserver une section cylindriquede 3 mm prise à l’extrémité de la racine. La placerdans une goutte de carmin acétique sur une lamede microscope. Couper la pointe de racine d’oi-gnon à la lame de rasoir pour obtenir des frag-ments aussi petits que possible. Couvrir la prépa-ration d’une lamelle couvre-objet. Puis. avec ledoigt protégé par un morceau de serviette enpapier, exercer délicatement une pression sur lalamelle, pour écraser les morceaux de racine en


3.70

veillant à ce que la lamelle ne glisse pas. Examinerensuite la préparation au microscope en utilisantl’objectif à faible puissance.

On cherchera à apercevoir des corps filiformesde coloration sombre : ce sont les chromosomeset les configurations qu’ils forment au cours de lamitose. Les élèves s’efforceront de dégager lesdivers types et les stades de la division auxquelsils correspondent, Puis, lorsqu’on aura bien misau point la technique, on demandera aux élèves

Division cellulaire

de compter les divers stades et, sur la base de cesdonnées, d’établir approximativement leur duréerelative au cours de la reproduction d’une cellule.

3.70 Chromosomes des glandes salivairesEn raison de la grande dimension des chromo-somes des glandes salivaires des larves de mou-ches, il est relativement facile d’étudier ces orga-nites cellulaires. On peut trouver des larves demouches bleues ou vertes sur la viande crue qu’on



aura laissée exposée en plein air. Pour dégager lesglandes salivaires, placer une larve sur une lamede microscope dans une goutte d’eau salée; pren-dre ensuite deux aiguilles à dissection et, en main-tenant la queue de la larve avec l’une d’elles,percer la tête avec l’autre aiguille; étirer ensuitelentement la larve pour extraire la tête, les piècesbuccales, le tube digestif et les glandes salivaires.Détacher les cellules graisseuses, le tube digestifet la tête des glandes salivaires elles-mêmes. Enplaçant sous un microscope des cellules de glandesécrasées et colorées à I’orcéine acétique on doitnormalement voir apparaître de grands chromo-somes en forme de rubans.

3.71 Observation des organitesLes progrès accomplis depuis la mise au pointdu microscope électronique font qu’on connaîtmieux maintenant la structure de la cellule et leséléments qui la composent. Ces éléments sont

appelés organites. Bien qu’il soit en généra1impossible de faire voir aux élèves un microscopeélectronique, il faut qu’ils en connaissent l’im-portance pour l’approfondissement des connais-sances du biologiste aux niveaux d’organisationinférieurs à celui de la cellule.

On peut se procurer facilement des photo-graphies de microscopes électroniques auprèsdes fabricants de ces appareils. Certains d’entreeux, ainsi que certaines firmes de produits phar-maceutiques, fournissent aussi gratuitement desspécimens de photos prises au microscope élec-tronique. Ces photos, qui seront examinées enclasse, apprendront aux élèves à reconnaître età observer les éléments et les points qui, dans lescellules, sont le lieu de telle ou telle activité donnée(voir figure). Le processus de la respiration, parexemple, devient moins mystérieux pour l’élèves’il a vu des photos des organites appelés mito-chondries. qui en sont le siège à l’intérieur de laCellule.

Cellule typeA MitochondrieB Chromosomes

NucléoleMembrane nucléaireCentrosomes

D

EFGH

Membrane cellulaireCorps de GolgiRibosomes


Chapitre quatre Sciences de la terreet de l’espace


Introduction

Les sciences de la terre ont toujours intéressé taires. Le maître n’est aucunement tenu deles enfants, soit qu’ils s’émerveillent de la beauté pouvoir répondre à toutes les questions. On peutd’une «jolie » roche, soit qu’ils posent des ques- apprendre bien des choses concernant les sciencestions du genre : « Qu’est-il arrivé aux dino- de la terre sans recourir à un vocabulaire difficilesaures? » L’évolution récente des sciences de ou à des concepts compliqués. Les pages quil’espace suscite un égal intérêt. Point n’est suivent ont pour but non pas de former de jeunesbesoin d’être géologue ou as t ronaute pour géologues, mais d’éveiller chez les enfants unenseigner ces sciences dans les classes élemen- intérêt pour ces sciences.

Roches et minéraux

Les premiers pas

4.1 Par où commencer

A Matériel essentiel pour recueillir, identifieret monter des échantillons de roches et de minérauxSpécimens de roches ignées, métamorphiques etsédimentaires.Sac ou sac à dos, papier, crayons et bracelets de

caoutchouc.Loupe (X 10).Marteau.Compte-gouttes et vinaigre et/ou HCl dilué.Vernis à ongles pour écrire les noms ou les numé-

ros sur les échantillons.Colle pour monter les échantillons sur des cartons.Supports de tubes à essai et tubes à essai.Ciseaux.Pièce de monnaie en bronze.Lime.Plaque de touche en porcelaine ou céramique.

Petite balance.Aimant.Lampe à alcool.Boîtes pour répartir les échantillons en groupes.Cartes de 7,5 x 12,5 cm pour y inscrire les obser-

vations.Papier millimétré.Petits bocaux de verre.Plaque de verre.Brucelles.

B Observation des roches et des minérauxDemander à chaque élève d’apporter un ouplusieurs échantillons de roche qui pour uneraison ou une autre lui ont paru intéressants.Plusieurs questions peuvent se poser au sujetde cette roche. Par exemple, quel est son âge?Comment est-elle venue là, où elle a été trouvée?A-t-elle de la valeur? A quoi peut-elle servir?

Toute science commence par l’observation.Demander aux élèves de décrire leur(s) roche(s)


4.2 Sciences de la terre et de l’espace 200

en utilisant tous leurs sens. Quelle est sa couleur?Comparer son poids avec un objet connu dedimension analogue. Est-elle relativement dureou tendre? Se casse-t-elle facilement? Placerdeux roches différentes l’une à côté de l’autre.Décrire les similitudes et les différences. Mettreen tas toutes les roches apportées par les élèves.Demander à la classe de les séparer en groupesdistincts, d’après leurs similitudes et leurs diffé-rences. On parvient ainsi à une identificationsimple des roches et minéraux.

4.2 Comment observer une rocheEn règle générale, les élèves n’apportent pasd’échantillons minéraux exotiques achetés dansle commerce. La plupart du temps, ils apportentdes échantillons rocheux qu’ils trouvent en sepromenant. Bien souvent, ces échantillons ontsubi l’effet des intempéries. Demander aux élèvesd’apporter des spécimens ayant des surfacesfraîches. Il faudra peut-être enlever quelqueséclats, mais cette méthode elle-même n’est pasabsolument sûre, car les roches vont se fracturerle long de fissures préexistantes et elles ontpeut-être déjà subi une certaine altération.Frapper la roche avec un marteau assez fortementpour mettre en évidence des surfaces non altérées.Avec un peu d’expérience, cette opération n’estpas trop difficile. Pour casser les fragments sansdanger, les entourer d’un morceau d’étoffe,les placer sur une grosse pierre et frapper fortavec le marteau. Le tissu empêchera la projectionde petits éclats. Comparez l’aspect des partiesrécemment mises à nu et celui des surfacesextérieures ayant subi l’effet des intempéries.

4.3 Différence entre une roche et un minéralUn minéral est une substance inorganique quipeut avoir une forme caractéristique et dont lacomposition chimique est constante en tout point.Une roche se compose de plusieurs minéraux,de sorte que, si la roche est brisée, les fragmentspeuvent se composer de différents minéraux.

4.4 Les huit éléments les plus abondants de lacroûte terrestre sont les suivants :

Pourcentageen poids

46,6027,72

8,135,003,632,832,592,09

Élément

OxygèneSiliciumAluminiumFerCalciumSodiumPotassiumMagnésium

SymbolechimiqueOSiAlFeCaNaKMg

Ces éléments forment des composés qui sontappelés aussi minéraux. Les géologues ont décou-vert, nommé et classé plus de 2 000 minéraux.Toutefois, seul un petit nombre d’entre euxentrent dans la composition de la majeure partiede la croûte terrestre.

Propriétés physiques des minéraux

Un minéralogiste dispose de nombreuses tech-niques permettant d’identifier plus de 2 000 miné-raux; nous nous intéresserons essentiellementici aux minéraux qui constituent les rocheset qui sont indispensables pour l’identification decelles-ci. Nous allons donc nous limiter aux tech-niques d’essai et de description ci-après, qui nousaideront à identifier un certain nombre des miné-raux de base qui constituent les roches :

Éclat TransparenceDureté Structure cristallineTrace Autres caractéristiquesCouleur particulières tellesDensité que goût, odeur, ma-Rupture (clivage et frac- gnétisme et structure.

ture)

Les définitions de ces différentes propriétéssont indiquées ci-dessous.

4.5 ÉclatL’éclat est l’aspect que revêt la surface d’unminéral en lumière réfléchie. Les minéraux sedivisent en deux grands groupes selon leur éclat.


201 Roches et minéraux 4.10

Le premier groupe comprend les minérauxopaques ayant un éclat métallique analogue àcelui d’un métal. L’autre groupe comprend desminéraux qui peuvent être opaques ou transpa-rents, mais qui n’ont pas d’éclat métallique.

4.6 DuretéLa dureté est la propriété que possède un minéralde résister aux rayures. Les roches sont classéesselon une échelle des duretés qui varie de 1 à 10,le chiffre 1 étant attribué aux minéraux trèstendres et le chiffre 10 aux minéraux extrêmementdurs. Pour déterminer la dureté d’un échantillon,prenez une parcelle du minéral avec des brucelleset essayez de rayer votre ongle. Si l’ongle n’estpas rayé, c’est que le minéral est moins dur quel’ongle. La dureté de l’ongle étant de 2,5, celledu minéral est donc inférieure. Faire la mêmeopération avec un autre minéral et un morceaude cuivre (dureté : 3). Si le spécimen raye lecuivre, c’est qu’il est plus dur et que sa duretéest supérieure à 3. Dans quelle mesure est-ellesupérieure à 3, nous ne le savons pas. Nousdevons continuer jusqu’à ce que nous trouvionsune substance qui ne sera pas rayée. Une lamede couteau en acier a unedureté de 5,5 et le verreà vitre de 5,5 à 6,0. Le diamant a une duretéde 10,0. Le diamant est le plus dur de tous lesminéraux. Si l’on utilise du verre pour les essaisde dureté, il faut s’assurer que l’élève ne le tientpas dans la main lorsqu’il procède à l’essai derayage. A titre de précaution, placer le verresur une surface plane avant de l’utiliser.

On peut déterminer la dureté relative d’unminéral en comparant le spécimen à une sériede minéraux pris comme étalons. L’échelle dedureté type est la suivante : 1. Talc: 2. Gypse;3. Calcite; 4. Fluorite; 5. Apatite; 6. Orthose;7. Quartz; 8. Topaze; 9. Corindon: 10. Diamant.

4.7 TraceLa trace est la couleur du minéral broyé ou réduiten poudre. On peut l’obtenir en frottant leminéral sur une plaque de touche en céramiqueou en le broyant pour en observer ensuite lacouleur. La couleur de la trace peut être sem-blable à celle du minerai brut ou elle peut être

entièrement différente. La couleur de la traced’un minéral déterminé est généralement cons-tante alors que la couleur du minéral peut êtretrès variable. On peut fabriquer ou improviserdes plaques de touche à partir de vieux carreauxde céramique ou de morceaux (ou éclats) deporcelaine non vernie.

4.8 CouleurLa couleur est la propriété physique d’un minéralla plus évidente. Pourtant, à cause de sa varia-bilité, elle n’est pas considérée comme unepropriété permettant une identification sûre.

4.9 DensitéLa densité d’un minéral est le nombre qui exprimele rapport entre sa masse et la masse d’un égalvolume d’eau à 4 °C. Si un minéral a une densitéde 2, cela signifie qu’un spécimen donné de ceminéral a deux fois la masse du même volumed’eau.

La plupart des minéraux communs ont unedensité de 2,5 à 3,0. Les minéraux dont la densitéest inférieure à 2,5 paraissent « légers » et ceuxdont la densité est supérieure à 3,0 paraissent« lourds » par rapport à leur dimension.

La densité d’un minéral de composition fixeest constante et sa détermination aide fréquem-ment à identifier le minéral (voir aussi expé-rience 2.14).

Plusieurs conditions doivent être observées sil’on veut déterminer avec précision la densité d’unminéral. Premièrement, le minéral doit être pur- condition qui est rarement satisfaite. Il doitégalement être compact et ne présenter aucunefissure ou cavité à l’intérieur desquelles des bullesou des pellicules d’air pourraient être empri-sonnées.

La balance à fléau est un appareil très pra-tique et très précis pour déterminer la densité.En raison de sa simplicité, on peut la réaliserà la maison facilement et à peu de frais (voirchapitre premier).

4.10 Rupture (clivage et fracture)Une rupture dans laquelle le minéral a tendanceà se fendre selon des plans parallèles aux faces



des cristaux et présente des surfaces lisses le longde ces plans s’appelle clivage. Certains minérauxn’ont qu’une direction de clivage, d’autres peu-vent en avoir deux, trois ou plus. Toute cassureautre qu’un clivage est appelée une fracture.

4.11 TransparenceLa transparence est la faculté que possèdentcertains minéraux de transmettre la lumière. Lesminéraux transparents laissent entièrement passerla lumière, comme une vitre. Les minéraux trans-lucides laissent passer la lumière, mais non lesimages. Les minéraux opaques ne laissent paspasser la lumière.

4.12 Structure cristallineLa structure cristalline est la forme extérieure d’unminéral qui traduit l’arrangement interne desatomes. La plupart des minéraux sont cristallinset à la structure atomique interne correspondune forme externe précise. Un certain nombrede minéraux sont amorphes (non cristallins).

4.13 Autres propriétésEn plus des propriétés physiques susmentionnées,celles qui sont indiquées ci-après sont utiles pourfaire un diagnostic.

Magnétisme. La réaction du spécimen à unaimant est intéressante. Le spécimen est-il attiréou non?

Essai à l’acide chlorhydrique. L’acide chlorhy-drique dilué provoque-t-il une réaction? Y a-t-ilformation de bulles ou effervescence?

Principaux minéraux constitutifs des roches

Très peu de roches sont des éléments simples,comme l’or ou l’argent pur. La plupart des rochessont des combinaisons d’éléments. Par exemple,le quartz est une combinaison des éléments sili-cium et oxygène. On l’appelle donc un minéral.En règle générale, les roches sont constituéesde minéraux plutôt que d’éléments.

4.14 QuartzLe quartz est un minéral translucide ou transpa-

rent sans clivage. Il ressemble à des morceaux deverre et il peut être blanc, laiteux, fumé, rose,clair, pourpre ou, rarement, vert ou brun. Ilrésiste aux intempéries, a une dureté d’environ 7(densité : 2,65) et se trouve dans les roches decouleur claire. En raison de sa résistance auxintempéries, le quartz est l’un des principauxconstituants des roches altérées, telles que lesgrès et les limons. Il se distingue de la calcite,autre minéral constitutif des roches, par sa duretéet l’absence de réaction effervescente au contactde l’acide chlorhydrique dilué froid.

4.15 FeldspathsLes feldspaths sont roses, blancs, gris, bleuâtresou rouges. Lorsqu’on les trouve dans les roches,la lumière se réfléchit sur les petites faces declivage. Celles-ci distinguent nettement lesfeldspaths du quartz, qui n’est pas susceptiblede clivage. Les feldspaths se clivent selon deuxdirections à peu près perpendiculaires l’une parrapport à l’autre. L’une des faces de clivage desplagioclases, qui sont en général blancs, gris oubleuâtres, porte de fines lignes (striures) représen-tant les plans de séparation entre cristaux doubles,tabulaires ou plats. L’observation des striespermet d’identifier facilement le plagioclase.L’orthose, qui est généralement rose, rouge oublanche, n’a pas de cannelures. Les feldspaths ontune dureté de 6,0 et une densité de 2,4 à 2,7.

4.16 MicasLes micas font partie d’un groupe de minérauxdont les plus importants sont la muscovite et labiotite. Les micas sont faciles à classer selon leurcouleur. La muscovite est claire et incolore, labiotite brune ou noire. Le mica peut être débité entrès minces feuilles. II est élastique et, si on le plie,il retrouve sa forme et sa dimension initiales. Sadureté est comprise entre 2.0 et 2.5. Densité :2,7 à 3,0.

4.17 Pyroxènes et amphibolesCe sont deux groupes de minéraux constitutifsdes roches. Ils se distinguent par le clivage et lastructure cristalline, mais sont difficiles à recon-naître pour le novice. La plupart de ces minéraux



sont de couleur sombre, variant généralement duvert foncé au noir. La hornblende est la plusimportante des amphiboles.

4.18 OlivineL’olivine a une couleur variant du vert au brunverdâtre; elle s’altère facilement en produisantdes taches brunes d’oxyde de fer. On la trouve àl’état pur dans les agrégats minéraux à texturesaccharoïde. Les petits grains brillent comme lequartz; cependant, le quartz et l’olivine se ren-contrent rarement ensemble dans les rochesignées qui résultent du refroidissement de laroche en fusion (voir expérience 4.21). Ils peu-vent se trouver ensemble dans les roches sédi-mentaires (voir expérience 4.22). L’olivine serencontre à l’état natif dans les roches foncéesqui sont très pauvres en silicium. La dureté del’olivine est de 6,5 à 7,0. Densité : 3,2 à 3,6.

4.19 CalciteLa calcite est un minéral très commun, qui appar-tient au groupe des carbonates. Son éclat va duvitreux au mat. Sa dureté est de 3,0. La calciteest généralement incolore ou blanche et sa traceest incolore. Elle a un clivage caractéristique, quise fait selon trois directions non perpendiculaireset se traduit par la formation de petits rhom-bohèdres. Sa densité est de 2,72. Elle entre vive-ment en effervescence sous l’action de l’acidechlorhydrique froid dilué.

4.20 Notes pour l’identificationVoici quelques notes qui devraient, en général,faciliter l’identification :Quartz. Transparent à translucide, éclat vitreux,

raye le verre, surfaces de fracture courbesou lisses.

Mica, Paillettes brillantes, tendres (probablementnoires..., biotite).

Feldspath. De blanc à gris ou rose, presqueopaque, moins dur que le quartz, surface mate,sauf sous certains angles d’incidence de lalumière.

Hornblende. Grain long, noir et dur.Calcite. Effervescence au contact d’un acide dilué.

Grands groupes de roches

Il existe trois grands groupes de roches : lesroches ignées, sédimentaires et métamorphiques.

4.21 Roches ignéesLes roches ignées (formées par le feu) ont pourorigine la solidification d’une masse en fusion- généralement appelée magma - qui s’est« glissée » dans les couches profondes (rochesintrusives) ou qui a été « éjectée » à la surface dela terre (roches extrusives). Il s’agit donc d’unmagma ou fluide en fusion qui a une certainecomposition chimique et qui s’est installé à laplace de roches préexistantes ou a été expulsé.Dans les deux cas, la composition chimiquefondamentale est semblable et la seule différencesignificative est la texture, terme désignant ladimension des cristaux. Les roches intrusivesont une texture grenue, les roches extrusives ungrain fin (texture microgrenue). La texture d’uneroche est fonction de la vitesse de refroidissement:plus la masse en fusion se refroidit rapidementplus la texture est fine. Si le refroidissement estrapide par suite de l’exposition à l’air, commec’est le cas pour les roches extrusives, la textureest fine. Dans le cas des roches intrusives, qui sesont refroidies lentement et en profondeur, lescristaux sont plus gros et donnent une texturegrenue.

Texturedes rochesignées

Les roches ignées peuvent être divisées endeux groupes : les roches de couleur claire (richesen silicium et en aluminium) et les roches decouleur foncée (riches en fer, magnésium etcalcium). Il existe huit constituants principauxde ces roches et. pour pouvoir classer celles-ci, il



faut savoir reconnaître ces minéraux. Ce sont :1. Roches claires (silicium et aluminium) : a)

quartz; b) orthose; c) plagioclase; d) musco-vite.

2. Roches foncée, basiques (riches en fer, magné-sium et calcium) : a) biotite; b) amphibole(hornblende); c) pyroxène; d) olivine.

La plupart des roche ignées sont dures, résis-tantes, constituées de grains enchevêtrés de sili-cates.

La texture d’une roche est la configurationdéterminée par la dimension, la forme et l’arran-gement des grains qui la composent. Les rochesignées se caractérisent par l’uniformité de leurtexture (voir figure), à l’exception des porphyresqui présentent de gros cristaux noyés dans unemasse à grains fins. Certaines roches ignées ontune texture nettement granulaire; d’autres, danslesquelles la structure est si fine qu’aucun grainn’est visible, sont appelées denses; d’autresencore ont une texture vitreuse ou amorphe.

En général, les grains des roches ignées sontangulaires et très irréguliers parce que, pendantleur formation, les particules minérales se sonttrouvées comprimées et se sont enchevêtrées.

4.22 Roches sédimentairesLes roches sédimentaires sont constituées dematériaux provenant de roches préexistantes.Les minéraux qu’on trouve dans une rochesédimentaire peuvent comprendre tous ceux quiproviennent des roches métamorphiques, ignées,et d’autres roches sédimentaires. Certains d’entreeux sont incorporés dans des roches sédimen-taires sans modification ou presque de leurscaractères physiques ou chimiques. D’autres,

Texture desroches sédimentaires

en revanche, subissent une profonde altérationmécanique avant d’être incorporés dans uneroche sédimentaire (voir figure). L’altération dueaux intempéries peut détruire complètement cer-tains minéraux et, avec les substances chimiquesqui en résultent, en former de nouveaux. Lesélèves doivent pouvoir identifier certaines desroches sédimentaires communes, tels les conglo-mérats, le grès, le schiste, le calcaire et lechert. La calcite est un minéral important qu’ontrouve dans les roches sédimentaires et méta-morphiques (mais non dans les roches ignées).

Les roches sédimentaires résultent de la frag-mentation de roches existantes par des processusmécaniques et chimiques; les fragments sontensuite transportés, triés et déposés, puis soumisà un tassement ou à une cimentation. La duretédépend de la solidité des liaisons entre les grains.Ces roches sont en général moins compactes queles roches ignées et, si l’on souffle dessus, l’humi-dité de l’haleine leur donne une odeur de terre.Elles peuvent être friables.

Les sédiments constitués par des fragmentsarrachés à la roche mère sont appelés clastiquesou détritiques; c’est le cas des grès. La dimensionde ces fragments est variable : limon (0,004 à0,06 mm), grain de sable (0,06 à 2 mm), galet(2 à 64 mm), moellon, gros bloc. L’agent de cimen-tation peut être très divers : silice, carbonate decalcium et oxyde de fer. Les minéraux les pluscourants dans les roches détritiques sont lequartz, le feldspath et les argiles.

Certaines roches pré-existantes peuvent êtretransformées en roches sédimentaires sans qu’il yait trace de particules clastiques ou détritiques,car elles ont été absorbées dans des solutions,puis entraînées par le ruissellement et ont ensuiteformé des précipités (exemple : le calcaire).

4.23 Roches métamorphiquesLes minéraux qu’on trouve dans les roches méta-morphiques ressemblent beaucoup à ceux qu’ontrouve dans les roches ignées et sédimentaires,à l’exception de quelques-uns, résultant d’unerecristallisation, d’un remplacement ou de l’actionde hautes températures.

Les roches métamorphiques sont des roches



qui ont été transformées à partir d’une roche trois principales variétés de foliation sont lesm-é-existante (ignée. sédimentaire ou métamor- suivantes :phique) en une nouvelle roche. Elles résultent 1.de l’effet de la chaleur et de la pression appli-quées à ces formations (et de l’action des fluidesqui les ont imprégnées). La texture d’une rochemétamorphique caractéristique est représentéesur la figure.

Texture desroches métamorphiques

Structure zonée (gneiss). Foliation imparfaiteou grossière dans laquelle les feuillets sontconstitués par des bandes distinctes de diffé-rents minéraux. Les bandes les plus épaissessont généralement composées de feldspaths.Schistosité ou foliation régulière. Foliationprovoquée par la disposition parallèle deminéraux en plaques tels que les micas.Fissilité (clivage). Tendance d’une roche à sefendre en feuilles minces régulières commel’ardoise. Les minéraux sont si petits qu’ilsne peuvent être observés à l’œil nu et pourtantle clivage résulte de l’arrangement en plansparallèles de nombreux grains minérauxmicroscopiques.

les

L’alignement des grains plats d’un minéraldans un seul plan, qui donne à la roche unetendance à se fendre dans cette direction, estappelé foliation, et l’on dit que la roche estfeuilletée. Comme les roches ignées, les rochesmétamorphiques sont dures et résistantes et lesgrains des minéraux qu’elles contiennent sontenchevêtrés; elles en différent par leur structurefeuilletée. Bien que la foliation soit la caracté-ristique essentielle des roches métamorphiques,un petit nombre d’entre elles, par exemple lemarbre et le quartzite. ne sont pas feuilletées. Les

roches métamorphiques sont classées endeux grands groupes selon la présence oul’absence de foliation. Celles qui ont une structurefeuilletée sont subdivisées selon le type de folia-tion; les autres le sont d’après le minéral prédo-minant.

Classification des roches métamorphiques

En résumé, l’élève devrait retenir qu’en généraldes grains cimentés séparés indiquent que l’onest en présence de roches sédimentaires, unestructure feuilletée est caractéristique des rochesmétamorphiques, des grains nets à arêtes vivesdans une masse à texture fine dénotent une rochevolcanique, et des cristaux de silicate enchevêtréssont l’indice de roches ignées ou métamorphiques.

Structure feuilletée (en bandes ou en plaques)1. A bandes grossières (d’épaisseur irrégulière)2. Schisteuse (bandes régulières d’épaisseur

Gneiss

moyenne et plaques) Schiste3. Fissile (bandes fines régulières et plaques) Ardoise

Structure non feuilletée (massive ou granulaire)1. Principalement calcite ou dolomite2. Principalement quartz3. Principalement serpentine et/ou talc4. Principalement organique (gris ou noir)

MarbreQuartziteSerpentine ou talcGraphite et anthracite



Comment fabriquer des roches artificielles

4.24 Roches ignéesLa cristallisation de solutions d’alun, qu’on peutdémontrer rapidement, est dans une certainemesure analogue à la formation de roches ignéesà gros grains et à grains fins. Remplir au quartde la hauteur un grand tube à essai d’alun enpoudre qu’on couvrira d’eau bouillante. Fairebouillir le mélange doucement au-dessus d’uneflamme. Ajouter lentement juste assez d’eaubouillante pour dissoudre l’alun. Verser la moitiéde la solution dans une tasse peu profonde.Y faire tremper l’extrémité d’une ficelle. Agiter lasolution pour accélérer le refroidissement ou laplacer dans le réfrigérateur. Introduire un autremorceau de ficelle dans le tube à essai de façonqu’il descende jusqu’au fond. Placer le tube dansun endroit où il se refroidira lentement. Examinerles résultats le lendemain. S’il ne s’est rien passé,prolonger l’expérience. (On obtiendra probable-ment de meilleurs résultats en plaçant un cristaldans la solution pour amorcer le processus.)

Pour cette étude des roches ignées, il seraitintéressant que plusieurs élèves procèdent àl’expérience de cristallisation, par exemple avecdu chlorure de sodium. du sucre, etc. (voir aussiexpériences 2.45 à 2.5 1 ).

4.25 Roches sédimentairesCette expérience peut être réalisée de plusieursfaçons.

A. Se procurer une série de roches sédimentairesde couleurs différentes (la couleur donne un effetplus spectaculaire); les réduire en poudre sépa-rément par couleur (en les frottant contre uneroche plus dure ou en les pulvérisant au marteau,ce qui donne un bon exemple de la rupturemécanique). Recueillir les poudres de diversescouleurs et les verser dans un bocal de verreen couches superposées. Ajouter de l’eau lente-ment en la laissant tomber goutte à goutte le longdu bocal afin de ne pas perturber l’ordre descouches; remplir le bocal peu à peu jusqu’à ce queles sédiments soient recouverts de 1 cm d’eau,Placer le bocal au soleil ou près d’une source

de chaleur et faire évaporer l’eau. Quand toutel’eau est évaporée, briser le bocal (pour évitertout danger, entourer le bocal d’un torchonou d’un sac en papier et frapper en plusieursendroits avec un marteau).

On peut faire refaire l’expérience par le mêmeélève ou diviser la classe en plusieurs groupes quiutiliseront la même technique. Essayer de mettredu sel dans l’eau (faire remarquer que dans cecas il y a addition d’un solide dissous et que c’estlà un exemple de la décomposition chimiquedes solides en solution) et laisser le sel agircomme agent de cimentation.

B. Se procurer un petit sac de ciment de Portland.Demander aux élèves de le mélanger à de l’eauet de verser le mélange dans des couvercles deboîtes à conserves, des gobelets ou de petitesboîtes de carton et attendre que le matériau aitdurci. Étudier alors son aspect et ses propriétés.Briser un morceau de ciment et l’observer.Mélanger au ciment sec une quantité double desable ou de gravier: on obtiendra ainsi du béton.Après avoir ajouté de l’eau et mélangé le toutavec soin, verser dans des moules. Laisser durcirpendant plusieurs jours. Étudier ensuite l’aspectet les caractéristiques du matériau obtenu (voiraussi expérience 2.66).

C. Se procurer du plâtre de Paris et en mélangerune petite quantité avec de l’eau. II faut procéderrapidement pour que la pâte ne durcisse paspendant qu’on opère le mélange. Verser le toutdans des moules et laisser prendre jusqu’à ce quele matériau soit très dur. Étudier alors son aspectet ses propriétés (voir aussi expérience 2.66).

4.26 Roches métamorphiquesOn arrive très bien à cuire un morceau d’argilemodelé et préalablement séché en le plaçant surde petits fragments de poterie dans un grandcreuset ou un pot de fleurs que l’on chauffe au-dessus d’un bec Bunsen. Si l’on dispose d’un fourles résultats seront bien meilleurs.



Activités dirigées

4.27 Constitution d’une collection de spécimens deroches

On peut constituer une collection des rochescommunes dans les environs en demandant àchaque élève d’en apporter un spécimen. Expli-quer aux enfants qu’il n’est pas nécessaire desavoir le nom de toutes ces roches. Réunir surune table les spécimens analogues. Les grouperselon leurs différences de forme ou de couleur,etc. Essayer de les répartir en catégories aussinombreuses que possible.

4.28 Constitution de collections individuellesIl faut encourager les élèves à constituer leurspropres collections de roches. Ils pourront lesconserver dans de petites boîtes en carton oudans des boîtes à cigares. On peut séparer lesspécimens en cloisonnant l’intérieur des boîtes.A mesure que l’élève détermine la nature desroches de sa collection, il doit fixer sur chaquespécimen un petit morceau de papier ordinaire oude papier collant, y inscrire un numéro, puis collerune légende sur le couvercle de la boîte. Ces col-lections ne doivent pas être trop importantes.On peut encourager les élèves à compléter leurscollections en procédant à des échanges avec leurscamarades.

4.29 Étude d’une rocheChoisir un fragment de roche et essayer d’enapprendre le plus possible à son sujet au moyend’observations minutieuses. S’il est plat, il pro-vient sans doute d’une strate de formation sédi-mentaire. Ces roches ont été formées par le dur-cissement de sédiments déposés il y a des millionsd’années. Si la roche est constituée par de petitsgrains de sable agglomérés, il s’agit probable-ment de grès. Si elle est composée de graviersassez gros agglomérés, c’est probablement uneautre roche sédimentaire appelée conglomérat. Sile spécimen est arrondi, il a sans doute été polipar l’action d’un cours d’eau. Examiner la rocheà la loupe. Si elle contient de fines particules et descristaux, c’est une roche granitique qui a sansdoute émergé des profondeurs du sol il y a bien

longtemps. En observant ainsi avec soin plusieursroches, les élèves s’intéresseront à leurs collec-tions et à leurs études.

4.30 Étude du sable à l’aide d’une loupeExaminer une petite quantité de sable à la loupeou sous l’objectif d’un microscope à faible gros-sissement. Les cristaux presque incolores sont duquartz, qui est le minéral le plus répandu. Lesable contient souvent des cristaux d’autres miné-raux, qu’on s’efforcera de découvrir.

4.31 Moyen de reconnaître du calcaireOn peut reconnaître le calcaire en versant sur desspécimens rocheux du jus de citron, du vinaigreou quelque autre acide dilué. Si l’on est en pré-sence de calcaire, l’acide provoquera une effer-vescence ou un bouillonnement. Ce phénomèneest causé par le dégagement de gaz carboniqueau contact de l’acide. Ce test vaut également pourle marbre, roche métamorphique formée à partirdu calcaire.

4.32 Tri des sédimentsOn peut demontrer expérimentalement le phé-nomène de tri des sédiments dans la formationdes roches sédimentaires en mélangeant soi-gneusement, par parties égales, du gravier,du sable grossier et des particules d’argile.Placer ce mélange dans un bocal en verre (nepas dépasser la moitié); remplir le bocal d’eau,placer un couvercle sur le bocal et secouervigoureusement. Laisser décanter. Les élémentsse classeront en ordre, les particules plus lourdesallant au fond, les particules d’argile à la surface.

4.33 PiézoélectricitéUne expérience intéressante, qui plaît aux élèves,a trait aux propriétés piézoelectriques ou pyroé-lectriques inhérentes à certains minéraux, notam-ment à la tourmaline et au quartz. Des change-ments de température ou de pression déterminentl’apparition, dans ces minéraux, d’une chargeélectrique (pôles négatif et positif) lorsqu’ilssont chauffés, refroidis ou comprimés. On peutdémontrer ce phénomène en saupoudrant lecristal refroidi ou chauffé d’un mélange de



minium et de soufre que l’on fait passer au tra-vers d’un tamis en soie ou en nylon.

On peut utiliser pour cela un pulvérisateurnasal (ou un flacon de désodorisant) en matièreplastique dont on aura agrandi l’ouverture pouraugmenter le débit. On y introduit un mélangede deux parties de minium pour une partiede soufre; on fixe, par un bracelet de caoutchouc,un petit morceau de bas de soie ou de nylon surl’ouverture. Les particules du mélange reçoi-vent une charge électrique en passant au traversdu tamis formé par le bas et elles se déposentsur l’extrémité du cristal qui les attire : le miniumacquiert une charge positive et est attiré parle pôle négatif du cristal; le soufre acquiertune charge négative et se dépose sur le pôlepositif du cristal.

La démonstration est facile à faire et elleest très spectaculaire. Saupoudrer avant et aprèsle chauffage ou la compression: discuter duphénomène observé avec les élèves.

Un fossile est le reste ou l’empreinte d’un orga-nisme qui a vécu à une certaine époque. La plu-part des fossiles se trouvent dans des strates deroche sédimentaire, Les fossiles qui se sont forméspar enfouissement sont généralement mis au jourlorsque la roche sédimentaire qui les contient estfracturée.

Enduire de vaseline une feuille d’arbre et laplaquer sur une vitre ou sur tout autre surfaceplane. Faire un moule en forme d’anneaud’environ 2 cm de hauteur et le placer autourde la feuille. Le maintenir en place en pressantde la pâte à modeler à l’extérieur. Gâcher unpeu de plâtre de Paris et verser la pâte sur lafeuille. Lorsque le plâtre a durci, retirer la feuille.dont on obtient ainsi une excellente empreinte.Telle est l’origine de certains fossiles : ils ont étérecouverts d’un limon qui a durci par la suitepour former des roches sédimentaires. Répéterl’opération en prenant l’empreinte d’une coquilled’huître ou de palourde préalablement enduited’une matière grasse.

Si l’on se trouve dans une région où les fossiles

sont abondants il sera intéressant de demanderaux élèves d’en recueillir des spécimens pour lemusée de l’école.

4.35 Où trouver des fossilesDans certaines régions, on peut trouver desfossiles dans des carrières de pierre, ou sur desaffleurement rocheux. On s’efforcera de se ren-seigner auprès d’un habitant du lieu connais-sant les fossiles, puis on organisera une excur-sion avec les élèves pour recueillir des spécimens.S’il n’existe pas de fossiles dans le voisinage del’école. il faudra peut-être s’adresser à un muséede province ou à un musée national pour enobtenir quelques-uns.

Sols

4.36 Différents types de solsSe procurer des spécimens de sols provenantdu plus grand nombre possible d’endroits diffé-rents et les placer dans des bocaux de verre.Essayer de trouver des spécimens de sols demarais, de coteaux, de bois. de prairies, dedunes, de lits de rivière. etc. On aura ainsi desspécimens de sols sablonneux, glaiseux, argi-leux et d’humus (sol contenant une grandequantité de matières en décomposition). Donnerles spécimens à étudier aux élèves, lesquelsdevront examiner à la loupe des parcelles dechacun d’entre eux.

4.37 Transformation des roches en sol sous l’action

Porter des roches à haute température en lesplaçant dans le feu, puis les asperger d’eau froide.Elles se briseront souvent sous l’effet tant de lachaleur que du froid. La fragmentation desroches par suite de différences de températurereprésente précisément l’un des stades de la for-mation des sols.

4.38 Transformation des roches en sol par actionmécanique

Chercher, dans le voisinage, des spécimens deroche tendre. comme du schiste ou du calcaire



ayant subi l’action des intempéries. Les apporteren classe et les faire écraser et broyer en finesparticules par les élèves. Faire étudier par lesélèves les différents modes de fragmentation desroches dans la nature.

4.39 Influence de la nature du sol sur la croissancedes végétaux

Se procurer des spécimens de sols pris dans unjardin ou un potager, de sols prélevés dans unbois, dans un endroit où l’on creuse des fonda-tions, dans un terrain sablonneux, sur une penteargileuse, etc. Placer chacun des spécimens dansun pot à fleurs ou un bocal de verre. Planterdes graines dans chaque type de sol et les arroserde manière égale. Noter dans quel type de solles graines lèvent d’abord. Lorsque les plantesont commencé à pousser, noter dans quel solelles prospèrent le mieux. Noter la vitesse àlaquelle elles se développent dans les différentssols.

4.40 Le sol et la nutrition des plantesLa vitesse de croissance des plantes traduitleur aptitude à extraire les éléments nutritifsdes roches. Broyer des spécimens des rochessuivantes : quartzite, schiste, basalte, calcaire;les placer dans des bocaux de verre différents.Planter des graines de radis dans chaque bocal,arroser au besoin et noter les vitesses de crois-sance des plantes. Les élèves doivent trouver lacomposition chimique des roches, soit en consul-tant un manuel, soit en faisant des essais, et ilsdoivent expliquer les différences constatées dansla vitesse de croissance des plantes.

4.41 Différences entre les particules de terrePrendre un bocal de verre d’une contenanced’environ 2 litres. Y mettre plusieurs poignéesde terre. Remplir d’eau, secouer énergiquement,puis laisser reposer pendant plusieurs heures.Les dimensions, la sphéricité et la densité desparticules de terre déterminent l’ordre danslequel elles se déposeront. Les particules les plusgrosses, les plus lourdes et les plus anguleusesse déposeront les premières et tomberont aufond. Les dimensions, l’angulosité et la densité

des particules des différentes couches irontdécroissant de bas en haut. Examiner ensuiteà la loupe un spécimen prélevé dans chaquecouche.

4.42 Modifications du sol en fonction de laprofondeur

On peut construire une bonne tarière avec unemèche à bois que l’on soude à une tige d’acierde 2 cm de diamètre et de 50 cm de longueurenviron. Une poignée soudée au sommet de latige permet de faire tourner la tarière en l’enfon-çant dans le sol (voir figure).

En tournant simplement la tarière pour lafaire pénétrer dans la terre et en la retirant detemps à autre. on peut prélever des spécimensde terre à diverses profondeurs. On peut faireun quadrillage sur une partie déterminée duterrain et comparer les échantillons pris à diver-ses profondeurs. On obtient ainsi une « image »des conditions du sous-sol dans cette zone. Onpeut ensuite monter chaque spécimen de solcomme modèle, ou enregistrer les observationssimples qu’il a suscitées.

4.43 Les sols contiennent-ils de l’air?Mettre de la terre dans un bocal ou une bouteillede verre et verser lentement de l’eau. Observerles bulles d’air qui se dégagent de la terre à traversl’eau.



4.44 Différences de fertilité entre le solsuperficiel et le sous-sol

Se procurer un peu de terre de la couche super-ficielle provenant d’un jardin ou d’un potagerfertile. Prélever un autre échantillon à une pro-fondeur de 50 cm environ. Mettre ces deux échan-tillons dans deux pots à fleurs différents et yplanter des graines. Donner la même quantitéd’eau et maintenir la même température et lemême éclairage dans les deux cas. Observerlequel des deux échantillons donne les plantsles plus robustes.

Le sol et l’eau

4.45 Le sol peut contenir de l’eauMettre de la terre dans un récipient de verremince et faire chauffer lentement au-dessus d’uneflamme modérée. Couvrir avec un bocal renverséet l’on constatera que des gouttes d’eau secondensent sur les parois froides.

4.46 Comparaison du pouvoir d’absorption dedifférents spécimens de sol

Prélever des échantillons de sol en divers endroits.Utiliser comme récipients des boîtes à conservesvides qui seront pesées, avant le prélèvement.Placer des quantités égales de terre dans chaqueboîte. Chauffer le tout dans un four à une tempé-rature de 105-120 °C jusqu’à ce que toute laterre soit sèche. Comparer les poids de chaquespécimen avant et après séchage. Comparer lesspécimens entre eux. Comparer des spécimensde terre abritée de la pluie avec des spécimensde terre non abritée. Établir une corrélationentre la quantité d’eau absorbée par les échan-tillons et la quantité de pluie tombée en unejournée. Dans quelle mesure, par exemple, unechute de pluie de 25 mm modifie-t-elle la quantitéd’eau absorbée par un sol exposé, par rapportà un spécimen de sol non exposé?

4.47 Sols acides et sols basiquesPrélever des échantillons de terre en diversendroits. Les placer dans de petits bocaux àraison d’une cuillerée à soupe par bocal. Ajouter

une quantité égale d’eau dans chaque bocal,suffisamment pour recouvrir la terre. Attendrequelques minutes. Secouer énergiquement, puisfiltrer ou laisser décanter. Tester le liquiderecueil l i avec du papier de tournesol . Lepapier de tournesol rougit lorsqu’il est plongédans une solution acide. Il redevient bleu lorsqu’ilest plongé dans une solution basique. Une solu-tion neutre ne donnera aucune réaction ni surle papier rouge ni sur le papier bleu, (Voir expé-rience 2.44.)

4.48 Comment l’eau s’élève dans les différentstypes de sol

Remplir au moyen de différents échantillons desol, sur une hauteur de 15 cm environ, une sériede verres de lampe dont on aura fermé le basà l’aide d’un morceau d’étoffe. On peut utiliserdu sable, de la glaise, du gravillon, de l’argile, etc.Placer ensuite les’ verres de lampe dans un réci-pient contenant environ 3 cm d’eau. Observerdans quel type de sol l’eau s’élève, le plus hautpar capillarité. On peut aussi utiliser pour cetteexpérience des chalumeaux en matière plastiquetransparente.

4.49 Quels types de sol retiennent le mieux l’eau?Fermer d’un morceau de tissu l’extrémité infé-rieure de plusieurs verres de lampe et remplirchacun d’eux, jusqu’à 8 cm environ de l’extré-mité supérieure, d’un échantillon de sol de typedifférent (sable, argile, glaise et humus) prélevédans les bois. Poser chaque verre sur une assiette.Verser ensuite dans chacun d’eux des quantitésd’eau mesurées jusqu’à ce que l’eau commenceà filtrer à l’extrémité inférieure. Observer dansquel type de sol on peut verser le plus d’eau sansque celle-ci traverse la couche de terre.

4.50 Action des eaux courantes sur le solA. Après une grosse averse, demander auxélèves de prélever des échantillons d’eau cou-rante boueuse dans des bocaux de verre. Laisserreposer pendant quelques heures jusqu’à ceque les sédiments tombent au fond du.’ bocaloù les élèves pourront les observer .



B. Fabriquer deux caissettes analogues à cellesqui sont représentées sur la figure. Assurerl’étanchéité avec du mastic. On pourra se servirde seaux ou de bocaux de verre munis d’un enton-noir pour recueillir l’eau d’écoulement.1. Remplir l’une des caissettes de terre meuble

et l’autre de terre fortement tassée. Inclinerlégèrement les deux récipients et, à l’aided’un arrosoir, verser la même quantité d’eausur chacun. Observer quelle sorte de terreest entraînée le plus rapidement, ainsi que lanature des eaux d’écoulement.

Caissettes pour l’étude de l’érosion et de l’écoulementA Mastic assurant l’étanchéitéB Treillage fixé par des punaisesc Boîte ou caisseD Arrosoir

2. Remplir les deux caissettes de terre, maiscouvrir l’une d’elles de mottes de gazon.Arroser également, comme précédemment,et observer à la fois l’érosion et les eauxd’écoulement.

3. Remplir les deux caissettes de terre, maisincliner l’une plus que l’autre. Arroser etobserver comme précédemment.

4.51 Facteurs qui modifient l’action des gouttesde pluie sur le sol

Fixer une feuille de papier blanc sur du cartondur à l’aide de trombones. Poser le tout à platsur le plancher. Avec un compte-gouttes, fairetomber sur le papier de l’eau colorée. Noterles dimensions et la forme des éclaboussures.Recommencer l’opération en surélevant l’unedes extrémités du carton. Étudier les effetsqu’ont sur les éclaboussures les modificationsde la hauteur d’où on laisse tomber l’eau, dudegré d’inclinaison du carton et de la dimensiondes gouttes d’eau.

Combiner ces variables de différentes façons.On peut enregistrer les résultats en employantchaque fois une feuille de papier blanc et de l’eaudiversement teintée.

4.52 Mesure des éclaboussuresFaire peindre en blanc par les élèves plusieursplanchettes de 1 mètre de long (les taches de boueseront ainsi bien visibles); placer ces planchettesà l ’extér ieur en divers endroi ts . Maintenir

La planchette doit être maintenue verticalement



chacune d’elles verticalement au moyen d’unebrique et d’un élastique, comme indiqué sur lafigure. Après une grosse averse, demander auxélèves de noter la hauteur à laquelle la boue aété projetée sur chaque planchette. Faire undiagramme indiquant la hauteur à laquelle laboue a été projetée sur différentes planchettesplacées sur un sol gazonné, un sol sablonneux,

dans un jardin ou sur tout autre sol.Toutes les grosses averses produisent-elles

le même effet au même endroit? Faire répéterl’expérience pendant des averses successives ouutiliser un tuyau d’arrosage dont on fait varierle débit.

4.53 Érosion et conservation des solsA. Conduire les élèves dans un endroit où leseaux courantes ont causé des dommages encreusant des ravines. Les élèves doivent noterles dégâts et réfléchir aux moyens de les empê-cher. Que s’est-il passé? Comment aurait-onpu les éviter? Qu’est-il encore possible de faire?

B. Les élèves devraient faire, en laboratoire,des travaux pratiques sur la mise au point desméthodes de lutte contre l’érosion. Étudier enparticulier les labours selon les courbes de niveau,la culture en terrasse et la rotation des cultures.Les méthodes suivantes peuvent notamment êtreutilisées :1. Remplir les caissettes décrites à propos de

l’expérience 4.50B avec de la terre meubleet leur donner le même degré d’inclinaison.A l’aide d’un bâton, tracer des sillons paral-lèlement à la pente dans l’une des caissetteset transversalement dans l’autre. Arroser lesdeux caissettes avec la même quantité d’eau.Observer dans chaque cas l’érosion et leseaux d’écoulement.

2. Remplir de nouveau les caissettes de terremeuble et les arroser jusqu’à ce que l’eaucourante ait creusé de petites ravines biendessinées. Obstruer ensuite les sillons de placeen place à l’aide de brindilles et de cailloux.Arroser de nouveau et observer les effets decette obstruction.

C. Dans presque toutes les cours d’école, ilexiste des endroits où l’eau courante a causédes dommages. Inciter les élèves à concevoirun moyen d’empêcher l’érosion, puis le leurfaire appliquer.

4.54 Perméabilité du solSe procurer trois boîtes à conserves de dimensionidentique et enlever le fond et le dessus. En guisede fond, fixer à chaque boîte un treillage finà l’aide d’un fil de fer enroulé près du rebord.Placer un morceau de papier filtre sur le treillage,à l’intérieur de la boîte, pour éviter que les parti-cules fines de terre ne passent au travers.

Se procurer trois échantillons de terre (àparticules grosses, moyennes et fines). Leschauffer dans un four à la température de 105-120 °C jusqu’à ce qu’ils soient complètementsecs. Placer une quantité égale de terre dans lestrois boîtes, disposées de telle sorte qu’on puissey verser de l’eau et la recueillir en dessous. Verserune quantité égale d’eau dans chaque boîte.Noter dans chaque cas le temps que met l’eaupour traverser la couche de terre. Comparerles quantités d’eau recueillies.

4.55 Minéraux en solutionC’est par le calcul que la présence des miné-raux en solution peut le mieux être démontrée.Les élèves peuvent s’adresser au service dedistribution d’eau de la localité pour connaîtrela quantité totale de substances minérales dissou-tes par unité de volume dans l’eau potable nontraitée; leur faire calculer le poids de substancesminérales dans la quantité totale d’eau consom-mée par les habitants de la localité en un an.

Pour démontrer la dissolution du calcairepar des acides faibles, écraser un petit morceaude calcaire que l’on place dans un petit becheret que l’on recouvre bien d’acide chlorydriquedilué (4 parties d’eau pour une partie d’acideconcentré); laisser reposer jusqu’à dissolutiondu minéral. Noter le résidu de matière insoluble,composé en grande partie d’argile et de quartz.

4.56 Capillarité, dissolution et dépôtPlacer un mélange de sel de table et de sable



fin et sec dans le fond d’un petit aquarium surune épaisseur de 2 à 5 cm. Couvrir cette couched’environ 5 cm de sable propre (sans sel). Dansun coin de l’aquarium, planter dans le sableet maintenir par une pince un tube de verresurmonté d’un entonnoir. S’assurer que le tubeatteint la couche de sel. Fixer une lampe surun support de telle sorte qu’elle éclaire la surfacedu sable de l’autre côté de l’aquarium.

Capillarité. dissolution et dépôt

Verser de l’eau dans l’entonnoir (il faudrapeut-être secouer légèrement le tube pour quel’eau descende). Observer la paroi de l’aquarium;on peut voir l’eau pénétrer dans le sable. Verserune quantité d’eau suffisante pour humidifierune couche de 2 cm d’épaisseur dans le fond del’aquarium.

Allumer la lampe pendant quelques heures.Au voisinage de la lampe l’eau s’élèvera à traversle sable par capillarité, entraînant avec elle lesel en solution. La chaleur provoquera l’évapo-ration de l’eau et le sel se déposera à la surfacedu sable ou près de la surface. Goûter le sablequi se trouve près de la lampe pour voir s’il estsalé. Dans la nature, le soleil a le même effetque la lampe utilisée dans cette expérience.

4.57 Infiltration et capillarité dans les eaux dusol

Remplir à moitié deux tubes de verre sans fond(de 2 cm de diamètre et 30 cm de long environ)avec du sable fin et sec. Maintenir les tubes verti-calement par des pinces, la partie inférieure repo-sant sur une couche de sable étalée au fond d’unecuvette ou d’un aquarium (voir figure). Verserde l’eau dans un tube. L’eau s’infiltrera dans les

Infiltration et capillarité

pores du sable, arrivera dans la cuvette et mon-tera en partie dans l’autre tube par capillarité.

4.58 OxydationPour démontrer l’oxydation, placer un petitmorceau de laine d’acier dans une petite boîtecontenant du sable propre et le mouiller chaquejour. Noter l’effet de l’eau sur la laine d’acieret les taches qui apparaissent dans le sable.Demander aux élèves de réduire en poudre unpetit morceau de pyrite, de le placer sur un verrede montre et de le mouiller chaque jour. Au boutde quelques semaines noter l’apparition d’unesubstance cristalline blanche : c’est du sulfatede fer. L’oxydation des minéraux contenant dufer est généralement accompagnée par un chan-



gement de couleur de à la présence d’oxydeset hydroxydes jaunes, bruns ou rouges. (Voirexpériences 2.42 et 2.318.)

4.59 Un effet de la congélation de l’eauRemplir une bouteille d’eau et la fermer soigneu-sement. Envelopper la bouteille dans un linge(pour retenir les morceaux de verre). Placerla bouteille dans le congélateur du réfrigérateur.Au bout de 24 heures, retirer la bouteille etl’examiner. Que peut-on observer? Pourquoi labouteille est-elle brisée? Quelle est l’origine dela pression? Pourquoi la glace a-t-elle exercéune force? (Voir expérience 2.129.)

Autres activités

4.60 Crevasses de la boueRecueillir dans des cuvettes plusieurs échantil-lons de différents type d’argile et de limon.Remplir les cuvettes aux trois quarts. Ajouterune quantité d’eau suffisante pour recouvrirle matériau.

Exposer les cuvettes au soleil. Observer laformation des crevasses. Comparer le nombrede crevasses d’une cuvette à l’autre. Quelsangles se forment au moment où la crevasseapparaît? Sont-ils tous identiques?

4.61 Horizons du solLes sols évolués ont en général un profil biencaractérisé, composé de trois couches princi-pales, ou horizons, désignés par les lettres A,B et C. Ces horizons diffèrent par leur couleur,leur texture, leur structure et leur épaisseur.

L’horizon A est appelé sol superficiel. Lesmatériaux solubles ont disparu, En général, lesol superficiel abonde en matière organique eten organismes. L’horizon B est appelé sous-sol.Cet horizon accumule l’argile enlevée du solsuperficiel par les pluies. II contient généralementdes minéraux ferreux qui, la plupart du temps,sont oxydés. L’horizon C est la roche mère nonconsolidée et désagrégée.

Réaliser des modèles d’horizons du sol pré-levés en différents endroits et comparer les pro-

fondeurs des horizons A et B. Le mieux estd’observer les horizons dans des fossés qui vien-nent d’être ouverts le long d’une route ou dansdes ravines. Avec une bêche, faire une coupeverticale nette pour faire apparaître les divershorizons. Laisser sécher. Se procurer une plancheou tout autre matériau rigide dont on enduiraun côté de colle. Presser ce côté contre la coupede telle. sorte que de nombreuses particulesprovenant de chaque horizon y adhèrent. Retirerla planche et combler les vides avec des fragmentsretirés de la coupe. Laisser durcir le modèle.Comparer les différents profils en notant la pro-fondeur des horizons de chaque modèle ainsique la composition du matériau dans chacund’eux.

4.62 Action des plantes sur l’érosionA. Il faudrait faire observer aux élèves une zonedans laquelle le sol a subi une érosion à causede l’absence de couverture végétale. Commenterleurs observations; leur demander d’expliquerpourquoi la zone présente cet aspect. Commentpeut-on empêcher l’érosion du sol par le ventou la pluie? Les élèves peuvent-ils démontrerleurs idées?

B. Faire semer par les élèves du gazon sur un solsablonneux ou dans des caissettes (disposéescomme dans l’expérience 4.50). Faire ruisselerde l’eau à la surface lorsque le gazon s’est enra-ciné. Les racines retiennent-elles le sol? Arracherquelques plants et modifier la quantité d’eaude ruissellement. Quels sont les effets de l’érosion?

4.63 Étude des organismes vivant dans le solUn sol, acide ou alcalin, peut aussi être le sièged’une vie animale aux aspects divers. Le typeet l’ampleur de la vie végétale et animale varientselon les sols. L’important est que cette vie estsouvent un facteur qui peut changer la composi-tion du sol.

Demander aux élèves d’examiner la surfacede 1 m2 de sol. Noter les tortillons laissés par lesvers de terre, les fourmilières ou tout autre indiced’activité animale. Retirer avec précaution lesvégétaux superficiels et examiner le sol pour y


215 Astronomie et sciences de l’espace 4.65

déceler éventuellement d’autres signes d’une vieanimale. Comment les vers de terre contribuent-ils à aérer le sol? Comment l’ameublissent-ils?Le fait qu’ils ingèrent des particules du sol change-t-il la composition de celui-ci? Leurs déjectionset leurs cadavres modifient-ils la compositiondu sol?

4.64 Dépôts éoliensSe procurer trois grands récipients peu profonds(moules à tartes, par exemple); en remplir unavec un litre de sable humide, un deuxièmeavec du sable sec et le troisième avec de la farine.Les élèves doivent alors placer les récipients à7 mètres devant un ventilateur électrique. Oùla force du vent est-elle la plus forte? Approcherchaque récipient du ventilateur jusqu’à ce quel’on constate un léger déplacement du matériau.

Représenter sur un croquis les trois récipientset la distance à laquelle un mouvement s’est

Astronomie et sciences de l’espace

Les astres et l’espace intéressent toujours les élèvesqui suivent des cours de sciences; mais il arrivesouvent que les notions élémentaires d’astro-nomie soient enseignées par la méthode descrip-tive, c’est-à-dire que les enfants doivent secontenter de ce qu’ils lisent dans leurs livres.Les nombreuses expériences proposées dans cettesection permettront aux maîtres d’éclairer cesnotions par l’expérimentation et l’observation.

On n’a pas tenté de graduer ces expériences.préférant laisser aux maîtres le soin de choisircelles qui leur paraîtront le mieux répondre ausujet traité en classe.

Instruments d’observation astronomique

4.65 Lunette astronomique rudimentairePour construire une petite lunette astronomique,

manifesté dans chacun d’eux par suite du « vent ».Quel est celui où le mouvement se produit à laplus courte distance? Celui où il se produit à laplus grande distance? Pourquoi? Les élèvesremarquent-ils une régularité dans la manièredont les matériaux ont été soufflés? Les pluslégers sont les plus éloignés et les plus lourdsles plus proches. De nombreux mélanges departicules sont séparés de cette manière. Expli-quer que ce phénomène s’appelle tri (ou triage)et qu’il se produit fréquemment dans la nature.

Les élèves peuvent essayer de créer des dunesde sable en utilisant le ventilateur et du sablesec. Peuvent-ils créer n’importe quel genre decrête dans le sable? Qu’est-ce qui provoque lesdunes de sable dans la nature? S’il existe dans levoisinage une région sablonneuse, les élèvessouhaiteront sans doute l’étudier pour voir com-ment le vent a provoqué la formation de cordonsde dunes.

on aura besoin de deux tubes de carton, dont l’unglissera exactement à l’intérieur de l’autre.

Il est impossible de construire une lunetteastronomique convenable si l’on ne dispose pasde bonnes lentilles. (Les premiers expérimenta-teurs s’en sont vite aperçus.)

Dans un compte-fils (ou une loupe de phila-téliste), il y a des lentilles achromatiques, c’est-à-dire corrigées de façon à empêcher l’irisation. Unefois fixée dans un bouchon percé d’un trou, unelentille de ce genre, d’une distance focale de2 à 3 cm, constituera un oculaire convenable.



Il est également indispensable, si l’on veutobtenir de bons résultats, que l’objectif soitachromatique. Si l’on dispose d’une telle lentille,d’une distance focale de 25 à 30 cm, on la fixeraavec de la pâte à modeler ou un adhésif à l’extré-mité du tube de carton le plus gros. De légèrescorrections seront probablement nécessaires pourplacer les deux lentilles sur le même axe géomé-trique. Lorsqu’on y sera parvenu, il suffirad’enfoncer plus ou moins profondément l’undes tubes dans l’autre pour procéder à la mise aupoint. On disposera alors d’un instrument plusperfectionné que celui avec lequel Galilée a faittoutes ses découvertes. (Voir aussi expérience2.219.)

On distinguera facilement les satellites deJupiter, mais non les anneaux de Saturne.

4.66 Un télescope rudimentaireOn pourra utiliser pour cela un miroir concave(par exemple, un miroir à barbe). Le miroir estplacé dans une caissette de taille convenablede telle sorte qu’on puisse l’incliner à des anglesvariés (voir figure 4.66A). Un montant de bois estfixé sur la caissette de manière qu’on puisse aussien faire varier l’inclinaison. Deux lentilles à faibledistance focale fixées dans des bouchons percés à

4.66A Télescope rudimcntaireA Tube de carton muni de lentillesB Montant de boisc MiroirD CaissetteF Pivot

l’intérieur d’un petit tube de carton constituerontl’oculaire. Fixer ce tube sur le support de boiset procéder aux corrections nécessaires (voirfigure 4.66B).

4.67 Un théodolite ou un astrolabe rudimentaireOn peut fabriquer un théodolite ou un astrolaberudimentaire en fixant à l’aide de cire à cacheter

ou dc collc un chalumeau (paille pour boire) lelong de la base d’un rapporteur.

Un fil à plomb suspendu à la tête d’une vispermettra de s’assurer que le montant qui sup-porte ce dispositif est parfaitement vertical etservira en même temps à mesurer la hauteurangulaire d’une étoile ou de tout autre objet.



On obtiendra un modèle plus perfectionnépermettant de trouver la hauteur et l’orientationd’une étoile en fixant le montant à un plateau àl’aide d’une vis et de deux rondelles de façon qu’ilpuisse tourner librement. Une flèche découpéedans une feuille de fer-blanc, fixée au montant ettournant avec lui, indiquera sur un cadran hori-zontal gradué l’angle de rotation (voir figure).C’est avec des appareils aussi rudimentairesque les pionniers de l’astronomie firent beaucoupde leurs découvertes.

Cadrans solaires

4.68 Cadrans solaires de démonstrationA. On peut faire une démonstration simple dufonctionnement d’un cadran solaire en plaçantverticalement un bâton dans le sol de telle sorte

qu’il soit bien exposé au soleil. La position del’ombre du sommet du bâton peut être marquéesur le sol à des intervalles d’une heure (voirfigure). (Voir aussi expérience 4.89B.)

B. Un cadran solaire très simple peut être fabri-qué à partir d’une plaque de métal circulairedivisée en 24 arcs égaux. Une aiguille à tricoterest enfoncée au centre de la plaque perpendicu-lairement à celle-ci (voir figure).

La plaque est disposée de telle sorte que legnomon (c’est-à-dire l’aiguille) soit dirigé vers lepôle céleste et que l’ombre du gnomon tombe à

Cadran solaire élémentaire

midi sur la marque XII. L’ombre tombera alorssur les autres marques à peu près à l’heureexacte. (La plaque doit être marquée des deuxcôtés, car l’ombre du gnomon se déplacera d’uncôté à l’autre au fur et à mesure que la déclinai-son du Soleil changera.)

4.69 Un cadran solaire pour la maisonLa base doit être constituée par une pièce rectan-gulaire de bois, de métal ou de polystyrène. Legnomon ABC se compose d’une pièce triangu-laire de métal mince ou de plastique, dont l’angleABC est égal à la latitude du lieu où l’appareil

est installé et dont l’angle ACB est égal à 90° (voirfigure).

Le socle doit être horizontal (vérifier avec unniveau à eau) et sa ligne médiane doit être orientéeavec précision parallèlement à la direction nord-sud. c’est-à-dire au méridien. Le gnomon est

Cadran solaire pour lamaison (hémisphère nord)



placé verticalement de telle façon que l’hypo-ténuse soit dirigée vers l’Étoile polaire dansl’hémisphère nord et vers le pôle céleste sud dansl’hémisphère sud.

Si l’on se contente de résultats approximatifs,on peut faire les marques en notant la positionde l’ombre du gnomon toutes les heures, à l’aided’une montre réglée sur le temps moyen local.Les résultats sont plus précis si les marquessont faites le 15 avril, le 15 juin, le 1er septembreou le 24 décembre, lorsqu’il n’y a pas de différenceentre l’heure des montres et celle qu’indique lecadran. Des erreurs d’un maximum de 16 minutessont possibles si les marques sont faites à d’autresdates.

Note. Pour obtenir des marques précises,il faut calculer les angles que les marques fontavec BC à l’aide des formules suivantes :

Comme les marques sont symétriques par rap-port à la ligne médiane XII, il n’est pas nécessairede calculer d’autres angles. N.B. Si le socle ducadran est placé verticalement, l’angle entre legnomon et la base doit être égal à 90° moins lalatitude du lieu.

4.70 Cadran solaire sphérique universelA. Avec un globe terrestre, on peut fabriquer uncadran solaire qui indique la saison de l’année.les régions de l’aube et du crépuscule, et l’heurepartout où le Soleil brille.

Les règles à observer pour installer le globesont simples et faciles à suivre. Fixer le globedans une position telle qu’il constitue un modèleexact de la Terre dans l’espace, son axe despôles étant parallèle à celui de la Terre et le lieud’observation se trouvant exactement « au sommetdu monde ». Tourner d’abord le globe jusqu’à ceque son axe soit dans le plan méridien local(nord vrai - sud vrai). qu’on peut trouver en obser-

vant l’ombre d’un objet vertical à midi heurelocale, ou en observant l’Étoile polaire par unenuit claire, ou encore à l’aide d’une boussole(à condition de connaître la déclinaison magné-tique locale). Tourner ensuite le globe sur sonaxe jusqu’à ce que le cercle des longitudes quipasse par le lieu d’observation se trouve exacte-ment dans le plan méridien déterminé précédem-ment. Enfin, incliner l’axe autour d’une lignehorizontale est-ouest jusqu’à ce que le lieud’observation se trouve au sommet du globe.Si vous avez suivi ces trois étapes, votre cercleméridien (qui réunit les pôles de votre globe) seravertical et situé dans le plan nord-sud, et unedroite menée du centre du globe vers le zénith localpassera juste par le point du globe qui représentevotre localité (voir figure).

Fixer alors le globe dans cette position etlaisser la rotation de la Terre faire le reste. Il fautde la patience car, dans votre hâte de voir tout

Cadran solaire universel F Point subsolaireA Cercle arctique F Point d’observationB Tropique du cancer G Ligne du lever duC Soleil au méridien soleil

de l’observateur H Ligne du coucherD Zénith de l’obser- du soleil

vateur J Soleil de minuit



ce que le globe peut vous apprendre, vous serezpeut-être tenté de le tourner à une vitesse plusgrande que celle de la rotation de la Terre. Mais ilfaudra un an pour que le Soleil vous apprennetout ce qu’il peut vous apprendre avant de répéterson histoire.

Lorsque vous observez le globe correctementorienté - « corrigé » et immobile - vous consta-tez bien entendu qu’une moitié est éclairée parle Soleil et que l’autre moitié se trouve dansl’ombre. Ce sont exactement les moitiés de laTerre qui se trouvent éclairées ou obscures à cemoment-là. Une heure plus tard, le cercle sépa-rant la lumière de l’ombre s’est déplacé versl’ouest, son intersection avec l’équateur s’étantdéplacée de 15° vers l’ouest. Sur la partie du cerclequi est à l’ouest du lieu d’observation, le Soleilse lève, sur la partie qui est à l’est, il se couche.On peut « compter les heures » le long de l’équa-teur entre le méridien du lieu d’observationet la ligne du soleil couchant et estimer avec pré-cision combien d’heures de soleil il reste pourcette journée. On peut aussi choisir un pays quise trouve à l’ouest et voir dans combien de tempsle Soleil se lèvera dans ce pays. En observantle globe jour après jour, on constatera que lecercle se déplace lentement vers le nord ou vers lesud, selon l’époque de l’année (voir aussi expé-rience 4.98).

B. Il n’est pas facile de se rendre compte du faitque les rayons du Soleil sont parallèles lorsqu’ilsatteignent la Terre. Une expérience simple peutêtre utile à cet égard. Un matin où le temps estclair, prendre un morceau de tuyau ou un tube decarton et le diriger vers le Soleil afin qu’il projetteune petite ombre en forme d’anneau. Attention :ne pas observer le Soleil au travers du tube, carles rayons solaires peuvent détruire la rétine, Si,au même moment, une personne se trouvantà 120 degrés à l’est par rapport à vous - un tiersde la distance autour du monde - faisait lamême expérience, elle orienterait le tube à l’ouest,en direction du Soleil de l’après-midi. Pourtant,son tube et le vôtre seraient nécessairementparallèles, à une faible fraction de degré près.Si vous dirigez le tube vers le Soleil au cours de

l’après-midi, et si une autre personne se trouvantà une grande distance à l’ouest fait en mêmetemps la même expérience (pour elle ce sera lematin), le tube qu’elle utilisera sera aussi auto-matiquement parallèle au vôtre. Cette expériencepermettra d’expliquer pourquoi, lorsque lesglobes sont convenablement orientés, les per-sonnes qui, dans le monde entier, se trouvent dansdes régions éclairées par le Soleil verront cesglobes éclairés exactement de la même manière.

C. Il est facile, avec un cadran solaire universel,de connaître le nombre exact des heures d’enso-leillement à une certaine latitude (y compris lavôtre) au cours d’un jour déterminé. Il suffit decompter le nombre de divisions espacées de 15°en longitude qui se trouvent à l’intérieur du cercleéclairé à la latitude désirée. Ainsi, à 40° de lati-tude nord en été, le cercle peut couvrir 225° delongitude le long du 40e parallèle, ce qui repré-sente 15 divisions ou 15 heures d’ensoleillement.Mais, en hiver, le cercle ne peut couvrir que 135°,représentant 9 divisions ou 9 heures. Dès que lecercle éclairé passe au-delà d’un des deux pôles,ce pôle a 24 heures d’ensoleillement par jour et lepôle opposé est dans l’obscurité.

Comment se familiariser avec les étoiles et lesplanètes

4.71 Comment reconnaître les principalesconstellations 1 et établir une carte du ciel

On peut aisément le faire à la maison et l’époquela plus propice est celle de la nouvelle lune, car lalumière de la Lune n’empêche pas, alors, de dis-tinguer convenablement les étoiles. On se munirad’un morceau de papier d’emballage percé detrous d’épingle reproduisant la forme d’uncertain nombre de constellations. Lorsqu’on tendce morceau de papier vers de la lumière, les trousdeviennent visibles et l’on peut tourner la feuillejusqu’à ce qu’on reconnaisse dans le ciel la

1. On trouvera à l’annexe 10 les appellations latines- en usage dans de nombreux pays - desprincipales constellations. avec leurs équivalentsen français.



PETITE OURSE

constellation figurée sur le papier. C'est particu-lièrement facile à faire dans l’hémisphère nord, oùl’Étoile polaire sera au centre, très proche du pôlenord céleste (voir figure ci-dessus, à gauche).

Dans l’hémisphère sud, la méthode la plussimple consiste à commencer par la Croix du sud,qui se compose de quatre étoiles dont trois sonttrès brillantes. Elles sont indiquées sur la figureci-dessus, à droite, qui montre également com-ment on peut repérer approximativement le pôlecéleste sud (voir aussi expérience 4.78).

Quand on aura appris ainsi à reconnaîtrequelques constellations, il sera intéressant dedresser une carte du ciel au début de la soirée etune autre au moment de se coucher.

Notre planète, la Terre, tourne sur son axed’ouest en est en même temps qu’elle tourneautour du Soleil. Le Soleil est notre étoile, l’unedes cent mille millions d’étoiles de notre galaxie,appelée la « voie lactée ». Celle-ci n’est qu’unegalaxie parmi au moins mille millions d’autresgalaxies. Dans notre galaxie, l’étoile la plus prochedu Soleil se trouve à 43 millions de millions dekilomètres. Ces chiffres donnent une idée del’immensité de l’espace.

Dans l’hémisphère nord, il y a une étoileautour de laquelle toutes les autres semblent

tourner. On l’appelle Polaris. ou l’étoile polaire,ou la Polaire (dans certains pays, on l’appelleaussi l’Étoile du nord). A votre avis, pourquoi laPolaire est-elle désignée sous ces différents noms?

Si vous vivez au sud de l’équateur vous remar-querez aussi que les étoiles paraissent tournerautour d’un point du ciel, bien que ce point necorresponde à aucune étoile.

La voûte céleste paraît accomplir une révolu-tion toutes les 24 heures et, de même, en un an.Cela explique que les diverses constellations(groupes d’étoiles) ne sont pas vues dans la mêmeposition à différentes heures de la nuit et à diffé-rentes époques de l’année. (Une explication surla manière de fixer la position d’une étoile sur lasphère céleste est donnée à propos de l’expérience4.74.)

4.72 Localisation de constellations par unobservateur situé au nord de l’équateur

Dans l’hémisphère nord, l’Étoile polaire est lerepère essentiel permettant de situer et d’identifierles constellations et les étoiles. Les indicationsqui suivent aideront à reconnaître un certainnombre de constellations. La plus facile à trouverest Ursa Major, communément appelée la GrandeOurse ou le Grand Chariot.



Cette constellation bien connue est très utile,notamment pour localiser l’Étoile polaire. Ilsuffit de prolonger la ligne droite téunissant lesroues arrière du « chariot » sur une distance à peuprès égale à cinq fois l’écartement de ces deuxroues. On trouvera ainsi l’Étoile polaire, plusbrillante que celles qui l’entourent. La Polairemarque l’extrémité avant du timon d’un autre« chariot », constellation plus petite et moinsbrillante, appelée aussi la Petite Ourse (UrsaMinor).

On cherchera ensuite Pégase, le cheval ailé dela mythologie. Sur la figure 4.72A, qui correspondau mois d’octobre, on constatera que quatreétoiles forment le « carré de Pégase ». L’étoile

nord-est appartient aussi à Andromède. On trouvePégase en prolongeant bien au-delà de la Polairela ligne droite réunissant les deux étoiles quireprésentent les roues arrière du Grand Chariot.

La constellation Cassiopée, qui forme lalettre W, est facile à trouver, à l’opposé de laPetite Ourse, au-delà de l’Étoile polaire.

Orion (appelé aussi « le Chasseur » dans lespays de langue anglaise) est une constellationfamilière et facile à reconnaître. Elle se distinguenotamment par trois étoiles brillantes, prochesl’une de l’autre et alignées, qu’on appelle « leBaudrier d’Orion ». En dessous, trois étoilesmoins brillantes et moins distinctes forment« l’Épée » (voir figure 4.72B).

PETITE OURSE

GRANDE OURSE4.72A Hémisphère nord (octobre)

N PETITE OURSE

4.72B Comment trouver Orion (février)



4.73 Localisation de constellations par unobservateur situé au sud de l’équateur

Le principal repère est la constellation de laCroix du sud (Crux). Au début de décembre, onpeut l’apercevoir assez bas sur l’horizon sud àminuit. Après avoir trouvé la Croix du sud, il estfacile de repérer deux étoiles brillantes du Cen-taure. Elles se trouvent presque sur la mêmeligne que les deux étoiles inférieures de la Croix dusud vers le sud-ouest. Ces deux étoiles du Cen-taure sont également appelées les « Gardes de la

CANIS MAJOR (Grand Chien)

CROIX DU SUD

CENTAURE S

Hémisphère sud (décembre)

Croix du sud ». Celle qui se trouve à la plus grandedistance de la Croix du sud est très proche de laTerre à l’échelle astronomique. Pendant long-temps, on a cru que cette étoile était la plusproche de la Terre. Pourtant la lumière qui enémane met plus de quatre ans à atteindre la Terre,bien que la lumière se propage à la vitesse consi-dérable de 300 000 km par seconde. Pourmesurer une grande distance, les astronomesindiquent le temps que met la lumière pour laparcourir. Dans le cas de cette étoile, ils disentqu’elle est à plus de 4 années-lumière.

De la Croix du sud, on peut suivre la voielactée vers le nord et trouver Canis Major,appelée aussi le « Grand Chien ». Cette constel-lation est particulièrement intéressante, car ellecontient Sirius, qu’on appelle quelquefois la« Canicule »; c’est la plus brillante de toutes lesétoiles. II existe très peu d’étoiles plus proches denous que Sirius, qui se trouve à 8,5 années+lumière.

Non loin du Grand Chien, on trouvera Orion,visible aussi au nord de l’équateur.

4.74 Localisation de constellations par unobservateur situé dans la zone intertropicale

Pour permettre leur identification, on peut ima-giner que les étoiles sont situées à l’intérieurd’une sphère, la sphère céleste, dont la Terreoccupe le centre. L’Étoile polaire, qui est situéeapproximativement au pôle nord de la sphèrecéleste, est presque directement au-dessus du pôlenord de la Terre et l’équateur céleste entourela sphère céleste exactement au-dessus de l’équa-teur terrestre.

A la surface de la Terre, un point peut êtreidentifié par sa latitude et sa longitude. La longi-tude correspond au méridien, qui est la ligneréunissant le pôle nord et le pôle sud en pas-sant par ce point; par exemple, la longitude zéro,ou le méridien de Greenwich passe par le pôlenord, la ville anglaise de Greenwich, et le pôle sud.De même, la position d’une étoile sur la sphèrecéleste est déterminée par sa déclinaison (qui cor-respond à la latitude et qui est repérée « nord » ou« sud » à partir de l’équateur céleste) et par sonascension droite (qui correspond à la longitude).



Le point de la sphère céleste situé exactementau-dessus d’un observateur placé sur la Terres’appelle le zénith de l’observateur. Ainsi,l’Étoile polaire serait au zénith d’un observateurplacé au pôle nord de la Terre et le 15 mai, versmidi, le Soleil serait au zénith d’un observateurse trouvant en un point de latitude 20° N.

La carte du ciel qui se trouve à la fin de ce livrereprésente la partie de la sphère céleste qui est vuepar un observateur situé sur l’équateur terrestre.Elle s’étend de 35° N à 30° S; elle ne présente doncpas, pour ces déclinaisons, la distorsion des cons-tellations qu’on trouve en général sur les cartesdes hémisphères célestes nord ou sud. Cette carteest spécialement intéressante pour les personnesqui vivent dans la zone intertropicale, où les con-ditions atmosphériques limitent souvent les ob-servations à 45° du zénith; Le Baudrier d’Orion,lorsqu’il est visible, donne une idée de la direc-tion est-ouest et le prolongement des grandscôtés du quadrilatère de cette même constellationest utile pour trouver la direction nord-sud.

Les distances sont mesurées en degrés angu-laires et l’équateur est divisé approximativementen mois. Chaque date correspond à l’aspect duciel à minuit pour un observateur situé à l’équa-teur, c’est-à-dire dont le zénith est à l’équateur.Pour les autres lieux, le zénith à minuit est donnépar l’intersection du parallèle (repéré par salatitude) de l’observateur et du méridien coupantl’équateur à une date déterminée; par exempleRigel est au zénith à minuit le 7 décembre pour leslieux situés à la latitude 8° S.

Les étoiles visibles sur le méridien de l’obser-vateur à 23 heures au cours d’une nuit quelconqueseront celles qu’on voit sur le méridien à minuit15 jours plus tôt. Par exemple, Bételgeuse, quiest à peu près au zénith à minuit le 17 décembre,occupera la même position à 23 heures, 15 joursplus tard, c’est-&-dire le 1er janvier.

La courbe en gros pointillé permet à unobservateur de déterminer approximativementla latitude à laquelle le Soleil sera exactement au-dessus de lui à midi un jour quelconque, Il suffitde noter l’intersection de la courbe avec les paral-lèles; par exemple le Soleil est au zénith à midiau point situé à la latitude 20° S le 25 janvier.

Note. La courbe permettant de déterminer laposition du Soleil chaque jour ne doit pas êtreconfondue avec l’écliptique qui lui est symétrique.Cela explique l’erreur apparente de 12 heuresdans l’ascension droite des étoiles figurant sur lacarte.

4.75 La rotation diurne apparente du cielSe procurer : une carte du ciel, un fil à plomb(ficelle et poids), un crayon, du papier et unemontre ou une pendule.

A. Choisir un emplacement où l’on a une vuedégagée de la partie nord du ciel (ou de la partiesud si on est au sud de l’équateur), y compris lesparties proches de l’horizon. Localiser aussiexactement que possible le pôle céleste et fixer lefil à plomb de telle sorte qu’il semble passer parle pôle (l’Étoile polaire pour un observateur placéau nord de l’équateur). Repérer soigneusement,par rapport aux étoiles, la position apparente del’extrémité inférieure du fil à plomb. Tracer unedroite sur la carte du ciel pour représenter laposition du fil à plomb et noter l’heure à uneminute près. Répéter cette observation 2 ou3 heures plus tard, tracer une droite sur la carteet noter l’heure. Inscrire également la date. Dansquelle direction le ciel semble-t-il tourner (dans lesens des aiguilles d’une montre ou dans le sensopposé)? Faire un rapprochement entre ce phé-nomène et la rotation de la Terre : pour un obser-vateur situé dans l’espace au-dessus du pôle nord(ou sud) de la Terre, comment la Terre aurait-ellesemblé tourner (dans le sens des aiguilles d’unemontre ou dans le sens opposé)?

Avec un rapporteur, mesurer l’angle quefont les deux droites. Combien de degrés? Cal-culer le mouvement accompli en degrés par heure.En déduire le temps nécessaire pour une rotationcomplète (3600). Quelles conclusions peut-ontire de ce résultat? Quelle est la précision del’observation? Cette observation peut être com-plétée par la photographie des trajectoires desétoiles (voir aussi expérience 4.90).

B. Se placer en un point précis, pouvant êtreretrouvé exactement plus tard. Dans l’hémisphère



nord, identifier l’une des constellations les plusimportantes de la partie sud du ciel (par exempleOrion) et indiquer sa position par rapport à desrepères bien visibles (bâtiments, arbres. etc.). Dansl’hémisphère sud, identifier une constellationdu ciel nord. Noter l’heure. Deux ou trois heuresplus tard, exactement au même lieu, observerla même constellation. indiquer sa position etnoter l’heure. Dans quelle mesure le changementde position de cette constellation correspond-ilaux changements observés dans l’expérience Aci-dessus? Sa période pour une rotation complètedifférerait-elle de celle qui a été trouvée ci-dessus?

C. Observer une constellation qui semble bassedans l’est du ciel et l’observer 2 heures plus tard.Expliquer les changements.

D. Observer une constellation qui se trouve àpeu près à mi-hauteur dans l’ouest du cielet l’observer à nouveau 2 heures plus tard.Expliquer les changements.

4.76 comment construire un constellariumUn constellarium est un petit appareil qui sert àenseigner aux élèves la forme des différentesconstellations.

A. On se procurera une boîte de carton ou unecaissette, dont on supprimera l’une des extrémi-tés. D’autre part, on dessinera les formes desdifférentes constellations sur des morceaux decarton de couleur sombre, suffisamment grandspour recouvrir l’extrémité de la boîte. Percerdans les dessins des différentes constellationsdes trous correspondant à l’emplacement desétoiles. Introduire une lampe électrique à l’inté-rieur de la boîte. En allumant cette lampe et enplaçant les cartons l’un après l’autre à l’extré-mité de la boîte, on verra clairement les diffé-rentes constellations.

On peut aussi se procurer un certain nombrede boîtes en fer-blanc assez grandes pour qu’ilsoit possible d’y introduire une ampoule élec-trique. Des trous pratiqués dans le fond de cesboîtes représenteront les étoiles de différentesconstellations. lorsque l’ampoule est placéedans la boîte et allumée. les trous deviennentlumineux et l’on peut observer la forme desconstellations. On peut peindre ces boîtes pourles empêcher de rouiller et les conserver d’uneannée à l’autre.

B. Comme un parapluie a la forme d’une faceinterne de sphère. on peut en faire un constella-

Hémisphère nord



Alpha du Centaure

rium pour décrire les différentes sections du cielet leurs mouvements. On utilisera un vieux para-pluie d’une taille suffisante.

L’hémisphère nord. Avec de la craie, on mar-quera la place de l’Étoile polaire à l’intérieur duparapluie près du sommet de la calotte. Consulterune carte du ciel et marquer par des croix la posi-tion des étoiles de différentes constellations.Quand on aura indiqué ainsi toutes les constel-lations polaires, on pourra coller sur les croix desétoiles blanches découpées dans des étiquettesgommées ou encore peindre les étoiles à la pein-ture blanche. On pourra ensuite tracer à la pein-ture blanche ou à la craie des lignes pointilléesréunissant les étoiles d’une même constellation.En faisant tourner le manche du parapluie dansle sens inverse de celui des aiguilles d’une montre,on voit comment les diverses étoiles forment unetrajectoire circulaire autour de l’étoile polaire.

L’hémisphère sud. Au sud de l’équateur, leparapluie doit être orienté vers le pôle céleste sud;il faudra donc le tourner dans le sens des aiguillesd’une montre. Comme dans l’hémisphère nord,les étoiles se lèveront à l’est et se coucheront àl’ouest. La figure montre quelques-unes desétoiles et des constellations les plus importantesmarquées sur le parapluie.

Hémisphère sud

4.77 Évolution saisonnière du cielAu fur et à mesure que la Terre parcourt sonorbite autour du Soleil, les constellations semblentse déplacer dans le ciel. Pour observer cette évo-lution, il faut une carte du ciel et un fil à plomb.

Procéder aux observations comme il estindiqué au point 4,75, mais ne faire qu’une séried’observations en enregistrant l’heure.

Un mois plus tard au moins répéter les mêmesobservations de la même manière et autant quepossible à la même heure de la nuit. Si l’on com-pare les deux observations faites à la même heurequels changements constate-t-on en un mois (oudavantage)? Quelle sera l’importance du change-ment en un an s’il se poursuit au même rythme?Que signifie-t-il si l’on se rappelle que nous mesu-rons le temps au moyen du Soleil? Existera-t-ilune époque de l’année où il sera absolumentimpossible de voir Orion (par exemple)? Pour-quoi? Répondre aux mêmes questions pour laGrande Ourse et l’Étoile polaire, si vous êtes aunord de l’équateur. Qu’en est-il de la Croix dusud, si vous êtes dans l’hémisphère sud?

4.78 Les étoiles indiquent l’heure et la dateComme les étoiles semblent accomplir une révo-lution complète en 24 heures, elles peuvent servir



à indiquer l’heure, tout au moins pendant qu’elles A. Le calendrier stellaire. Les dates inscrites ausont visibles. Dans la mesure où elles paraissent bord de la carte du ciel pour l’hémisphère nordaccomplir aussi une révolution complète en un indiquent l’époque où la partie correspondantean, elles peuvent être utiles pour indiquer l’époque du ciel passe au nord à minuit. Pour l’hémisphèrede l’année. On dispose donc non seulement d’une sud les dates-indiquent la partie qui passe au sudhorloge stellaire, mais aussi d’un calendrier à minuit. Sachant cela on peut facilement fairestellaire. tourner la carte du ciel de sorte qu’elle corres-



ponde à ce qu’on observe dans le ciel. Si l’on se l’équateur, c’est l’inverse puisqu’on fait face autrouve au nord de l’équateur et si l’on doit sud. Si l’on doit tourner la carte de 15° dans letourner la carte de 15° dans le sens des aiguilles sens des aiguilles d’une montre à partir de lad’une montre à partir de la position de minuit, position minuit, cela signifie qu’il est 23 heures.il est une heure du matin; si l’on doit tourner la Les heures déterminées de cette façon corres-carte de 30° dans le sens inverse de celui des pondent au temps solaire et elles peuvent différeraiguilles d’une montre, il est 22 heures. Au sud de de l’heure locale.



B. L’horloge stellaire. On trouvera ci-après deux de l’horloge stellaire est marquée au milieu deséries de figures pour l’hémisphère nord et certains mois.l’hémisphère sud, à raison d’une « horloge » pour Indiquer les positions 9 heures pour mai,chaque mois. La position 9 heures de l’aiguille août et novembre. Essayer d’indiquer les posi-


229 Astronomie et sciences de l’espace

tions minuit pour juin, septembre et décembre.Dans l’hémisphère sud, indiquer approximative-ment le pôle céleste sud (voir expérience 4.71).

4.78



4.79 Comment représenter le système solaireOn pourra montrer quelles sont les dimensionsrelatives des planètes et les distances relatives quiles séparent du Soleil en faisant construire par lesélèves des modèles représentant le système solaire.Pour des raisons d’ordre pratique, il est néces-saire de réaliser deux modèles, l’un montrantles dimensions relatives des planètes et l’autre,les distances relatives qui les séparent du Soleil.On y parviendra : a) en utilisant des ballons, desballes et des billes de différentes dimensions quireprésenteront le Soleil et les planètes; b) en fai-sant fabriquer par les élèves des boules en terreglaise ou en pâte à modeler au moyen de gabaritsen matière plastique; ou c) simplement en décou-pant des cercles de carton ayant les dimensionsvoulues. Ces objets peuvent être disposés soit surun mur, soit sur le sol ou encore sur le tableaunoir où l’on indiquera à la craie les orbites des pla-nètes. Le tableau ci-dessous indique les rapportsà respecter. Les chiffres entre parenthèses donnentune échelle des distances, les unités étant la dis-tance moyenne de la Terre au Soleil et le diamètrede la Terre.

Corps célestes Distance moyenne Diamètredu Soleil (en millions (en km)de km)

SoleilMercureVénusTerreMarsJupiterSaturneUranusNeptunePluton

1400000(110)58 (0,4) 4 800(0,4)

108 (0,7) 12000(1,0)150 (0,1) 13 000 (1,0)228 (1.5) 6 800 (0,5)778 (5,2) 140 000 (11,2)

1 420 (9,5) 120 000 (9.5)2 870 (19,2) 50 000 (3,7)4 490 (30,1) 53 000 (4,l)5 900 (39,5) (1,0?)

4.80 L’étoile du « matin » et l’étoile du « soir »Observer Vénus et noter le moment où elle se lèveou se couche par rapport au lever ou au coucherdu Soleil.

4.81 Comment démontrer le mouvement desplanètes

Se procurer un bocal haut et étroit, de l’eau, del’huile pour moteur de voiture SAE 30, de l’alcool

à 90° et un crayon. Remplir à moitié le bocal avecde l’eau, verser lentement l’alcool sur l’eau; ne pasagiter pour ne pas perturber les surfaces encontact. Plonger un crayon dans l’huile et laissertomber quelques gouttes d’huile dans le récipient.Faire tourner doucement le récipient pour queles « planètes », c’est-à-dire les gouttes d’huile,tournent. Moins dense, l’alcool flotte sur l’eau.L’huile s’enfonce dans l’alcool mais reste au-dessus de l’eau; les gouttes d’huile forment ainsides sphères qui restent à la surface de contactentre les deux liquides incolores.

Observation des phénomènes célestes

4.82 Observation des phases de la LunePendant toute la durée d’une lunaison, les enfantsobserveront la Lune chaque soir et en feront descroquis. Commencer à la nouvelle lune et conti-nuer jusqu’à la fin de la quatrième phase.

4.83 Comment déterminer le rapport entre lesphases de la L’une et sa position apparentedans le ciel

Toutes les observations de cette série doivent êtrerépétées pendant deux semaines au moins. Com-mencer les observations environ une heure aprèsle coucher du Soleil et faire les observationschaque nuit lorsque le ciel est clair, à la mêmeheure, l’observateur se plaçant toujours au mêmeendroit. L’observation doit commencer à la dateoù le croissant de lune est tout juste visible le soir,deux ou trois jours après une nouvelle phase(consulter un almanach).

La première nuit, noter la position de la Lunepar rapport à des repères bien visibles et faire uncroquis exact. (Par exemple, elle est juste au-dessus du clocher d’une église ou elle est justeau-dessus d’un point situé à mi-distance du clocheret d’un bâtiment.) Déterminer aussi exactementque possible la hauteur au-dessus de l’horizonen degrés en utilisant le poing ou les doigts de lamain. (Bras tendu, le poing équivaut à environ10°, la distance entre le pouce et le petit doigtéquivaut à environ 20°, etc.). Porter ces indicationssur le croquis. Noter aussi le plus exactementpossible la direction des pointes du croissant et laforme de celui-ci. Répéter à nouveau les obser-



vations deux heures plus tard et noter l’heure.Renouveler les observations de la même

manière tous les soirs pendant deux semaines.Rédiger un rapport sur ces observations. Y indi-quer plus spécialement comment la zone éclairéede la Lune change de forme d’une nuit à uneautre, comment sa position apparente se modifie,comment les pointes ou le bord du croissant sontorientés par rapport à la position du Soleil, qui esten dessous de l’horizon ouest, comment la Lunechange de position au cours d’une nuit, les rai-sons de ce changement ainsi que les raisons duchangement d’une nuit à l’autre, etc. A un cer-tain moment, à l’époque du dernier quartier dela Lune (voir un almanach), faire des observa-tions de bonne heure le matin en procédantcomme ci-dessus. Dans quelle mesure ces obser-vations concordent-elles avec celles du soir?

4.84 Observation d’une éclipse de soleilExpliquer aux élèves qu’en observant les éclipses,l’intervalle de temps au cours duquel elles seproduisent, et l’ombre qu’elles provoquent, lesastronomes ont pu recueillir des renseignementssur la forme, les dimensions et les mouvements duSoleil, de la Lune et de la Terre (voir figure).

Demander aux élèves s’ils connaissent uneméthode ayant permis de déterminer la forme dela Terre. Leur demander de rechercher dans lesjournaux ou dans un almanach la date des éclipses.Prévoir une sortie de la classe si une éclipse seproduit dans la région.

Attention. Ne pas laisser les élèves regarderdirectement l’éclipse, car leurs yeux pourraient

Éclipse de soleilA Orbite de la LuneB Terrec Lune

en souffrir. Même l’emploi d’un verre fumé oude plusieurs épaisseurs de pellicule photogra-phique exposée n’offrent pas une entière sécurité.Un moyen sûr consiste à faire une observationindirecte. Demander aux élèves de percer un troudans un morceau de carton. Leur demanderensuite de se placer le dos au Soleil et de tenir lecarton au-dessus d’une épaule pour que l’imagedu Soleil se projette à travers le trou sur undeuxième morceau de carton ou sur un papierqu’ils tiennent devant eux. Il faut les empêcherde regarder le Soleil par le trou pratiqué dans lecarton (voir aussi expérience 4.96).

4.85 Observation d’une éclipse de luneL’observation directe n’offre aucun danger.Demander aux élèves de noter la forme del’ombre de la Terre au moment où son bord tra-verse la Lune - c’est une preuve que la Terre

Éclipse de luneA Orbite de la LuneB Terrec Lune

est ronde, encore que l’effet serait le même si laTerre avait la forme d’un disque (voir figure).(Voir aussi expérience 4.95.)

4.86 Période de rotation du SoleilDéterminer la période de rotation du Soleil et ladirection de son axe en observant les changementsde position des taches solaires. Le matérielnécessaire est le suivant : un petit télescope ou desjumelles (grossissement minimal 6), une grandeboîte, une planchette, du papier et un crayon.


Attention. Ne pas observer directement le La planchette recouverte d’une feuille de papierSoleil au moyen de l’instrument. Si l’on emploie est placée dans la boîte contre la partie posté-des jumelles, les fixer solidement à une extrémité rieure et l’image du Soleil est projetée sur lede la boîte (voir figure a); mais, si l’on se sert d’un papier. La mise au point de l’oculaire doit êtretélescope, il faut y ajouter un pare-soleil, comme légèrement différente de la mise au point utiliséeen b. Un des grands côtés de la boîte doit être pour l’observation directe (faire des essais).ouvert pour permettre l’observation. Incliner Quand la dimension de l’image du Soleil a étéla boîte de telle sorte que les petits côtés soient déterminée, toutes les observations peuvent êtreperpendiculaires à la direction des rayons solaires. faites pour une image de cette dimension et le

papier peut être préparé à l’avance en traçantun cercle de la dimension appropriée. Noterqu’avec une jumelle de grossissement 6, une

A image du Soleil de 5 cm est obtenue à 1 mètrederrière l’oculaire. Un grossissement supérieurdonne des images proportionnellement plusgrandes. La dimension de l’image est aussi pro-portionnelle à la distance par rapport à l’oculaire.

Procéder à des observations chaque jour,de préférence à midi. Maintenir toujours lepapier orienté de la même façon. Dans le cercle,marquer rapidement au crayon l’emplacement

a. Emploi de jumellesdes taches solaires. Essayer ensuite de montrerleurs dimensions relatives et leur forme approxi-mative. Il faudra déplacer le papier pendant cetteopération. D’un jour à l’autre la position destaches se modifiera avec la rotation du Soleil. Enmesurant les différences constatées entre plu-sieurs croquis, on pourra déterminer la vitessedu mouvement et, si les observations se pour-suivent pendant un mois ou davantage, on pourradistinguer un groupe de taches qui reviendra unedeuxième fois. D’autre part, une grande tachepeut disparaître et de nouvelles apparaître dansl’intervalle.

b. Emploi d’un télescope

4.86 Observation des changementsde position des taches solairesA Vers le SoleilB Cache sur la deuxième lunettec PlanchetteD Image du Soleil

Comment observer l’effet de la rotation de laTerre

4.87 Un pendule de FoucaultUn serre-joint en forme de G, avec une bille deroulement soudée à l’intérieur du bras supérieur,constitue un support commode pour un pendulede Foucault qui permet de démontrer la rotationde la Terre. On le suspendra de préférence à l’inté-rieur d’une salle, la bille reposant sur une fortelame de rasoir ou sur une surface dure (voir




figure). Pour donner au point d’attache le maxi-mum de mobilité, on ne serrera pas la vis duserre-joint. Suspendre la boule du pendule,par exemple une balle de caoutchouc dur, à unfil de nylon non torsadé. La longueur du fil a peud’importance et peut varier de 3 à 30 mètre.

Point d’attache mobilepour le pendule de Foucault

Quand un tel pendule est mis en mouvement,son plan d’oscillation semble, après quelquesheures, avoir varié par rapport à celui qu’indiqueune marque tracée sur le sol au début de l’expé-rience. C’est naturellement la rotation de laTerre sous le pendule qui produit cet effet.

II faudra veiller à ce que l’index (une petiteaiguille à tricoter enfoncée dans la balle) soitbien dans le prolongement du fil. Sur un morceaude carton blanc fixé au sol par des punaises, onpourra tracer une droite de référence qui devraêtre placée exactement sous l’index, la balleétant au repos.

Pour mettre le pendule en mouvement, atta-cher un long fil de coton à un clou de tapissierenfoncé dans la balle; tendre ce fil le long de laligne de référence, puis le brûler à proximité duclou.

Il n’est pas facile, sans quelques raffinements,d’obtenir des résultats quantitatifs, mais on peutsans difficulté observer l’effet de la rotation dela Terre.

4.88 Un pendule de Foucault en miniatureSuspendre un petit pendule de Foucault à unsupport installé sur un plateau tournant ou unfauteui l de bureau. Demander aux enfantsd’observer le comportement du, pendule lors-qu’on fait tourner lentement le plateau.

4.89 Les changements de position du Soleil selonles saisons

A. A partir d’un emplacement déterminé etbien dégagé, noter avec précision le point où leSoleil disparaît derrière des repères lorsqu’il secouche. Répéter les observations à des intervallesd’une semaine pendant au moins 4 semaines etdéterminer la vitesse du changement en degréspar jour (rappelons que, le poing fermé, brasétendu, équivaut à environ 10°).

B. Tracer sur le sol ou sur un des murs de la pièceune ligne indiquant la limite du soleil et de l’om-bre. Noter exactement le mois, le jour et l’heure.A la fin de chaque semaine, et toujours exacte-ment à la même heure, tracer une nouvelle lignelimite. Si on répète cette opération pendant toutel’année, on pourra faire des observations inté-ressantes. Les changements de position de cetteligne de semaine en semaine et de mois en moissont dus à la rotation de la Terre autour duSoleil.

C. Dans un endroit bien dégagé, enfoncer dansle sol un bâton de 1,50 mètre et demander auxenfants de mesurer la longueur de l’ombre portéede ce bâton. Mesurer l’ombre portée deux outrois fois par jour à différentes saisons de l’année.Les enfants devront noter l’emplacement exactde l’ombre aux mêmes heures chaque jour, enmarquant la longueur et la position de l’ombre.Leur demander de comparer la position et la lon-gueur de l’ombre au début de l’année scolaire,au cours de l’hiver, au printemps et à la fin del’année scolaire. (Voir aussi expérience 4.68.)

D. Rédiger un rapport expliquant la significationdes changements observés en fonction des mou-vements de la Terre.

4.90 Comment photographier la trajectoire desétoiles

Les élèves qui possèdent un appareil photogra-phique prendront intérêt à photographier latrajectoire des étoiles à mesure que la Terreaccomplit sa révolution. Attendre une belle nuitsans lune et choisir un endroit d’où l’on découvre



tout l’horizon. Cet endroit devra être à l’abri detoute lumière non céleste, par exemple celle desphares d’automobiles, etc.

Diriger l’appareil aussi exactement que pos-sible vers le pôle céleste (l’Étoile polaire si vousêtes au nord de l’équateur) et le fixer solidementsoit sur un pied, soit avec des cales en bois.Mettre au point sur l’infini, ouvrir le diaphragmeau maximum, régler pour la pose et ouvrir l’obtu-rateur. Ne pas toucher à l’appareil pendant deuxheures au moins, puis fermer l’obturateur pen-dant une ou deux minutes en prenant soin de nepas déplacer l’appareil. Rouvrir l’obturateurpendant une minute et enfin le fermer. Cettedernière et brève exposition précise la fin del’exposition. Noter l’heure du début et de la finde l’expérience.

Lorsque la pellicule sera développée, la tra-jectoire des étoiles sera visible sous la forme d’arcsconcentriques dont le centre est au pôle céleste.On peut mesurer les arcs les plus longs pourdéterminer la rotation en degrés et en déduire lapériode de rotation complète.

On peut prendre d’autres photographies enorientant l’appareil dans différentes directions.

Trajectoires des étoiles autour du pôle nord céleste

Étudier les trajectoires et examiner comment ellesindiquent une rotation de l’ensemble du cielcomme s’il s’agissait d’une sphère solide surlaquelle seraient fixées les étoiles, l’ensembletournant autour d’un axe passant par les pôlescélestes.

La trajectoire apparente de la Lune peut êtremise en évidence au moyen d’expositions d’uneou deux secondes à des intervalles de dix ou dequinze minutes pendant deux heures environ oujusqu’à ce que la Lune sorte du champ de l’appa-reil. Il faut prendre de grandes précautions pouréviter de déplacer l’appareil.

Le jour, la trajectoire du Soleil peut être enre-gistrée de la même manière. Attention. Il ne fautjamais regarder le Soleil au travers du viseur.Réduire l’ouverture pour éviter une surexposition.(Voir aussi expérience 4.75.)

4.91 Photographies en couleur de la trajectoire desétoiles

Les étoiles sont aussi colorées que les objetsterrestres, mais en général on ne le sait pas parceque nos yeux, adaptés à l’obscurité, ont une faiblesensibilité à la couleur. Un appareil ayant unobjectif d’au moins ƒ : 3,5, avec une pelliculecouleur à haute rapidité, permettra de photogra-phier Bételgeuse, étoile rouge de la constellationd’Orion, la Chèvre (Capella), dans la constellationdu Cocher (Auriga), et l’étoile dorée Albireo,dans la constellation du Cygne. La constellationde Cassiopée contient deux étoiles bleues, uneblanche, une dorée et une verte. Il suffit d’avoir unbon appareil photographique pouvant être réglésur la pose, un pied rigide et une pellicule à émul-sion rapide. Les cartes élémentaires qui figurentdans ce livre permettront d’identifier les constel-lations. La bibliothèque publique locale possèdepeut-être des ouvrages d’astronomie contenantdes cartes analogues ou plus détaillées. Il existeégalement, dans certains pays, des indicateurs àcadran qui montrent, quand le cadran est réglépour le mois, le jour et l’heure, toutes les constel-lations qui sont au-dessus de l’observateur.

La Terre tourne sur elle-même de 15° parheure, soit 1° en quatre minutes. Pour nous,sur la Terre, il est plus facile d’évaluer ce mouve-



ment en imaginant que ce sont les étoiles qui sedéplacent. Par ailleurs, les étoiles semblentaccomplir une rotation autour du pôle célestede l’hémisphère. Chaque étoile qui se trouve auvoisinage du pôle décrit un cercle de faible rayonet, au fur et à mesure que la distance par rapportau pôle augmente, le rayon de courbure aug-mente aussi, jusqu’à ce que les étoiles situées au-dessus de l’équateur paraissent se déplacer surune droite.

Une étoile est une vraie source ponctuelle delumière et aucun déplacement de l’appareilphotographique ne peut être toléré, sinon lesimages des étoiles auront des formes torsadées.Pour éviter toute difficulté, procéder de lamanière suivante : fixer l’appareil sur un piedrigide, placer un carton devant l’objectif, utiliserun long câble souple de déclenchement ou unepoire, attendre environ 3 secondes que l’appareilsoit immobile, puis retirer le carton. A la fin del’exposition, replacer le carton devant l’objectifavant de fermer l’obturateur.

Note. Il est probable que les laboratoires dedéveloppement ne reconnaîtront pas les imagesdes étoiles sur vos clichés et, si vous ne les avez pasprévenus, ils vous renverront vos négatifs sansavoir fait de tirages sur papier.

4.92 Comment photographier des constellationsA. La photographie de constellations ajoute unintérêt esthétique à la photographie des trajec-toires d’étoiles. On obtient de belles photogra-phies ou diapositives en noir et blanc et en couleurqui constituent un moyen d’enseignement trèsefficace.

Parmi les nombreuses techniques qui per-mettent de photographier les constellations, l’unedes plus appréciées est la suivante : choisir uneconstellation; installer l’appareil photographiqueet exposer pendant 30 minutes avec un film noiret blanc très rapide (400 ASA) et une ouverturede ƒ: 11; masquer l’objectif pendant 2 minutes;ouvrir à ƒ : 4, dérégler légèrement la mise aupoint ; enfin, découvrir l ’object i f pendant3 minutes. Au lieu de dérégler légèrement la miseau point, on peut placer un écran diffusant surl’objectif pour la dernière exposition. On obtient

l’image d’une constellation qui semble se préci-piter dans l’espace, chaque étoile étant prolongéepar une queue.

B. On peut utiliser des diapositives de 35 mmsous-exposées et mises au rebut que l’on perforeavec la pointe d’une aiguille pour représenterdiverses constellations. Ces diapositives peuventêtre projetées sur un écran ou examinées dans unevisionneuse et les élèves peuvent essayer d’iden-tifier les constellations. On peut aussi insérer lesdiapositives dans une entaille pratiquée dans untube de carton tenu face à la lumière (voirfigure ci-dessous).

4.93 Comment photographier des satellitesIl est très amusant de photographier des satellites.Utiliser le même montage que ‘pour les trajec-toires d’étoiles (voir ci-dessus). Le film KodakTri-X Pan donne d’excellents résultats. Utiliserle révélateur Kodak HC-110 (1 partie pour15 parties d’eau) à 24 °C pendant 4 minutes. Leprincipal problème est de savoir à l’avance com-ment orienter l’appareil. Il existe plusieurs sourcesde renseignements : certains journaux donnentchaque jour l’heure, la hauteur au-dessus del’horizon ouest ou est et la trajectoire de tous lessatellites visibles. En outre, les observatoiresastronomiques locaux et les clubs d’astronomesamateurs peuvent donner les renseignementsnécessaires. Ce genre de photographie est parti-culièrement intéressant quand la trajectoire dusatellite traverse une constellation connue: ou



bien, avec beaucoup de chance, il peut arriverque deux satellites se rencontrent sur la mêmephotographie. C’est cette inconnue qui stimulel’intérêt du photographe astronome, amateur ouprofessionnel.

4.94 Comment trouver la direction nord-sud àpartir du Soleil

A. Si l’on dispose d’une montre, la régler sur letemps moyen local (solaire) et procéder commesuit :

Au nord de l’équateur. Diriger l’aiguille desheures vers le Soleil. La direction du sud estdonnée par la bissectrice de l’angle que formel’aiguille des heures avec la direction « 12 heures »de la montre.

Au sud de l’équateur. Orienter la direction« 12 heures » de la montre vers le Soleil. La direc-tion nord-sud est obtenue comme ci-dessus.

B. A défaut d’une montre, on peut utiliser l’om-bre portée d’un bâton enfoncé verticalement dansle sol. A mesure que le Soleil traverse le ciel, aucours de la journée, l’ombre du bâton va tourner.Elle va aussi se raccourcir le matin et s’allongerl’après-midi. Lorsque l’ombre est la plus courte(vers midi), son extrémité sera dirigée vers le nordou vers le sud, selon que vous vous trouvez aunord ou au sud de l’équateur.

Montages et démonstrations d’astronomie

4.95 Les phases de la Lune et les éclipses de luneSe procurer une lampe torche à foyer réglable,une balle blanche, un support pour la tenir et unglobe terrestre. Opérer dans une salle obscure.

A. La lampe torche étant fixée de telle façon quela balle soit en pleine lumière, demander auxélèves de regarder la balle sous différents anglespour observer les diverses phases de la Lune :nouvelle lune, premier quartier, pleine lune,dernier quartier. Les inviter à rédiger un compterendu établissant un lien entre les aspects queprend la balle et les différentes phases d’éclai-rement de la Lune elle-même.

Vue du point A. la Lune esthaute dans Je ciel. Vue de B,au même moment, elle est plusproche de l’horizon

Faire tourner le globe pour montrer commentles heures du lever et du coucher de la Lune sontétroitement liées à la phase. Par exemple, dansle premier quartier, la Lune se lève vers midi,atteint la hauteur maximale dans le ciel au coucherdu Soleil et se couche vers minuit.

Si votre ligne de visée passe par le point duglobe correspondant à votre ville, vous pouvezsimuler les positions relatives de la Lune et del’horizon au lever et au coucher de la Lune (voirfigure).

B. On peut expliquer les éclipses de lune avec lemême dispositif. En plaçant la Lune dans l’ombreque projette le globe terrestre, on simule uneéclipse de lune partielle ou totale. Si on place laLune entre la lampe et le globe terrestre, sonombre sera projetée sur la Terre. En procédantainsi, montrer qu’une éclipse de soleil n’est pasvisible sur une aussi grande surface qu’uneéclipse de lune (qu’on peut observer sur toute lamoitié de la Terre qui est tournée vers la Lune).(Voir aussi les figures 4.84 et 4.85.)

Cette expérience peut donner lieu à des tra-vaux pratiques. Tous les élèves pourront cons-truire des maquettes en terre glaise de la Terreet de la Lune et les éclairer avec des lampes depoche.

4.96 Représentation des éclipses de soleilLe Soleil est représenté par une ampoule élec-trique en verre satiné qui brille à travers un troucirculaire de 5 cm de diamètre pratiqué dans unmorceau de carton noirci. La couronne solaireest indiquée au crayon rouge autour de ce trou.La Lune est figurée par une bille de bois de 2,5 cm



de diamètre, montée sur une aiguille à tricoter.On peut observer l’éclipse par l’un quelconquedes trous percés avec une épingle dans un écranfixé devant l’appareil (voir figure). La couronnesolaire ne devient visible que dans la positiond’éclipse totale. On pourra régler la position de laLune au moyen d’un gros fil de fer (rayon debicyclette traversant le devant de l’appareil).(Voir aussi expérience 4.84.)

Représentation des éclipses de soleil

4.97 Pourquoi une éclipse ne se produit pas àchaque nouvelle lune et à chaque pleine lune

Construire le dispositif représenté ci-dessous enutilisant des disques de carton, des billes à jouerou de roulements ou des boules en pâte à modeler

Maquette illustrantphénomène des éclipsesA Éclipse de soleilB Eclipse de lunec Pas d’éclipse

pour représenter le Soleil, la Terre et la Lune.L’orbite de la Lune est suffisamment inclinéepour que la Lune passe en général plus haut ouplus bas que l’ombre de la Terre ou que la régioncomprise entre la Terre et le Soleil. Tous lesdemi-disques représentant l’orbite de la Lunesont inclinés dans la même direction. Il faudrasans doute exagérer l’inclinaison pour montrerclairement le phénomène. La feuille de cartonqui représente le plan de l’orbite terrestre peutêtre munie de fentes dans lesquelles on place desdisques complets représentant l’orbite de la Lunede façon qu’elle apparaisse au-dessus et au-dessous du plan.

4.98 L’origine des saisonsPrendre une balle de caoutchouc creuse, parexemple une balle de tennis, qui représenterala Terre. Faire passer à travers cette balle un fil

L’hiver et l’étéA 20 marsB 21 juinC 23 septembreD 21 décembreE Équateur

F Tropique du CancerG Tropique du CapricorneH Cercle arctiqueJ Cercle antarctique

de fer ou une aiguille à tricoter de 15 cm de longqui représentera l’axe de la Terre. Tracer sur unefeuille de carton un cercle de 40 cm de diamètrequi représentera l’orbite terrestre.


Suspendre une lampe électrique à 15 cm envi-ron au-dessus du centre de cette feuille pourreprésenter le Soleil. On peut utiliser égalementune bougie allumée. Placer successivement laballe représentant la Terre aux quatre pointsindiqués sur la figure, l’axe de la Terre faisantun angle de 23° 5’ environ avec la verticale.On observera quelle est la partie de la balle quidemeure toujours éclairée, quelles sont les partiesqui reçoivent perpendiculairement les rayons dusoleil, quel est, pour chacune des quatre positions,l’hémisphère où ces rayons tombent obliquement.

Répéter l’expérience en plaçant l’aiguille àtricoter perpendiculairement à la table, en chacundes quatre points, et observer ce qui se passeraitsi l’axe de la Terre n’était pas incliné. (Voir aussiexpérience 4.70A.)

4.99 Pourquoi le jour et la nuit n’ont pas partoutla même durée

Tracer un grand cercle qui représentera l’orbiteterrestre. Tracer deux droites orthogonales pas-sant par le centre. Au point d’intersection avecle cercle, inscrire, dans le sens inverse des aiguillesd’une montre, les lettres A; B, C et D correspon-dant respectivement au 20 mars, au 21 juin, au23 septembre et au 21 décembre. Ce sont les

Différences de durée entre le jour et la nuitA 20 mars E EquateurB 21 juin F Tropique du Cancerc 23 septembre G Cercle arctiqueD 21 décembre H Soleil


positions de la Terre par rapport au Soleil à cesdates. Tracer un petit cercle représentant la posi-tion de la Terre le 21 juin. Le pôle nord seradécentré d’environ un tiers de rayon vers leSoleil. Pour toute autre date ou position orbitale(qui peut être déterminée au moyen d’un rappor-teur) le cercle représentant la Terre et le pôleauront la même orientation (voir figure). On peutindiquer le cercle arctique, le tropique du Canceret l’équateur. Une droite passant par le centre dela Terre et perpendiculaire à la ligne Terre-Soleilmarquera la limite entre le jour et l’obscurité.

A l’aide de cette figure, on peut estimer ladurée de l’ensoleillement à différentes latitudes,à n’importe quelle date (par exemple, le 1er aoûtau cercle arctique, l’ensoleillement peut êtreestimé à environ 18 heures, mais à 6 heures seule-ment le ler novembre).

4.100 Influence de l’angle d’incidence des rayonssolaires sur la quantité de chaleur et delumière reçue par la Terre

Plier un morceau de carton de manière à obtenirun tube de section carrée de 2 x 2 x 35 cm.Découper dans une feuille de carton très rigideune bande de 25 cm de long sur 2 cm de large.Coller cette bande sur un des côtés du tube en lafaisant dépasser de 15 cm. Poser l’extrémité de labande sur une table et donner au tube une incli-naison de 25° environ. Tenir une lampe électriqueou une bougie allumée à l’extrémité supérieure dutube et marquer sur la table le contour de la partiequi est éclairée à travers le tube. Répéter l’expé-rience avec le tube incliné à 15° environ, puisavec le tube dressé à la verticale. Comparer ladimension des trois taches lumineuses et calculerla surface de chacune d’elles. Montrer l’analogieentre cette expérience et la manière dont lesrayons solaires tombent sur la surface de la Terre.La quantité de chaleur et de lumière reçue parunité de surface est-elle plus grande lorsque lesrayons solaires sont obliques ou lorsqu’ils sontperpendiculaires?

4.101 Comment construire un spectroscope pourl’analyse de la matière

En utilisant un instrument sensible, appelé



spectroscope, les savants peuvent souvent ana-lyser la composition de la matière située à grandedistance. Le spectroscope a été utilisé pour déter-miner la composition du Soleil et d’autres étoiles,et l’atmosphère d’un grand nombre de planètes.Les astronautes de l’avenir utiliseront ce genred’appareil pour analyser la composition chimiquede leur environnement immédiat.

La lumière pénétrant dans un spectroscopeest décomposée par un réseau de diffraction pourformer des bandes colorées qui constituent unspectre. Comme le spectre de chaque élémentchimique contient certaines raies brillantes carac-téristiques, le matériau peut ainsi être facilementidentifié.

Pour fabriquer un spectroscope, il faut uneboîte à chaussures, un réseau de diffraction (voirles catalogues de fournitures scientifiques), un peude ruban adhésif et une lame de rasoir à deuxtranchants cassée en deux, Découper un troud’environ 2 cm de diamètre au milieu d’un despetits côtés de la boîte. Avec de l’adhésif, fixerun morceau du réseau sur le trou à l’intérieur dela boîte. Découper une fente de 2,5 x 0,5 cmparallèle aux lignes du réseau au milieu de l’autreextrémité de la boîte. A l’extérieur de la boîte,placer sur cette fente une autre fente, plus étroite

Spectroscope rudimentaire

réalisée avec les deux moitiés d’une lame derasoir, les deux arêtes coupantes étant l’une enface de l’autre. Les deux moitiés sont maintenuesen position et fixées à la boîte avec du rubanadhésif. La largeur de la fente doit être à peu prèségale à l’épaisseur d’une lame de rasoir et onl’ajuste pour obtenir le résultat optimal (voirfigure). A l’aide de ce spectroscope, observer

divers gaz lumineux tels que le néon et l’argondans des lampes ou des enseignes lumineuses.Noter les raies brillantes du spectre qui indiquentque chaque élément possède sa propre configu-ration (voir expérience 2.222).

Modèles et montages pour l'étude des sciencesde l’espace

4.102 Action et réactionCette expérience peut servir d’introduction àl’étude des lois de Newton.

A. Un élève met des patins à roulettes et lanceun gros ballon par-dessus sa tête à un autre élève.L’élève qui a les patins à roulettes se déplace-t-il?Dans quelle direction? Pourquoi? Faire la mêmeexpérience avec deux élèves qui ont mis des patinsà roulettes et qui jouent à attraper la balle au vol.Que se passe-t-il? (Voir aussi expériences 2.249,2.250,2.251.)

B. Un ballon de baudruche peut servir à donnerune idée du mode de propulsion d’une fusée.Demander à un élève de gonfler un ballon, de letenir au-dessus de sa tête en maintenant l’extrémitéfermée, puis de le lâcher. Demander aux élèves dedécrire ce qui se passe.

On pourra ensuite demander aux élèves degonfler un ballon et d’en nouer l’extrémité, puisde viser une cible et d’essayer de l’atteindre avecle ballon. En général, ils n’y parviennent pasparce que le ballon n’a pas de système de guidage.Leur demander de construire un empennage.Celui-ci modifiera l’équilibre du ballon et l’onpourra effectuer une correction en fixant autourde l’extrémité antérieure du ballon un ruban decaoutchouc auquel on pourra fixer un peu delest sous forme, par exemple, d’attaches debureau (« trombones »). Ainsi le ballon est équi-libré et il possède un système de guidage. Lesélèves peuvent-ils maintenant atteindre la cible?

4.103 Comment construire des moteurs d réactionA. « Bateau » propulsé par un ballon. Couper endeux dans le sens de la longueur un carton ayant



contenu du lait et faire un trou dans le fond,près du bord. Placer ensuite un tube de verredans le trou et, à l’aide d’un ruban de caoutchouc,attacher le ballon à l’extrémité du tube qui setrouve à l’intérieur (voir figure). Gonfler ensuitele ballon et placer le « bateau » dans un récipientassez grand rempli d’eau. Dégager l’extrémitélibre du tube. Le bateau se déplace-t-il? Dansquelle direction? La vitesse est-elle différente sil’extrémité ouverte du tube de verre est sous lasurface de l’eau? Si l’on ne dispose pas de cartonanalogue à celui de la figure, on peut utiliser uneboîte à chaussures.

B. « Fusée »propulsée par un ballon. Un élève fixe,à l’aide de ruban adhésif, un chalumeau (une« paille » pour boissons fraîches) sur le côté d’unballon assez long. Il fait ensuite passer un filmétallique mince dans le chalumeau (voir figure)et fixe une extrémité de ce fil à un poteau de clô-ture ou à une poignée de porte. Lui demanderensuite de tendre le fil et d’attacher l’autreextrémité à un objet situé à la même hauteur, àl’autre bout de la salle ou à une certaine distance.Après avoir gonflé le ballon, l’élève le libérerabrusquement. Jusqu’où le ballon ira-t-il? Utiliserun seul type de ballon et essayer différentes quan-tités d’air. Chiffrer et porter sur un graphique lesrésultats obtenus en fonction des différentsvolumes d’air. Répéter l’expérience avec desballons de formes différentes.

Les élèves imagineront peut-être d’autrestypes de machines dans lesquelles le principe del’action et de la réaction est appliqué de façonplus efficace.

4.104 Comment faire constater le phénomène depoussée

A. Sur le terrain de jeux de l’école ou chez eux,les élèves peuvent commencer à comprendre lasignification du mot « poussée » en éprouvantla poussée produite quand l’eau passe dans untuyau d’arrosage. Au fur et à mesure que laquantité d’eau augmente le tuyau bouge plusfortement. Dans quelle direction? Fixer un arro-seur rotatif au tuyau. Ouvrir progressivementle robinet d’eau. Observer la vitesse à laquelletourne l’arroseur. Tourne-t-il plus vite ou pluslentement au fur et à mesure que la quantité d’eauaugmente?

B. La poussée peut être mesurée à l’aide d’unebalance (voir figure). Placer des poids (de 10 à50 grammes) sur un plateau. Fixer solidement unballon gonflé sur l’autre plateau et laisser l’airs’échapper contre le plateau. Quelle est la pousséeen grammes que l’air exerce sur le plateau? (Voiraussi expériences 2.305 et 4.117.)

C. Les grandes fusées peuvent produire de300 000 à 1 million de kilogrammes de poussée.Expliquer aux élèves que, si une fusée pèse5 000 kg, cela signifie que l’attraction terrestreexerce sur cette fusée une force de 5 000 kg. Avant



que la fusée puisse s’élever, elle doit vaincre cetteforce qui l’attire vers le centre de la Terre. Parconséquent, la poussée de la fusée doit dépasser5 000 kg. Parmi les fusées suivantes, quelle estcelle qui atteindra la plus grande altitude?Pourquoi?

Poids Poussée

500 000 kg 500 500 kg500 000 kg 750 000 kg500 000 kg 1 000 000 kg

4.105 Comment découvrir l’apesanteurPour étudier le mouvement d’un objet, il fautdisposer d’un système de référence, c’est-à-dire dequelque chose par rapport à quoi il est possible desituer l’objet à tout moment. Pour de nombreusesexpériences, le système de référence choisi est liéà la Terre (lorsqu’on étudie un objet qui tombe,par exemple). Dans un tel système de référence,la Terre est considérée comme fixe. Mais, si l’onveut étudier les changements saisonniers, mieuxvaut un système de référence où le Soleil est fixeet où la Terre se déplace sur une orbite. On voitdonc que la question de savoir si un objet se

déplace ou non dépend du système de référencechoisi.

Non seulement la position, mais le poids d’unobjet dépend du système de référence. L’expé-rience suivante permettra de mettre en évidencele phénomène d’apesanteur.

A. Assembler trois pièces de bois de la manièreindiquée sur la figure; à l’extrémité supérieure desmontants ver t icaux at tacher sans la tendreune ficelle à laquelle est suspendu un soldat deplomb (ou tout autre objet). Soulever l’ensembledu dispositif et, lorsqu’il est immobile, lâcherla ficelle. Le soldat tombera, mais en restant dansla même position à l’intérieur du cadre. Puisqu’iln’est soutenu ni par la ficelle ni par le cadre, il estdans une condition d’apesanteur par rapport à cequi l’entoure, c’est-à-dire par rapport au systèmede référence utilisé.

B. Le poids d’un objet dépend aussi du lieu oùil se trouve. Mesuré dans un système de référencelié à la Terre, le poids d’un objet est identique àla force d’attraction de la Terre qui agit sur lui.Cette force - la pesanteur - décroît au fur et àmesure que l’objet s’éloigne de la Terre et finitpar devenir négligeable.

II convient de noter que c’est le poids del’objet qui change et non sa masse. Celle-ci, quiest sa teneur en matière (mesurée en kg), ne changepas, sauf dans le cas de la physique relativiste, oùles objets sont soumis à des vitesses approchantcelles de la lumière.

Un astronaute dont la masse à la surface dela Terre est de 90 kg aura toujours la mêmemasse à la surface de la Lune, mais son poids,qui est aussi de 90 kg à la surface de la Terre, nesera que d’une quinzaine de kilogrammes à lasurface de la Lune. Si l’on utilise les unités SI,la masse est m kg, mais le poids est mg Newton.Comme g sur la Lune est environ 1/6e de g surla Terre, le poids d’un homme sur la Lune serale sixième de son poids sur la Terre (voirannexes 1 et 2).

C. Un vaisseau spatial sur son orbite se trouveencore dans le champ d’attraction de la Terre.



Son poids est exactement la force nécessaire pourmaintenir le vaisseau en orbite. Cependant, dansun système de référence lié au vaisseau, les objetsqui sont à l’intérieur du vaisseau n’ont pas depoids et, en exerçant une légère poussée contre laparoi de la cabine, un homme peut se propulservers la paroi opposée.

Si l’on s’éloigne davantage de la Terre, la forcede gravitation devient négligeable et le vaisseauspatial se déplacera selon une ligne droite, àmoins qu’il ne soit soumis à des forces provenantde son propre moteur ou d’autres objets tels quela Lune (première loi de Newton). A l’extérieurdu vaisseau spatial, un homme pourrait, s’il étaitcomplètement libre de se déplacer, se propulserdans n’importe quelle direction sans jamaisrevenir. Pour éviter une telle éventualité, descâbles de sécurité sont attachés aux combinaisonsspatiales des astronautes qui travaillent dansl’espace.

4.106 Un lanceur de satellitesLe matériel nécessaire pour cette expérience est lesuivant : un seau, un ballon rond, une tige métal-lique légère (par exemple un cintre de teinturier),un plomb ou un poids, un morceau de ficelle etun bouchon de flacon (capuchon) en métal ou unobjet quelconque de forme similaire.

Fixer solidement le ballon sur le dessus duseau. Plier la tige de telle sorte qu’elle soit recti-ligne sur environ 30 cm, le reste étant incurvépour former une base circulaire, comme il estindiqué sur la figure. En utilisant du rubanadhésif fort, fixer la partie circulaire sur le ballonde façon que la partie droite de 30 cm soit main-tenue verticalement au sommet du ballon. Percerun trou au sommet du bouchon. Attacher leplomb ou le poids à une extrémité de la ficelle.Faire passer l’autre extrémité par le trou pratiquédans le bouchon, dans le sens indiqué sur lafigure, et l’attacher au sommet de la tige métal-lique, auquel le bouchon lui-même sera fixé pardu ruban adhésif.

Expliquer que le ballon représente la Terre,et le plomb, le satellite. Une chiquenaude suffiraà mettre celui-ci en mouvement dans n’importequelle direction. Demander aux élèves de décou-vrir ce qui arrive quand le satellite est lancé del’une des manières suivantes :1. D’une chiquenaude, écarter le plomb de la

surface du ballon comme il est indiqué sur lafigure. Qu’arrive-t-il? (Le plomb s’élève, puisretombe à son point de départ. C’est de cettemanière qu’un objet se déplace lorsqu’il estprojeté à une faible vitesse, verticalement àpartir de la surface de la Terre.)

Lanceur de satellites

B Fil métallique (cintre)c Bouchon de flacon (capuchon)

E Plomb ou poidsF Seau

en métal


243 Métkorologie 4.107

2. D’une chiquenaude, écarter obliquement leplomb de la surface du ballon. Dessiner latrajectoire. (Le poids s’éloigne du ballon, puisretombe à une certaine distance de son pointde départ. La distance parcourue dépend del’angle de lancement et de la force de la chique-naude.)

Météorologie

Comment fabriquer des instruments et installerune station météorologique

Le temps qu’il fait est un sujet qui touche de trèsprès la vie de l’enfant. Même avec de tout jeunesélèves, on peut procéder chaque jour à des obser-vations. Avec ceux du niveau moyen, on pourraconstruire une station météorologique rudimen-taire. A partir du moment où commence l’ensei-gnement des sciences à proprement parler, lesphénomènes météorologiques feront l’objet d’uneétude plus détaillée. A tous les stades, on auraintérêt à représenter autant que possible lesmesures et les observations sous forme gra-phique.

4.107 Comment fabriquer une girouetteLa girouette sert à indiquer la direction du vent.On prendra un morceau de bois long de 25 cmenviron et ayant 1 cm2 de section, dont on fendrales deux extrémités par le milieu au moyen d’undouble trait de scie, jusqu’à une profondeur de6 cm.

Prendre ensuite une mince planchette, large de10 cm, qui s’adapte exactement dans les fentes.Découper dans cette planchette deux morceauxde bois, dont l’un constituera la pointe d’uneflèche, l’autre son empennage, comme il est indi-qué sur la figure.

Insérer ces deux éléments dans les fentes de lapartie médiane et les fixer soit avec de la colle,soit avec de petits clous.

3. Procéder comme en 2, mais en donnant uneimpulsion plus forte. Tracer l’orbite. (Lepoids s’écarte du ballon, tourne autour de luiet retombe. Bien entendu, une orbite complèterepasse par le point de départ.)

Mettre ensuite la girouette en équilibre sur letranchant d’un couteau et marquer sur la partiemédiane le point correspondant à la positiond’équilibre. Prendre le tube de verre d’un compte-gouttes médical et en obturer la pointe en la fai-sant tourner dans la flamme d’un réchaud à gazou à alcool. Au point d’équilibre de la girouette,percer dans le bois un trou d’une profondeurégale aux trois quarts environ de l’épaisseur dubois et d’un diamètre à peine supérieur à celui dutube du compte-gouttes. Introduire le tube deverre dans ce trou, la pointe tournée vers le hautet le fixer solidement avec de la colle ou du mastic.

Comme support, on prendra une barre de boistendre, longue d’un mètre environ, à l’extrémitésupérieure de laquelle on enfoncera un petit clou.Aiguiser l’extrémité du clou avec une lime,l’introduire dans le compte-gouttes et monter lagirouette sur un toit ou en haut d’un poteau oùelle sera exposée à tous les vents. Ficher dans



le poteau deux gros fils de métal croisés à angledroit dont on recourbera les extrémités pour for-mer les lettres N-E-S-O; on pourra aussi souderà l’extrémité de chaque croisillon de grandeslettres découpées dans de la tôle.

4.108 Comment mesurer la vitesse du ventPrendre 2 baguettes de bois léger, longues de50 cm environ et ayant une section carrée de 1 cmde côté. Pratiquer exactement au milieu de cha-cune d’elles une encoche de 1 cm de large et de0,5 cm de profondeur. Assembler ensuite les deuxbaguettes comme il est indique sur la figure.

Prendre le tube de verre d’un compte-gouttesmédical et en obturer la pointe en la faisant tour-ner dans la flamme d’un réchaud à gaz ou àalcool. Comme dans l’expérience précédente,creuser exactement au centre de la croix un troud’une profondeur égale aux trois quarts environde l’épaisseur du bois et y fixer le tube du compte-gouttes avec de la colle ou du mastic. Prendre4 couvercles de boîtes cylindriques en métal ou

4 petites soucoupes en matière plastique et lesclouer ou les visser à l’extrémité de chacun desbras de la croix en veillant à ce qu’ils aient tous laface concave tournée dans le même sens (voirfigure). Préparer pour cet anémomètre (indicateurde la vitesse du vent) un support analogue à celuide la girouette. Planter un clou en haut de cesupport et limer l’extrémité en pointe.

Cet anémomètre tournera sous l’action duvent. On aura une idée approximative de lavitesse horaire du vent, exprimée en kilomètres,en comptant le nombre de tours accomplis en30 secondes et en divisant ce nombre par 3.

On peut aussi déterminer le rapport entre lavitesse du vent et le nombre de tours que faitl’anémomètre en roulant en automobile par unjour sans vent. Tenir l’anémomètre à la portièreavant, demander au conducteur de rouler à 10 kmà l’heure et compter le nombre de tours que faitl’anémomètre en 30 secondes. Répéter l’opéra-tion en demandant au conducteur d’aller à 15, 20,25, 30, 40 km, etc., à l’heure. II faudra monterl’anémomètre en un lieu exposé à tous les vents.

4.109 Comment construire un anémomètre àdéflection

Prendre une pièce de bois mesurant environ25 x 2 x 1 cm. Faire, à une extrémité, un trait descie dans lequel un rapporteur sera inséré. Fixersolidement le rapporteur avec un peu de colle.Avant que la colle soit prise, percer dans le boisun trou de 5 mm de diamètre traversant le centredu rapporteur. Plier un morceau de fil métalliqueassez rigide (portemanteau, par exemple) commeil est indiqué sur la figure et le faire passer dansle trou. Découper un morceau de carton mesurant10 x 8 cm environ. et le fixer au fil métalliqueavec du ruban adhésif ou des agrafes. Noter quela fente pratiquée au milieu du morceau de cartondoit être assez large pour permettre à celui-ci depivoter autour du centre du rapporteur sousl’action du vent.

Mettre en équilibre cette partie de l’anémo-mètre sur l’arête d’une règle en fixant au besoindes vis à bois sur l’extrémité la plus légère. Aupoint d’équilibre, percer un trou assez grand pourpouvoir y introduire un tube de verre qui per-


245 Météorologie 4.110

mettra à l’anémomètre de pivoter sur son sup-port. Le pivot peut être réalisé de la manièresuivante : placer dans une flamme l’extrémitéd’un tube de verre jusqu’à ce que l’ouverture soitobturée. Après refroidissement, découper 3 cm del’extrémité. On obtient quelque chose qui res-semble à la moitié d’une capsule médicale. Placerle pivot dans le trou et le maintenir solidement enplace à l’aide de colle.

Enfoncer un clou dans l’extrémité d’unmanche à balai ou une pièce de bois analogue;enlever la tête du clou et aiguiser la pointe avecune lime. Placer l’anémomètre sur ce clou, le fonddu tube reposant sur l’extrémité du clou. Il doitpivoter librement et faire face au vent (voir figure).

Pour étalonner cet appareil, demandez à quel-qu’un de vous emmener en automobile par unjour sans vent. Tenir l’anémomètre à la portièreet quand la voiture roule à 10 km à l’heure, faireune marque sur le rapporteur à l’endroit atteintpar le carton. Répéter l’opération pour desvitesses de 15, 20 et 25 km à l’heure. Bien qu’il

sur un tube en U près d’un ventilateur à troisvitesses.

Les élèves qui s’intéressent aux travauxmanuels peuvent construire un instrument effi-cace. Un tube en U muni d’un entonnoir est fixésur une planche comme on le voit sur la figure.

ne s’agisse pas d’un instrument de précision, onverra que les résultats obtenus sont très bons.

4.110 Comment construire un anémomètre à tubeà pression

On peut démontrer le principe de fonctionnementde cet anémomètre en installant un entonnoir fixé Anémomètre à tube à pression



Une ailette découpée dans du bois mince ou dumétal est vissée sur la planche de la manière indi-quée afin que la planche et, par conséquent,l’ouverture de l’entonnoir soient orientées dans ladirection du vent. Une règle graduée, égalementfixée sur la planche, mesure la hauteur à laquellel’eau s’élève dans les branches du tube. Deuxpitons fermés sont fixés l’un au-dessus de l’autrederrière la planche et l’ensemble est embrochésur une tige de bois de section ronde fixée vertica-lement. Un clou traversant la tige au-dessous dupiton inférieur empêche l’ensemble de glisser versle bas. Graisser les points de contact entre lespitons et la tige avec de la vaseline ou un autrelubrifiant (la figure montre le profil de l’appareilavant montage).

La vitesse du vent est à peu près proportion-nelle à la différence de hauteur entre les colonnesd’eau dans le tube en U. Au cours de l’étalonnagede l’instrument, on détermine par tâtonnementsla quantité d’eau nécessaire dans le tube; lorsquecelle-ci est connue, la quantité d’eau doit toujoursêtre maintenue constante pour que l’instrumentdonne des mesures précises.

L’appareil peut être exposé à des températuresinférieures à 0 °C si l’eau est remplacée par del’alcool. Si une petite quantité de noir de fuméeest placée dans l’eau, une tache annulaire à l’inté-rieur du tube indiquera la vitesse maximale duvent au cours de l’intervalle séparant deux lec-tures.

4.111 Comment réaliser un pluviomètre

A. Pluviomètre rudimentaire. Il est facile de cons-truire un pluviomètre rudimentaire avec un enton-noir et une bouteille (voir figure); un tube graduéservira à mesurer le volume d’eau recueilli. Il estpréférable que le haut de l’entonnoir ne soit pastrop évasé, ou qu’il se termine par un col verticalafin que les gouttes de pluie ne risquent pas derejaillir à l’extérieur. L’appareil devra êtreenterré de manière que l’entonnoir dépasse leniveau du sol de quelques centimètres.

B. Autre modèle depluviomètre. Prendre une boîteen fer-blanc mesurant une dizaine de centimètresde diamètre et une quinzaine de centimètres dehauteur. Se procurer ensuite un tube de verrecylindrique d’environ 3 cm de diamètre et d’aumoins 25 cm de haut, pouvant être placé verticale-ment dans la boîte en fer-blanc (voir figure).Mettre cette boîte sur une table horizontale et yverser de l’eau jusqu’à ce qu’elle atteigne exacte-ment une hauteur de 1 cm (mesurée à l’aide d’unerègle graduée), coller une bande de papier d’envi-ron 1 cm de large verticalement sur toute la hau-teur du tube cylindrique. Verser dans le tube l’eauque contient la boîte en fer-blanc et indiquer surla bande de papier le niveau qu’elle atteint.Mesurer la distance entre le fond du tube et cettemarque et reporter cette distance sur toute lalongueur de la bande de papier jusqu’à son extré-

4.111A Pluviomètre rudimentaire 4.111B Autre modèle de pluviomètre


247 Météorologie

mité. Diviser chaque intervalle en dix partieségales qui représenteront chacune 1 mm de pluie.Le tube ainsi gradué permettra de mesurer depetites quantités d’eau de pluie.

Pour monter le pluviomètre, placer l’enton-noir sur le tube cylindrique et introduire celui-cidans la boîte en fer-blanc. On installera ce pluvio-mètre dans un endroit découvert, mais où il nerisque pas d’être renversé.

Si la pluie est légère, elle sera recueillie etmesurée dans le tube. S’il s’agit d’une pluie vio-lente, l’eau en excédent débordera dans la grandeboîte et l’on pourra ensuite la mesurer en la ver-sant dans le tube.

Il existe une meilleure façon de déterminer lahauteur des pluies : il faut graduer le tube d’aprèsson propre rayon et le rayon de l’entonnoircollecteur en appliquant la formule suivante :

Hauteur d’eau dans le tube pour chaque2

cm de pluie =

4.112 Comment construire un hygromètre àcheveu

Cet appareil permettra de lire directement ledegré d’humidité relative sans avoir recours à untableau.

Prendre quelques cheveux d’une trentaine decentimètres de long qu’on dégraisse dans unesolution diluée de soude caustique. Attacher l’undes cheveux à l’extrémité supérieure d’un sup-port et le tendre au moyen d’un poids de 50 g.Le cheveu doit faire deux ou trois fois le tourd’une bobine solidaire d’un axe qui tourne libre-ment dans un palier fait de deux morceaux de fer-blanc fixés au support, au tiers environ de sahauteur. L’appareil sera d’autant plus sensibleque le diamètre de la bobine sera plus petit. Fixersur l’axe une légère flèche indicatrice en bois léger(balsa); une échelle graduée sera faite au moyend’un morceau de carton (carte postale, parexemple) découpé en demi-cercle (voir figure).

Les variations de l’humidité atmosphériquemodifieront la longueur du cheveu et par consé-quent la position de la flèche.

Pour graduer l’échelle, le mieux est de com-parer l’appareil avec un hygromètre servant

Hygromètre à cheveu

d’étalon. A défaut, placer l’appareil au-dessusd’un seau contenant un peu d’eau chaude et lerecouvrir d’une serviette humide. Quand la flècheindicatrice aura atteint l’extrémité de sa course,marquer le point où elle se trouve et y inscrire lechiffre 100. (En effet, l’air que contient le seau està ce moment saturé à 100 %.) On pourra marquerd’autres points de l’échelle en comparant l’hygro-mètre à cheveu avec un hygromètre à réservoirsec et mouillé (voir expérience 4.114). Le tableaude l’annexe 6 indiquera le degré d’humidité rela-tive, qu’on reportera sur l’échelle graduée au pointdésigné par la flèche indicatrice. Quand on auraainsi marqué trois ou quatre points de l’échelle,il suffira de diviser les intervalles en degrés égauxnumérotés de 5 en 5, depuis 5 jusqu’à 100.

4.113 Comment construire un coffret de protectionpour appareils météorologiques

Certains instruments météorologiques doiventêtre exposés à l’air libre; c’est notamment le casde la girouette, de l’anémomètre et du pluvio-mètre. Il est bon d’en protéger les parties métal-liques par une couche de graisse ou de peinture(la peinture aluminium donnera d’excellentsrésultats).



D’autres instruments tels que le baromètre, lethermomètre et l’hygromètre doivent être proté-gés de la pluie et du vent. A cet effet, on les ran-gera dans une caisse sans couvercle, couchée detelle façon que l’un de ses côtés fermés forme toitet l’autre plancher. Pour obtenir une meilleureprotection, on fermera le côté ouvert et les deuxextrémités par des panneaux à lames inclinées

du réservoir ou légèrement en dessous (voirfigure). Remplir le flacon d’eau et veiller à cequ’il reste plein. Avant de faire une lecture, acti-ver la circulation de l’air autour du réservoirmouillé pendant une minute ou deux, au moyen,par exemple, d’un éventail. Pour déterminerl’humidité relative, consulter le tableau psychro-métrique de l’annexe 6.

analogues à des persiennes, qui permettrontl’entrée de l’air tout en abritant les instrumentscontre le vent et les précipitations.

4.114 Comment mesurer l’humidité relative

A. Lepsychromètre. On peut construire facilementun appareil de ce type, qui comprend un thermo-mètre à réservoir sec et un autre à réservoirmouillé. Deux thermomètres donnant des mesuresidentiques lorsqu’ils sont placés dans des condi-tions semblables sont fixés solidement sur uneplanchette. Avec un morceau de mousselinereplié plusieurs fois sur lui-même et cousu, fabri-quer une « chaussette » qui s’ajustera exactementsur le réservoir d’un des deux thermomètres. (Onpeut aussi acheter une mèche prête à être mon-tee.) Fixer sur la planche un petit flacon muni‘d’un orifice étroit, de telle sorte que le sommet duflacon se trouve au même niveau que le sommet

B. Lepsychromètre « à fronde ». Si l’on ne possèdepas d’appareil de ce genre, l’instrument décrit enA ci-dessus permet d’en fabriquer un. Percer untrou au milieu et en haut de la planche, y fixerune grosse ficelle et enlever le réservoir d’eau.Lorsqu’on fait tourner l’appareil dans l’air, lemaximum d’évaporation se produit et des obser-vations plus précises sont possibles. Ne fairetourner l’instrument qu’après s’être assuré queles thermomètres sont solidement fixés. Il fautmontrer aux élèves comment opérer pour éviterqu’ils se frappent avec les thermomètres ou qu’ilsles brisent contre une table, ce qui arrive souvent.A u m o y e n d ’ u n e table psychrométrique(annexe 6) calculer l’humidité relative de l’air àl’intérieur et à l’extérieur de la classe et expliquerles différences.

C. Hygromètre à point de rosée. Cet appareilcomprend une coupe en métal très brillant et un



thermomètre de précision suspendu dans l’eauqui remplit partiellement la coupe. Maintenir lethermomètre dans la coupe au moyen d’unebague de crayon fixée sur le bord de la coupe.Mettre un cube de glace dans l’eau et agiter jus-qu’à ce que des gouttelettes de condensationapparaissent à l’extérieur de la coupe. Lireimmédiatement la température de l’eau refroidie(température du « point de rosée ») et la tempé-rature atmosphérique. Uti l iser la table del’annexe 6 pour déterminer l’humidité relative.(Voir aussi expériences 4.112 et 4.134.)

Le vent et le temps

4.115 L’air chauffé se dilatePour montrer que l’air chauffé se dilate, fermerun flacon. aux parois minces avec un bouchontraversé par un tube d’une trentaine de centi-mètres. Plonger l’extrémité de ce tube dans unrécipient qui contient de l’eau, chauffer le flaconet observer ce qui se passe. Continuer à chaufferjusqu’à ce qu’une grande quantité d’air ait étéexpulsée, puis refroidir le flacon en l’aspergeantd’eau froide ou en le frottant avec un morceau deglace. Qu’observe-t-on? Comment expliquer cephénomène?

On peut aussi adapter un ballon de baudrucheau goulot d’une petite bouteille et placer cettebouteille dans une casserole d’eau chaude.Qu’observe-t-on? Comment s’explique le phé-nomène?

L’air exerce une pression parce qu’il a unemasse. Cette pression peut être mesurée par unbaromètre. Les trois facteurs les plus importantsqui déterminent la pression de l’air sont l’altitude,la température et l’humidité. (Voir aussi expé-rience 2.110.)

4.116 L’air a une masseLe fait que l’atmosphère a une masse peut êtredémontré rapidement et d’une manière peu coû-teuse avec un grand ballon que l’on gonfle entiè-rement et qu’on place sur le plateau d’unebalance pour trouver sa masse. Enlever avec pré-caution le ballon sans bouger la balance ou les

poids. Dégonfler le ballon et le remettre sur labalance. Les élèves observeront que la balancen’est plus en équilibre et que le plateau contenantle ballon est plus léger. (On négligera l’effet de lapoussée.) [Voir aussi expérience 2.304.]

4.117 L’air exerce une pressionLa pression atmosphérique peut être mise enévidence de plusieurs façons. Par exemple, ellefait monter un liquide dans un chalumeau. Pré-

parer un flacon (ou une bouteille) muni d’un« chalumeau » de verre et d’un petit tube coudé àangle droit maintenu dans un bouchon en caout-chouc comme l’indique la figure. Quand l’extré-mité du tube coudé est fermée avec le doigt, il estdifficile de faire monter le liquide dans le chalu-meau en aspirant, mais cela devient possible sil’on enlève le doigt. Pour démontrer que la pres-sion à la surface de l’eau provoque l’ascension duliquide dans le tube, on pourra augmenter lapression en soufflant dans le tube coudé. Pourvarier cette démonstration, on remplit complète-ment d’eau un flacon qu’on ferme avec un bou-chon en caoutchouc traversé par un tube enverre. On demande à un élève de boire l’eau àl’aide du « chalumeau ». Si l’air est complètementchassé de la bouteille, il n’y parviendra pas. (Voiraussi expériences 2.305 et 4.104B.)

4.118 L’air froid est plus lourd que l’air chaudA. Prendre deux sacs en papier de mêmes dimen-sions. Ouvrir les sacs et fixer un cordon d’une



vingtaine de centimètres au centre du fond dechaque sac, à l’aide d’un morceau de papier col-lant ou en perçant un trou dans lequel on ferapasser le cordon, qui sera maintenu en place parun nœud. A l’extrémité libre de chaque cordonfaire une boucle qui permettra de suspendre lessacs aux deux extrémités du fléau d’une balance.Déplacer les sacs jusqu’à ce que l’équilibre soitparfait. Chauffer assez fortement l’air sous l’undes deux sacs, à l’aide d’une bougie (celle-ci seramaintenue à une distance suffisante pour éviterd’enflammer le papier). Qu’observe-t-on? Laisserla balance en repos pendant quelques minutes.Que se passe-t-il? Chauffer ensuite l’air sousl’autre sac. Observer ce qui se passe. Commentexpliquer ce phénomène?

B. On pourra essayer de répéter l’expérience enemployant, au lieu de sacs en papier, des ballonsde verre fixés par une boucle de la manière indi-quée sur la figure. Déplacer les ballons jusqu’à ceque l’équilibre soit parfait et chauffer doucementl’un des deux ballons. Observer l’effet. Laisser

montrera pourquoi le vent souffle. Pour cela,prendre une caisse en bois ou une boîte en carton;la munir d’une fenêtre à peu près hermétiqueà l’aide de verre à vitre. Une boîte à craie enbon état avec couvercle à glissière conviendratrès bien. Il suffira de remplacer le couvercle parune plaque de verre coupée aux dimensions vou-lues pour qu’elle puisse glisser dans les rainures(voir figure). Près de chaque extrémité de l’un desgrands côtés de la boîte, percer un trou de 2,5 à3 cm de diamètre. Poser la boîte sur la face oppo-sée et placer au-dessus des trous deux verres delampe (ou, à défaut, deux tubes en carton d’envi-ron 15 cm de long). Sur le « plancher » de la boîte,juste au-dessous de l’un des trous, placer un petitmorceau de bougie qu’on allumera et qui repré-sentera une région du globe qui a été chaufféepar le soleil. Fermer la fenêtre et approcher del’ouverture de chaque verre de lampe un morceaude papier fumant pour déceler le sens du courantd’air. Observer le mouvement de l’air à l’intérieurde la boîte. Placer la bougie sous l’autre verre delampe et répéter l’opération. Qu’observe-t-on?

refroidir à la température ambiante. Observer,puis chauffer l’autre ballon. Des ballons faitsavec de vieilles ampoules électriques conviennenttrès bien pour cette expérience.

4.119 Comment fabriquer une boîte à convectionIl est facile de construire un petit appareil qui

Comment expliquer le phénomène? On est ici enprésence d’un courant de convection. (Voir aussiexpérience 2.128.)

4.120 Comment suivre le trajet des courants deconvection

A. Prendre une bougie allumée, la protéger des



courants d’air ambiant et mettre en évidence, àl’aide d’un papier fumant, le parcours des cou-rants d’air qui l’entourent.

B. Entrebâiller une porte séparant une piècechauffée d’une pièce froide. A l’aide d’un mor-ceau de papier fumant, étudier les courants d’airqui se forment près de la porte à diverses distancesdu sol.

C. Étudier, si possible, les courants d’air quis’établissent dans une pièce chauffée par unradiateur ou par un poêle.

D. Étudier, si possible, les courants d’air qui seforment dans une pièce aérée par des fenêtres (àguillotine) ouvertes en haut et en bas.

E. Au moyen d’un fil de fer, introduire unebougie allumée dans une bouteille à lait et obser-ver ce qui se passe. Ventiler la bouteille avec del’air frais. Placer à nouveau la bougie alluméedans la bouteille, mais, cette fois, séparer les cou-

Courants de convectionA L’air chaud monteB L’air frais descendc Fil de fer

rants d’air chaud et d’air froid au moyen d’unmorceau de carton découpé en forme de T (voirfigure). A l’aide d’un papier fumant, étudier lescourants d’air qui se forment de part et d’autredu carton.

F. Découper, dans le couvercle d’une boîte àconserves, un disque de métal, au centre duquelon obtiendra par emboutissage une petite dépres-sion. Former des pales en cisaillant le disque

Les courants de convectionfont tourner une hélice

presque jusqu’au centre suivant des rayons équi-distants et tordre légèrement les pales, toutesdans le même sens. Poser l’hélice ainsi obtenuesur la pointe d’un fil de fer disposé de la manièreindiquée sur la figure et placer le tout au-dessusd’une bougie ou d’une autre source de chaleur.Si elle est bien faite, l’hélice tournera égalementlorsqu’on la placera au-dessus d’un radiateur oud’une lampe électrique allumée. (Voir aussiexpérience 2.127.)

G. On peut fabriquer une hélice plus sensible àl’aide d’une capsule métallique de bouteille àlait. Placer la capsule sur une feuille de papierbuvard, côté plat contre la feuille. Appuyer lapointe d’un stylo à bille au centre de la capsulepour y faire une petite dépression. Découper des« pétales » dans le bord recourbé de manière àformer les pales d’une turbine. Poser la capsulesur la pointe d’un fil de fer ou sur une aiguillepiquée dans un bouchon.

Comment l’air se charge d’humidité

4.121 L’humidité atmosphérique

L’humidité atmosphérique est invisible. On peutle démontrer de la manière suivante.

Mettre sur le feu une bouilloire ou un réci-pient analogue contenant un peu d’eau. Si l’onn’a pas de bouilloire, fermer un petit ballon deverre à l’aide d’un bouchon traversé par un tubede verre coudé à angle droit. Mettre un peu d’eau



dans le ballon et le placer au-dessus d’une flamme.Lorsque l’eau bout et que la vapeur s’échappe dubec, observer le nuage qui se forme. Il est fait nonde vapeur, mais d’eau condensée. Observerl’espace voisin du bec quand la vapeur s’échappe.Peut-on la voir? Tenir ensuite une bougie ou unbec Bunsen au milieu du nuage de vapeur conden-sée (voir figure). Qu’observe-t-on? Où se trouvel’humidité?

4.122 Comment peser l’eau « perdue » parévaporation

Mouiller une serviette éponge, puis la tordre et lasuspendre à un cintre qu’on accrochera à une desextrémités d’un long bâton placé en équilibre surune lime à section triangulaire au coin d’unetable. Observer la serviette une heure après.Pourquoi a-t-elle perdu du poids? Où l’eau est-elle allée? Accrocher des poids sur le cintre jus-qu’à ce que l’équilibre soit rétabli. Quelle est laquantité d’eau qui s’est évaporée?

Comment peser l’eau « pcrdue »par évaporation

4.123 Le sol dégage de l’humiditéRemplir un pot à fleurs de terre humide et leplacer sur une balance. L’équilibrer avec despoids ou noter combien il pèse. Noter de nouveauson poids 24 heures plus tard.

4.124 Les plantes d’appartement dégagent del’humidité

Recouvrir une feuille d’une plante d’appartementou de jardin avec un sac de cellophane ou dematière plastique dont on ligature l’ouvertureautour de la tige au moyen d’un élastique. Obser-ver le sac une heure plus tard. Que remarque-t-on? Quelle est l’origine de l’humidité?

4.125 Les autres plantes dégagent de l’humiditéSemer dans un pot à fleurs quelques graines deharicot ou de pois et laisser pousser les plantsjusqu’à ce qu’ils aient 10 ou 15 cm de haut. Enve-lopper la partie supérieure du pot dans une feuillede cellophane ou de matière plastique qu’onrepliera soigneusement autour des tiges de manièreà recouvrir toute la terre, mais non les plantes.Placer sur le tout un bocal de verre propre et sec,de façon à coiffer les plantes, et observer ce quis’est passé au bout d’une heure. Que remarque-t-on? D’où provient l’humidité?

4.126 Humidité dégagée par la respirationOn peut déceler l’humidité que produit la respi-ration en soufflant sur la surface froide d’unmiroir, d’un verre ou d’une bouteille.

4.127 Le taux d’évaporation dépend de la surfaceRemplir à moitié d’eau un grand plat peu pro-fond, tel qu’un moule à gâteau. Mettre la mêmequantité d’eau dans un récipient profond dont lediamètre est plus petit que celui du plat. Placerles deux récipients côte à côte en un lieu où ilssont soumis aux mêmes températures et mouve-ments de l’air. Le lendemain, mesurer la quantitéd’eau que contient chaque récipient. D’où pro-vient la différence d’évaporation?

4.128 Le taux d’évaporation dépend de latempérature

Chauffer à la bougie ou au soleil une partie d’un


253 Méteorologie 4.133

tableau noir ou d’une ardoise placés horizontale-ment. Déposer des gouttes d’eau de même dimen-sion sur cette surface chauffée et sur une surfacefroide. Regarder les gouttes et observer ce qui seproduit.

4.129 Le taux d’évaporation dépend desmouvements de l’air

A l’aide d’une éponge ou d’un chiffon humide,faire deux taches d’humidité de même dimensionà une certaine distance l’une de l’autre sur untableau noir froid. Éventer l’une des taches avecun morceau de carton et laisser l’autre s’évaporertoute seule. Pourquoi l’évaporation est-elle plusrapide dans un cas que dans l’autre?

4.130 Le taux d’évaporation dépend de l’humiditéatmosphérique

Fixer un morceau de tissu sur un cercle ou uncadre de bois d’une épaisseur de 3 cm environ defaçon à obtenir une surface d’à peu près 30 cm2.Mouiller le tissu. A l’aide d’une éponge ou d’unchiffon, faire ensuite deux taches d’humidité surun tableau noir froid. Sur l’une de ces taches,poser le cadre recouvert du tissu humide et laisserl’autre à l’air libre. Quelques instants plus tardobserver les deux taches. Laquelle des deux aséché le plus vite? Quelle influence l’air humide(emprisonné sous le cadre) exerce-t-il sur le tauxd’évaporation?

Comment l’air perd son humidité

4.131 L’humidité se condense sur les surfacesfroides

Mettre un peu de glace dans une boîte en fer-blanc brillant. Au bout d’un moment observerl’extérieur de la boîte. Que remarque-t-on?Quelle en est l’origine?

4.132 Le cycle de l’eauChauffer un peu d’eau jusqu’à ce qu’elle soit surle point de bouillir. La mettre dans un verre qu’onfera tourner en l’inclinant de façon à en humec-ter les parois jusqu’au bord. Verser de l’eau trèsfroide dans un récipient de verre rond qu’on

posera sur le verre en l’inclinant comme le mon-tre la figure. La vapeur qui monte de l’eau chaudese condensera sur la surface froide du ballon etretombera en gouttelettes dans le verre. Évapora-tion, condensation et précipitation reconstituentainsi le cycle de l’eau tel qu’il existe dans lanature.

4.133 Comment reproduire le cycle de la pluiePoser sur une table une caissette contenant dejeunes plants. A 35 ou 40 cm au-dessus de cettecaissette, placer un plateau de métal monté sur unsupport et le remplir de morceaux de glace. Placerune bouilloire ou un ballon contenant de l’eauau-dessus d’une source de chaleur, de telle sorteque la vapeur passe sous le plateau (voir figure).Le dispositif est maintenant en place pour étudierle cycle de la pluie. La bouilloire (ou le ballon)joue en tant que source d’eau le rôle de la terre.L’eau s’évapore et s’élève jusqu’au plateau fraisqui représente les couches supérieures froides de



l’atmosphère terrestre, refroidies par détente. Là,l’humidité se condense sur le plateau et retombeen pluie sur les plants.

4.134 Température du point de roséeOn peut mesurer la température du point de roséeà l’aide d’une boîte en fer-blanc brillant conte-nant un peu d’eau, d’un thermomètre et d’unpeu de glace. La température du point de rosée,déterminée par l’observation, constitue une don-née importante en météorologie : c’est la tempé-rature à laquelle l’humidité de l’air commence àse condenser, et elle varie d’un jour à l’autre.

Faire en sorte que l’extérieur de la boîte soitpropre et dépourvu de traces de doigts. Placerla boîte sur une feuille de journal de façon que lescaractères imprimés soient clairement reflétés parla boîte. Ajouter peu à peu de la glace dans l’eauet agitez soigneusement avec le thermomètre enobservant celui-ci attentivement. Noter à quelletempérature la condensation commence à se for-mer sur l’extérieur de la boîte : c’est au momentoù les caractères ne seront plus nettement visibles.Ce sera approximativement la température dupoint de rosée. (Voir aussi expérience 4.114.)

4.135 Un nuage dans une bouteillePrendre une grande bouteille et la fermer aumoyen d’un bouchon de caoutchouc traversé parun tube en verre d’une dizaine de centimètres.Mettre de l’eau chaude dans la bouteille jusqu’àune hauteur de 2 ou 3 cm et ajouter un peu depoudre de craie à l’eau contenue dans la bou-teille. Avec un tuyau de caoutchouc raccorder le

tube de verre à une pompe à bicyclette. Maintenirle bouchon en place avec la main et demander àun élève de pomper de l’air dans la bouteille.Quand la compression est suffisante, laisser sau-ter le bouchon et observer ce qui se passe. Si l’onn’obtient pas un nuage satisfaisant, envoyer unpeu de fumée dans la bouteille à l’aide d’uneallumette à moitié éteinte ou d’un morceau depapier fumant.

En se détendant l’air se refroidit et abaisse latempérature intérieure de la bouteille au-dessousdu point de rosée. L’humidité se condense alorssous forme de nuage. De même, quand l’air chauds’élève au-dessus de la terre, il est soumis à unepression atmosphérique décroissante, il se détend,se refroidit et des nuages se forment quand satempérature tombe au-dessous du point de rosée.

4.136 Comment étudier des flocons de neigeS’il y a des chutes de neige dans la région, recueil-ir quelques flocons sur un chiffon de laine de

couleur sombre et les observer à la loupe (voirfigure). On constatera que si leur aspect est extrê-mement varié, leur structure est toujours hexa-gonale. Les flocons de neige sont une des plusbelles choses qu’on puisse voir dans la nature.

Travaux pratiques

4.137 Journal météoOn pourra noter, en les présentant sous forme de



tableau, la date, l’heure, la température, l’état duciel et les caractéristiques du vent. Les observa-tions doivent être faites chaque jour à la mêmeheure. Les données peuvent être portées dans uncahier sous les rubriques suivantes :

Date Heure Température État du ciel Vent Pluie

On peut obtenir d’utiles renseignements enfa i s an t de s graphiques température/heure,pluie/heure, changement d’aspect du ciel sur uncertain laps de temps ainsi que changement del’intensité du vent.

On peut se contenter de notations approxima-tives, sauf si le journal est établi à des fins offi-cielles, auquel cas les signes conventionnels inter-nationaux doivent être utilisés. Si l’on ne disposepas de thermomètre, on notera, par exemple :très chaud, chaud, modéré, frais, froid, très froid.On pourra aussi consigner les variations de lavitesse du vent :Petite brise. Entraîne la fumée sans agir sur les

girouettes.Vent modéré. Soulève un peu de poussière et

remue légèrement le feuillage des arbres.Vent fort. Agite les grosses branches.Vent très fort. Soulève beaucoup de poussière,

emporte des papiers et secoue fortement lesarbres.

Tempête. Peut casser les petits branches desarbres.

La direction du vent peut être indiquée au moyend’une flèche dans la colonne appropriée; il estpossible aussi de fabriquer une étoile en papier dugenre de celle qui est représentée sur la figure

Ensoleillé

Clair

Partiellementcouvert

Pluie

Neige

et de tirer chaque jour un trait sur la branche dontla direction coïncide le mieux avec celle d’oùvient le vent. Les autres symboles peuvent êtreutilisés pour indiquer les conditions générales.

4.138 Comment réaliser des « fronts » enminiature

La démonstration ci-après peut servir à expliquerce qui arrive quand une masse d’air froid ren-contre une masse d’air chaud et que des « fronts »se forment. Les instructions données ci-dessousdoivent être suivies exactement et l’aquariumdoit être préparé avec beaucoup de soin.

a) Préparer un aquarium (de n’importe quel-les dimensions) en collant des nervures plastiques,

a

b

d e



analogues à celles qui entourent les pochettes enacétate, sur le fond et les côtés de l’aquarium.Les pochettes sont du genre de celles qu’utilisentles étudiants pour rassembler leurs notes et ellespeuvent être achetées dans une papeterie. Aumoyen d’une colle pour matière plastique fixerles nervures à l’intérieur des parois et au fond del’aquarium. On forme ainsi des rainures étanchesà l’eau dans lesquelles une cloison en verre peutêtre insérée. Des guides en métal tenus en placepar du mastic peuvent être utilisés au lieu des ner-vures en plastique. Fabriquer une cloison enverre d’une dimension suffisante pour quelle s’en-fonce bien dans les rainures en matière plastique,mais puisse y glisser verticalement (voir figure aci-dessous).

b) Mettre de l’eau chaude dans un comparti-ment et de l’eau froide dans l’autre. Ajouter àl’eau chaude un colorant rouge et à l’eau froideun colorant bleu et un peu de sel.

c) Enlever la cloison : la teinte bleue (repré-sentant une masse d’air froid) descendra au fondde l’aquarium et la teinte rouge représentant unemasse d’air chaud restera en haut. Des striuresse produiront et les couleurs ne se mélangerontpas beaucoup.

d) Pour mettre en évidence la formation d’un« front occlus », remettre en place la cloison.Agiter doucement l’eau d’un compartiment(représentant la « masse intermédiaire »).

e) Enlever la cloison. La masse intermédiaires’introduira entre la couche chaude et la couchefroide, et il se formera ainsi trois couches distinc-tes.

On peut faire toutes sortes de recherches pourtenter de répondre aux questions posées par lesélèves, par exemple : Qu’arrivera-t-il si on n’uti-lise pas de sel? Qu’arrivera-t-il si les deux eauxcolorées sont à la même température? Quelle estla différence de température entre les deux (ou lestrois) masses d’eau?

4.139 Comment mesurer la vitesse des ventséloignés du sol

Les matériaux nécessaires sont les suivants : unballon rempli d’un gaz plus léger que l’air, deuxrapporteurs, un mètre, une pièce de bois de

40 x 2 x 2 cm, un poids, quelques punaises, unemontre avec une aiguille des secondes et unebobine de fil blanc.

On procédera comme suit : fixer au moyend’une punaise un rapporteur sur le côté de lapièce de bois de la manière indiquée par la figure;le bord rectiligne du rapporteur doit être paral-lèle à l’arête de la pièce de bois. Accrocher lepoids à un morceau de ficelle attaché au centredu rapporteur : il servira de fil à plomb. (Un tubelong, droit et mince, fixé sur la pièce de bois, dansle sens de la longueur, améliorera le dispositif devisée.) On dispose maintenant d’une lunette devisée rudimentaire faisant office de théodolite.

Quand le fil à plomb indique 90° sur le rap-porteur, la lunette de visée est horizontale. Quandil indique 80°, la lunette est inclinée à 10°. L’angleindiqué sur le rapporteur doit être retranché de90° pour trouver l’inclinaison de la lunette.

Il est utile d’apprendre aux élèves à se servirde la lunette dans la classe. Demander à un élèvede se tenir à une distance de 3 à 5 mètres du murde la classe et de trouver, de là, l’angle que sa lignede visée dirigée sur le sommet du mur fait avecl’horizontale. Il peut y parvenir en cherchant decombien de degrés au-dessus de l’horizontalele tube doit être élevé pour viser le sommet dumur. Sur un papier quadrillé, l’élève mesurerahorizontalement le nombre d’unités équivalant àla distance où la lunette se trouve par rapportau mur. A l’extrémité de cette distance horizon-tale, il reportera l’angle d’élévation indiqué parla lunette. Sur son croquis (à l’échelle), la distancepar rapport au mur et l’angle d’élévation permet-tront de trouver la hauteur du plafond au-dessusde l’axe optique. Par exemple, si un élève se tientà 7 mètres du mur et trouve que le sommet dumur est à 30° au-dessus de l’horizontale (60° surle rapporteur), le plafond sera à 3,50 mètres envi-ton au-dessus de l’axe optique. Pour trouver lahauteur de la salle, on ajoute aux 3,50 mètresla taille de l’enfant jusqu’à ses yeux.

On attache ensuite une longue ficelle au ballonrempli de gaz pour pouvoir le ramener vers le solsi on le libère dans une salle à plafond élevé. Tirerle ballon jusqu’au plancher, le libérer et mesurerle temps qu’il lui faut pour atteindre le plafond.



Opérer plusieurs fois et faire la moyenne desrésultats notés. Diviser la hauteur du plafondpar la durée d’ascension du ballon pour trouversa vitesse ascensionnelle.

Les élèves peuvent maintenant utiliser le bal-lon à l’extérieur pour mesurer la vitesse des ventséloignés du sol. Les tâches sont réparties commesuit entre les enfants : a) suivre le ballon au moyendu tube de visée; b) lire l’angle du fil à plombtoutes les 30 secondes; c) chronométrer en don-nant le « top » toutes les 30 secondes à l’élèvechargé de faire les lectures d’angle; d) noter letemps écoulé et l’angle de visée à la fin de chaqueintervalle de temps.

Quand les données recueillies pendant quel-ques minutes ont été enregistrées, la position duballon à la fin de chaque intervalle de 30 secondespeut être inscrite sur un graphique. Le mouvementhorizontal du ballon peut ensuite être mesuré enutilisant la même échelle pour la distance verti-cale et la distance horizontale.

4.140 Comment réaliser une image hygroscopiquePlonger un morceau de buvard blanc dans unesolution contenant deux volumes de chlorure decobalt pour un volume de sel ordinaire. Tant quece papier sera humide, il restera rose mais, séchéau soleil ou à proximité d’un bec Bunsen, ilbleuira. Tel est le principe des images hygrosco-piques.

On peut en fabriquer une soi-même de lamanière suivante : on se procure une image com-prenant un coin de ciel ou une étendue d’eau,qu’on remplace par du buvard traité comme ilest indiqué ci-dessus. Monter ensuite cette imagesur une feuille de carton et la suspendre près d’unefenêtre où elle réagira rapidement aux variationsde l’humidité.

4.141 Comment mesurer la quantité de poussièreprésente dans l’air

Pour mesurer la quantité de poussière qui tombedans la localité où l’on se trouve, on utilisera aumoins 3 bocaux de verre à grande ouverture d’unecapacité de 5 litres. II faut aussi 10 litres d’eaudistillée. (L’eau du robinet peut contenir despetites particules qui perturberaient les mesures.)Il faut encore un récipient de 2 ou 3 litres quel’on peut chauffer sans risque (une casserole, parexemple). Enfin, il faut une balance permettantde peser des objets au centigramme ou au milli-gramme près.



S’assurer que les bocaux sont propres. Lesrincer avec un peu d’eau distillée. Verser ensuite1,5 litre d’eau distillée dans chaque bocal. Mar-quer le niveau atteint par l’eau avec du vernis àongle, un trait de lime ou toute autre marque quirésistera à la pluie. Couvrir le sommet du bocalavec un treillage métallique pour empêcher lesinsectes d’y pénétrer. Placer les bocaux à l’exté-rieur, dans des endroits différents. Ils doivent êtredisposés à environ 1,5 mètre du sol, mais pas sousdes arbres ou contre les bâtiments.

Laisser les bocaux en place pendant 30 jours.Les examiner de temps à autre et ajouter de l’eaudistillée pour rétablir le niveau (si l’eau s’évapore,le vent pourra enlever la poussière). Il est possibleque la pluie tombe dans le bocal, mais cela n’estgrave que si le bocal déborde : dans ce cas, ilfaudra répéter l’expérience.

Après 30 jours, ramener les bocaux à l’inté-rieur. Pour trouver la quantité de poussière quise trouve dans chaque bocal, peser d’abord lacasserole ou le récipient vide sur la balance etnoter le résultat; verser ensuite l’eau du bocaldans le récipient. Rincer le bocal à l’eau distilléeen s’assurant que toutes les particules de poussièreont été enlevées, puis chauffer le récipient jusqu’àce que toute l’eau se soit évaporée. Ne pas tropchauffer pour éviter de brûler la poussière.

Laisser refroidir le récipient, puis le peser surune balance. Le poids de la poussière seule peutêtre trouvé en retranchant du total le poids durécipient qui avait été noté auparavant. Si labalance ne pèse qu’en centigrammes, multiplierle poids de la poussière par dix pour qu’il soitexprimé en milligrammes.

Les chiffres obtenus indiquent seulement lenombre de milligrammes de poussière qui ontpénétré dans le bocal pendant un mois. Poursavoir à combien de tonnes métriques par kilo-mètre carré le chiffre équivaut, mesurer d’abordla superficie de l’orifice du bocal en centimètrescarrés. Une simple division permettra d’obtenirla quantité de poussière en milligrammes par cen-timètre carré. En multipliant ce résultat par dix,on trouve le nombre de tonnes métriques parkilomètre carré.

Les résultats sont-ils les mêmes pour tous les

bocaux? (S’ils varient sensiblement, prendre unemoyenne pour avoir une idée plus exacte del’importance des poussières dans la région.) Pourquelles raisons un bocal contient-il plus de pous-sière qu’un autre? Répéter les recherches unautre mois ou l’année suivante pour voir si laquantité varie.

4.142 Le cheminement des oragesCette expérience nécessite une montre avec uneaiguille des secondes, un compas pour tracerdes cercles, une feuille de papier et, bien entendu,un orage. On commence par tracer, à l’échelle,une carte sommaire des environs dans un rayond’une quizaine de kilomètres. Tracer des cerclesconcentriques situés à 1, 2, 3 . . . 15 kilomètres del’observateur. Lorsqu’un orage survient, il estfacile de trouver le lieu à la verticale duquel cha-que éclair s’est produit, en déterminant : a) ladirection, par l’observation visuelle; b) la dis-tance, en divisant par 3 l’intervalle de temps (ensecondes) entre l’éclair et le début du coup detonnerre. On connaîtra ainsi approximativementla distance en kilomètres. Après l’orage, lespoints marqués sur la carte indiqueront le par-cours qu’il a suivi.

Les nuages et le temps

4.143 Observations concernant les nuagesLes nuages sont un signe visible de l’humidité del’atmosphère. Plus il y a de nuages, plus il y ad’humidité, qui peut prendre la forme de goutte-lettes d’eau ou de cristaux de glace, les deuxpouvant être présents simultanément, Le type denuage indique le degré de stabilité de l’atmosphèredans laquelle il se forme. Les nuages stratiformes(en couche) sont généralement l’indice de condi-tions stables qui changent assez lentement. Lesnuages à extension verticale (type cumulus) chan-gent rapidement sous l’effet de l’instabilité del’atmosphère. Aussi les métérologistes souhaitent-ils avoir des descriptions précises des nuages quise forment à chaque station d’observation.Comme les nuages sont continuellement en coursde formation et de désintégration, ils apparaissent



sous des formes d’une variété infinie. Cependant,il est possible de définir un nombre limité de for-mes caractéristiques, observables généralementdans le monde entier, qui permettent de grouperles nuages par grandes catégories (voir p. 260 et261).

Outre leur caractère stratiforme ou cumuli-forme, la hauteur moyenne de leur base par rap-port au sol sert à distinguer les nuages selon qu’ilssont bas, moyens ou élevés, mais cette classifica-tion par « étage » n’est pas précise, car la hauteurde la base des nuages varie avec le terrain, l’humi-dité moyenne et le type de temps. Les nuages del’étage inférieur comprennent le brouillard, lesstratus, les stratocumulus, les cumulus et lescumulonimbus. Ils apparaissent quand des mas-ses d’air passent sur des terres plus chaudes ouplus froides qu’elles. Un échauffement inégaltransmis de la surface de la Terre à une couched’air plus froide provoque souvent la formationde cumulus qui peuvent se développer verticale-ment jusqu’à former des cumulonimbus, annon-ciateurs d’orage. La hauteur moyenne de la basedes nuages de l’étage inférieur varie depuis la sur-face du sol jusqu’à 2 200 mètres. En général, cesnuages sont très denses et composés entièrementde gouttelettes d’eau.

Les nuages de l’étage moyen comprennent lesaltocumulus et les altostratus. La hauteurmoyenne de leur base varie de 2 200 à 7 700 mètres.Ils sont formés de gouttelettes d’eau ou de cris-taux de glace ou encore -- le plus souvent - desdeux à la fois et ils présentent des variationsconsidérables de densité. Un pilote d’avion quivole dans un nuage dense composé de gouttelettesd’eau n’a souvent qu’une visibilité de quelquesmètres tandis que dans un nuage formé de cris-taux de glace la visibilité peut atteindre un kilo-mètre.

Les nuages de l’étage supérieur sont les cir-rus, les cirrocumulus et les cirrostratus dont labase se situe généralement à plus de 5 500 mètres.Ils sont toujours composés de cristaux de glaceet leur densité est très variable. Ces nuages secaractérisent notamment par le halo qu’ils pro-duisent autour du Soleil ou de la Lune par suitede la réfraction de la lumière solaire ou lunaire

qui traverse les cristaux de glace. Un phénomèneanalogue, mais différent, la « couronne » solaireou lunaire, est produit par des nuages moins éle-vés (altostratus) qui contiennent des gouttelettesd’eau.

Une autre grande catégorie de nuages est cons-tituée par ceux qui présentent une importanteextension verticale. Elle comprend tous les nuagesbas du type cumulus à l’exception des cumulus debeau temps et des stratocumulus. Le cumolonim-bus, ou nuage d’orage, forme une catégorie spé-ciale parce qu’un même nuage peut se trouver àtous les étages, depuis le plus bas jusqu’au plusélevé, et qu’au cours de son cycle de vie, il peutproduire presque tous les autres types de nuages.

Voici quelques notes qui permettront d’identi-fier les nuages.

Brouillard. Le brouillard est un nuage strati-forme dont la base est à la hauteur du sol. Enmontagne, il est possible qu’une même couche destratus soit signalée comme une couche nuageusedans une station de la vallée et comme du brouil-lard dans un observatoire de montagne. Lebrouillard contient soit de l’eau, soit de la glace.

Stratus. Nuage en couche, de l’étage inférieur,souvent formé par le brouillard qui s’élève du sol.Il se produit quand l’air est stable. Les stratus seforment aussi quand l’air humide s’élève depuisune surface frontale ou un terrain en pente oupar advection, par exemple lorsque de l’airhumide chaud se déplace sur une surface froide.Ces nuages sont le plus souvent gris et sanscontours bien définis. Les couches ont en généralde 100 à 500 mètres d’épaisseur.

Stratocumulus. Couche de nuages dont la baseest à une hauteur uniforme au-dessus du sol et quiprésentent une certaine tendance à se développerverticalement. Observés depuis le sol, les strato-cumulus se caractérisent par la combinaison detaches, de rouleaux ou de sillons dont les unssont clairs et les autres plus sombres.

Nimbostratus. Cette forme de nuage est tou-jours associée aux précipitations (bruine, pluie ouneige). II est très difficile d’apprécier la hauteurde la base d’un nimbostratus parce que les nuagesde cette catégorie sont généralement d’un grisuniforme et que leurs contours sont mal définis.


4.143

Ils se trouvent à des altitudes très différentes,depuis les très basses jusqu’à l’étage moyen. Laprécipitation est continue (pas d’averses) et sonintensité est très variable.

Cumulus. Les cumulus sont peut-être les nua-ges les plus courants. Leurs dimensions et leurforme sont très variées. Les cumulus de beautemps sont les nuages isolés qu’on voit dans leciel au printemps et en été et qui ressemblent unpeu à des boules de coton; ils se forment généra-lement à une hauteur uniforme au-dessus du sol,se développent pendant la partie la plus chaudedu jour et se dissipent au coucher du soleil. D’unefaçon générale, les cumulus ont souvent l’aspectd’un chou-fleur avec des contours bien nets. Lescumulus en forme de tour - appelés mammato-cumulus - ont une grande extension verticale etannoncent des orages. Leurs dimensions augmen-tent rapidement et ils donnent l’impression d’êtreen ébullition, de sorte que leur forme change con-tinuellement. Tous les cumulus sont très denseset ont un aspect massif. Les précipitations pro-venant des nuages cumuliformes se produisentsous forme d’averses plutôt que de pluie ou deneige continue. La base des cumulus peut setrouver à presque tous les étages bas ou moyens.

Altocumulus. Ils ressemblent beaucoup auxstratocumulus, mais se trouvent à des altitudesmoyennes plutôt que basses. Certaines formesd’altocumulus indiquent ou annoncent des phé-nomènes qui intéressent particulièrement lesmétéorologistes et les aviateurs. Par exemple, lesaltocumulus en forme d’amande ou de lentille(appelés lenticularis) sont associés à un mouve-ment ondulatoire en altitude. Ces nuages chan-gent continuellement d’aspect, tout en paraissantstationnaires, un nuage se formant sur un bordet se désagrégeant sur l’autre. Une autre formeparticulière est l’altocumulus castellanus. Il s’agitde petits nuages avec des tours plus ou moins volu-mineuses qui changent continuellement de forme,disparaissant et se reformant. Ce type de nuage

ALTOCUMULUS, nuages en couche


CIRROCUMULUS,

CIRROSTRATUS

ALTOCUMULUS. en forme d’amandeou de lentille

ALTOSTRATUS

CUMULUS. en forme de tour oumamelonnés



moyen, généralement constituées de gouttelettesd’eau ou d’un mélange de gouttelettes d’eau etde cristaux de glace. Les altostratus sont l’indiced’un air stable; les précipitations qui en provien-nent sont légères et continues. Les altocumulus etles altostratus se présentent souvent ensemble.La lumière du Soleil ou de la Lune peut souventfaire naître l’effet de « couronne » qui distinguel’altrotratus du cirrostratus.

Cirrus. Ce sont des nuages minces, blancs, enforme de filaments, qui se présentent souvent engroupes ou en bandes étroites. Ils sont composésentièrement de cristaux de glace et leur base estélevée. Très souvent, les cirrus annoncent l’appro-che d’un système frontal orageux. Les cirrus sontrarement assez denses pour dissimuler complète-ment le Soleil ou la Lune, mais ils peuvent s’épais-sir suffisamment pour que les ombres soient indis-tinctes.

Cirrocumulus. Généralement disposés en cou-che ou en bancs, ces nuages semblent composésde petites boules blanches. Ils ressemblent auxaltocumulus, mais les éléments qui les composentsont généralement beaucoup plus petits.

Cirrostratus. Ces nuages, qui contiennent descristaux de glace, sont situés à des altitudes éle-vées et se présentent en bancs ou en couchesd’une densité variable : ils peuvent être si mincesqu’il faut une observation très attentive pour lesapercevoir ou si denses qu’ils cachent le Soleil.Les cirrostratus produisent le phénomène de halo.En général, cette forme nuageuse signale l’appro-che d’une perturbation.

Cumulonimbus. Nuage dense s’étendant sou-vent jusqu’à une grande hauteur, fréquemmentaccompagné d’éclairs et d’orage, de grossesaverses de pluie et parfois de grêle, et qui peut pro-voquer des tornades ou des trombes d’eau. Cenuage se caractérise principalement par sonsommet en forme de panache ou d’enclume. Lecumulonimbus est une véritable « usine » à nuages:en effet, au cours de son bref cycle de vie, il peutproduire presque tous les autres types de nuage.Le sommet des cumulonimbus atteint souvent20 000 mètres, alors que la base peut se former àtoute altitude, depuis un niveau très proche dusol jusqu’à 3 000 à 4 000 mètres. La vitesse de

développement d’un cumulonimbus atteint par-fois 2 000 mètres par minute.

4.144 Observation et description des fronts chaudset froids

A. Fronts chauds. Les fronts chauds sont précédéspar une baisse lente du baromètre. Des cirrus fontleur apparition et il y a lieu alors, généralement,de s’attendre à des précipitations au bout de 24 à36 heures. Très mince au début, la couche de nua-ges s’épaissit au fur et à mesure que les cirrussont suivis par des cirrostratus, puis des alto-cumulus ou des altostratus et, enfin, par des nim-bostratus ou des cumulonimbus. Quand l’alto-stratus a atteint une certaine densité, la pluie (oula neige) commence souvent à tomber, avantl’apparition, à plus faible altitude, de stratus oude nuages cumuliformes. Avec le passage dufront, le vent change de direction, le baromètreremonte un peu, les précipitations s’arrêtent, leciel commence à s’éclaircir et la températures’élève. En été, des averses orageuses peuvent seproduire l’après-midi derrière un front chaud.

B. Fronts froids. A l’approche d’un front froid,le baromètre baisse très rapidement. Avec unevitesse moyenne de 30 à 40 km à l’heure, lesfronts froids se déplacent plus vite que les frontschauds. Leur vitesse de déplacement est en faittrès variable, puisqu’elle peut être inférieure à16 km à l’heure et parfois dépasser 56 km àl’heure. Le défilé des types de nuage sera propor-tionnellement plus rapide que dans le cas d’unfront chaud. Le passage des cirrus aux cirrostra-tus, puis aux altostratus ou aux altocumulus, seproduit souvent en quelques heures. Les précipi-tations peuvent commencer de 12 à 30 heuresaprès la première apparition des cirrus. En été, lescumulus formeront des cumulonimbus et produi-ront des averses orageuses. En hiver, les nimbo-stratus ou les stratocumulus donneront de la pluieou de la neige. Au passage du front, le vent changebrusquement de direction, le baromètre monterégulièrement et la température baisse.

Si le front se déplace rapidement, le ciel sedégagera sans tarder, mais si le déplacement estassez lent, le ciel pourra rester nuageux et il



pourra y avoir encore quelques précipitationspendant plusieurs heures.

C. Tornades. Les tornades sont créées par lesmêmes conditions atmosphériques qui provoquentla grêle et les orages, c’est-à-dire une collisionde masses d’air chaud et de masses d’air froid. Ilest impossible de prévoir les tornades, mais lesconditions atmosphériques qui leur donnent nais-sance sont connues et, lorsque ces conditionsexistent, les stations météorologiques donnentgénéralement un avis de « risque de tornades ».S’étendant sur une zone de 70 à 300 mètres delarge, une tornade se déplace généralement à unevitesse moyenne de 30 à 65 km à l’heure, maisla vitesse du vent peut atteindre 300 km à l’heure.Dans l’hémisphère nord, les tornades se produi-sent le plus souvent entre le 1er avril et le 15 juil-let, généralement en fin d’après-midi. Une tor-nade peut se produire lorsque l’air est humide,que la température dépasse 26 °C et qu’unemasse d’air froid arrive. On voit souvent desmammatocumulus avant et après la tornade.

D. Ouragans. L’ouragan est le phénomène météo-rologique le plus dévastateur. Bien que, sous desnoms différents, ils se produisent dans le mondeentier, tous les ouragans ont leur origine dans lesrégions équatoriales. Au nord de l’équateur, leurdirection générale de déplacement est nord ànord-ouest à nord-est. Au sud de l’équateur, ilsse déplacent dans les directions opposées.

Les formations nuageuses associées aux oura-gans sont très voisines de celles d’un front chaud,la séquence générale étant la suivante : a) cirrus;b) cirrostratus, environ 1 600 km avant l’oura-gan; c) altostratus; d) nimbostratus chargés depluie ou cumulonimbus. On aperçoit souvent unhalo autour du Soleil ou de la Lune.

L’ouragan lui-même ne se déplace qu’à 12 à25 km à l’heure, mais il est accompagné par desvents qui atteignent parfois 240 km à l’heure. Unouragan dure une dizaine de jours et couvre unesuperficie de 800 à 3 200 km2. Quand le baromè-tre commence à remonter et que les vents chan-gent de direction, le plus fort de l’ouragan estpassé.

Altitude approximative

Étage Climat Climat Climatpolaire tempéré tropical

km km km

Supérieur 3-8 5-13 6-18Moyen 2-4 2-7 2-8Inférieur De la surface De la surface De la surface

du sol à 2 km du sol à 2 km du sol à 2 km


Annexe 1

Unités SI

Grandeur Nom de l’unité Symbole Définition

Unitésfondamentales(ou de base)

Intensité de courant électrique Ampère AIntensité lumineuse Candela cdLongueur MètreMasse Kilogramme kgQuantité de matière Mole mol Quantité contenant autant de

particules élémentaires qu’ily a d’atomes dans 12 g decarbone 12 : c’est-à-dire :N = 6,02 X 1023

Température thermodynamique Kelvin KTemps Seconde S

Unitéssupplémentaires

Angle planAngle solide

RadianStéradian

radsr

Unités dérivées Capacité électriqueCharge électrique

Densité de flux magnétique ouinduction (champ) magnétiqueÉclairement lumineuxÉnergieFlux lumineuxFlux (d’induction) magnétiqueForce

FaradCoulomb

TeslaLuxJouleLumenWeberNewton

Fc

TlxJlmW bN


Annexe 1 266

Grandeur Nom de l’unité Symbole Définition

FréquenceInductancePressionPuissanceRésistance électriqueTempérature (usuelle)Tension électrique

(différence de potentiel)

Unités utilisées Densité de flux magnétiqueavec les unités SI (champ magnétique)

ÉnergieLongueurMassePressionRadio-activitéSurface : superficie

section efficaceViscosité cinématique

(diffusion)Viscosité dynamiqueVolume

HertzHenryPascalWattOhmDegré CelsiusVolt

GaussElectronvoltParsecTonneBarCurieHectareBarn

StokesPoiseLitre

HzHPaW

°CV

Gevpc

barCihab

StPl

Multiples et sous-multiples décimaux

Fraction Préfixe Symbole Multiple Préfixe Symbole

10-1

10-2

10-3

10-6

10-9

10-12

10-15

Déci d 10 Déca daCenti C 102 Hecto hMilli m 103 Kilo kMicro µ 106 Méga MNano n Giga GPico P Téra TAtto a


267 Annexe 2

Annexe 2

Tableau de correspondance pour unités en dehors du SI

Grandeur Unité Valeur en unités SI

Énergie

Force

Longueur

Masse volumiquePression

Puissance

Température

Volume

CalorieCheval-vapeur heureErgKilogramme-force mètreWattheureDyneKilogramme-forceAngströmAnnée lumièreMille marinPied (Royaume-Uni)Gramme par centimètre cubeAtmosphèreGramme-force par centimètre carréKilogramme-force par mètre carréTorrCheval-vapeurKilogramme-force mètre par seconde

Degré Fahrenheit

Stère

4,1855 J2,648 x 106 J1 0 - 7 J9,807 J3 6 0 0 J10-5 N9,807 N10-10 m9,461 x 1015m1 852 m3,048 x 10-l m103 kg m-3

1,01325 x 105 N m-2 ou Pa98,07 N rn-2

9,807 N m-2

1,33322 x 102 N m-2

75 x 9,807 W ou 735,5 W9,807 W


Annexe 4 270

Annexe 4

Liste des éléments

Symbole N o Nom Caractères intéressantsatomique

AcAlA mSb

AgAASAtNBaBkBe

BiBBrCdCa

C fC

CeCsClCrC OCUC m

D y

ES

ErSn

EuFe

89 Actinium13 Aluminium95 Américium51 Antimoine

47 Argent1 8 Argon33 Arsenic85 Astate7 Azote

56 Baryum97 Berkélium4 Béryllium

83 Bismuth5 Bore

35 Brome48 Cadmium20 Calcium

98 Californium6 Carbone

58 Cérium55 Césium17 Chlore24 Chrome27 Cobalt29 Cuivre96 Curium

66 Dysprosium

99 Einsteinium

68 Erbium50 Étain

63 Europium26 Fer

Métal radio-actif; rareDonne des alliages résistants et légersArtificiel; très radio-actifMétal cassant, d’éclat argenté. Un alliage important sert à fabriquer lescaractères d’imprimerieLe meilleur conducteur de la chaleur et de l’électricitéGaz incolore, existe dans l’air, utilisé dans des ampoules électriquesSolide gris, dont les composés sont des poisonsArtificiel fabriqué à partir du bismuth; non-métal radio-actifGaz incolore, constitue 78 % (en volume) de l’airMétal peu dense, mou, blanc argentArtificiel (1950); métal hautement radio-actifMétal peu dense; les ressorts de petite taille en alliage de cuivre et béryl-hum durent longtempsMétal d’un rose argenté; donne des alliages durs et fusiblesNon-métal solide, fait partie du boraxLiquide rouge dont le nom signifie : puanteurMétal argenté, dont on recouvre souvent d’autres métaux par électrolyseMétal peu dense, dont les composés sont très répandus dans l’écorceterrestreArtificiel (1950); métal hautement radio-actifÉlément essentiel de la chimie organique; existe dans tout ce qui vit(plantes et animaux)Métal dur; entre dans la fabrication des pierres à briquetMétal argenté, mou; fond dans l’eau bouillanteGaz jaune-vert; toxique; bon agent de blanchimentMétal brillant, argenté, utilisé dans les aciers inoxydablesMétal argenté; donne un alliage fortement magnétiqueMétal rouge, bon conducteurFabriqué artificiellement à partir du plutonium; métal hautement radio-actifMétal qui fait partie des « terres rares »; dont le nom signifie : difficile àobtenirFabriqué par bombardement d’atomes d’uranium avec des noyauxd’atomes d’azote; masse atomique 247; extrêmement radio-actifMétal qui fait partie des « terres rares »Métal argenté, parfois déposé sur de l’acier, par électrolyse, pour fairedes boîtes à conservesMétal qui fait partie des « terres rares »Deuxième métal par ordre d’abondance


271 Annexe 4

S y m b o l e N o Nom Caractères intéressantsatomique

F m 100

FF r

9 Fluor87 Francium

G d 64G a 31G e 32H f 72H e 2H o 67H 1In 49I 53I r 77K r 36La 57Lw 103Li 3Lu 71M g 12M n 25M d 101H g 80M o 42N d 60N e 10

N P 93Ni 28N b 4 1N o 102Au 79o s 76O 8Pd 46P 15Pt 78

P b 82

Fermium

GadoliniumGalliumGermaniumHafniumHéliumHolmiumHydrogèneIndiumIodeIridiumKryptonLanthaneLawrenciumLithiumLutetiumMagnésiumManganèseMendeléviumMercureMolybdèneNéodymeNéon

NeptuniumNickelNiobiumNobéliumOrOsmiumOxygènePalladiumPhosphorePlatine

Plomb

Fabriqué, par l’intermédiaire du californium, en ajoutant des neutrons àdes noyaux de plutonium; extrêmement radio-actifGaz très toxique, élément très actifMétal radio-actif, extrêmement rare; peut être produit par des réactionsnucléairesMétal qui fait partie des « terres rares »; non encore isoléMétal blanc, brillant, généralement extrait des minerais de zincMétal gris, cassant, qui ressemble à l’étainMétal dense, qui ressemble au zirconiumGaz inerte, deux fois plus dense que l’hydrogèneMétal qui fait partie des « terres rares »; non encore isoléGaz incolore, le moins dense de tousMétal mou, argenté, qui ressemble à l’aluminiumSolide brun-noir; chauffé, donne de belles vapeurs violettesMétal argenté; allié au platine pour faire les pointes de plumes à écrireGaz inerte, incolore, qui existe dans l’airMétal qui fait partie des « terres rares »Élément nouveau, artificiel (1961), radio-actif, qui disparaît très viteMétal mou, le moins dense des métauxMétal faisant partie des « terres rares », qui n’a guère d’emploiA la fois résistant et légerMétal dense, qui joue un grand rôle dans la fabrication de l’acierMétal extrêmement radio-actif, qui disparaît viteMétal liquide, argenté, extrêmement denseMétal argenté, qui donne de nombreux alliages intéressants avec l’acierMétal qui fait partie des « terres rares » et donne des composés rosesGaz rare qui existe dans l’air; par décharge électrique, donne une lumièretrès viveArtificiel, fabriqué à partir de l’uranium; radio-actifIntervient dans des aciers inoxydables très résistantsMétal argenté, autrefois appelé colombiumTrès radio-actif, disparaît rapidementUtilisé pour l’ornement, longtemps étalon monétaireMétal argenté, élément le plus denseGaz incolore, très répandu dans la natureRessemble au platineNon-métal solide, mou, qui s’enflamme facilementMétal argenté, qui sert à faire des récipients et des instruments de labo-ratoireMétal mou, dense, d’un blanc bleuâtre


Annexe 4 272

Symbole N° Nom Caractères intéressantsatomique

PuPoKPrP m

PaR a

R nReR h

R bR uSmSCSeSiN aSSrTaTcTeT bTlThT mTi

WU

VXeY bYZnZr

94 Plutonium84 Polonium19 Potassium59 Praséodyme6 1 Prométhéum

91 Protactinium88 Radium

86 Radon75 Rhénium45 Rhodium

37 Rubidium44 Ruthénium62 Samarium2 1 Scandium34 Sélénium14 Silicium11 Sodium16 Soufre38 Strontium73 Tantale43 Technetium52 Tellure65 Terbium8 1 Thallium90 Thorium69 Thulium22 Titane

74 Tungstène92 Uranium

23 Vanadium54 Xénon70 Ytterbium39 Yttrium30 Zinc40 Zirconium

Artificiel; important parce que fissileMétal radio-actif, découvert par les Curie juste avant le radiumMétal mou, de densité inférieure à 1Métal qui fait partie des « terres rares»Métal qui fait partie des « terres rares »; aussi fabriqué à partir du praséo-dymeMétal radio-actif, présent dans tous les minerais d’uraniumMétal radio-actif. dont la découverte a encouragé l’étude de la radio-activitéGaz le plus dense; radio-actif; émanation du radiumMétal dense, qui ressemble au manganèseMétal dense; ressemble à l’aluminium; les dépôts électrolytiques sontutilisés en bijouterieMétal mou, rare, chimiquement très actifMétal gris, dur et cassantMétal qui fait partie des « terres rares »Élément rare, non encore isoléNon-métal solide; chimiquement, ressemble au soufreNon-métal solide, le deuxième par ordre d’abondanceMétal mou, extrêmement actif. de densité inférieure à 1Non-métal solide, jauneMétal dur, actif, qui. chimiquement, ressemble au calciumRessemble au fer poli: utilisé dans des aciers spéciauxMétal dense; trouvé dans les produits de fission de l’uraniumNon-métal solide qui, chimiquement, ressemble au soufreMétal qui fait partie des « terres rares »; non encore isoléMétal solide ressemblant au plomb; ses sels sont très toxiquesMétal gris, dense, radio-actifMétal qui fait partie des « terres rares »; non encore isoléMétal dur et résistant; de nouvelles méthodes de production semblent luiannoncer un bel avenirMétal dense; le moins fusible; qui a été appelé WolframObjet de recherche dans le monde entier à cause de ses possibilités defissionMétal gris, peu fusible; utilisé dans des aciers spéciaux très résistantsGaz rare, inerte, incolore, qui existe dans l’airMétal qui fait partie des « terres rares »Un des plus abondants des métaux des « terres rares »Métal bleu-blanc; en revêtement sur le fer, donne le fer galvaniséMétal couleur d’or; son composé le zircon est une pierre précieuse


273 Annexe 5

Annexe 5

Indicateurs colorés pour les solutions acides et basiques

Indicateur Zone de pH Quantité d’indicateur Couleur en solutionde virage pour 10 ml Acide Basique

Bleu de thymol acide 1,2-2,8

Tropéoline OO 1,3-3,2Jaune de méthyle (B) 2,9-4,0

Méthyl orange (B)ou hélianthine

Bleu de bromophénol (A)Vert de bromocrésolRouge de méthyle (A)Bleu de bromothymolRouge de phénol (A)Rouge neutre (B)

3,1-4,4

3,0-4,64,0-5,64,4-6,26,2-7,66,4-8,06,8-8,0

Bleu de thymol basique

Phénolphtaléine (A)

Thymolphtaléine

Jaune d’alizarine

Tropéoline ONitramine (B)

Acide trinitrobenzoïque

8,0-9,6

9,0-11,0

9,4-10,6

l0,0-12,0

11,0-13,011,0-13,0

12,0-13,4

1 à 2 gouttes de solution à 0,1 % dansl’eau

1 goutte de solution à 1 % dans l’eau1 goutte de solution à 0,1 % dans

l’alcool à 90°1 goutte de solution aqueuse à 0,1 %

1 goutte de solution aqueuse à 0,1 %1 goutte de solution aqueuse à 0,1 %1 goutte de solution aqueuse à 0,1 %1 goutte de solution aqueuse à 0,1 %1 goutte de solution aqueuse à 0,1 %1 goutte de solution à 0,1 % dans

l’alcool à 70°1 à 5 gouttes de solution aqueuse

à 0,1 %1 à 5 gouttes de solution à 0,1 % dans

l’alcool à 90°1 goutte de solution à 0,1 % dans

l’alcool à 90°1 à 5 gouttes de solution à 0,1 % dans

l’alcool à 90°1 goutte de solution aqueuse à 0,1 %1 à 2 gouttes de solution à 0,1 % dans

l’alcool à 70°1 goutte de solution aqueuse à 0,1 %

Rouge

RougeRouge

Rouge

JauneJauneRougeJauneJauneRouge

Jaune

Incolore

Incolore

Jaune

JauneIncolore

Incolore

Jaune

JauneJaune

Orange

Bleu-violetBleuJauneBleuRougeJaune

Bleu

Rouge

Bleu

Brun orangé

Brun orangéBrun orangé

Rouge orangé


Annexe 6/Annexe 7 274

Annexe 6

Humidité relative (pourcentage)

Températuredu réservoir

sec (°C)

« Dépression » du réservoir mouillé[différence (en °C) entre les deux thermomètres]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 1 4 1 6 1 8 20

50 94 89 84 79 74 70 65 61 57 53 46 40 33 28 2245 94 88 83 78 73 68 63 59 55 51 42 35 28 22 1640 93 88 82 77 71 65 61 56 52 47 38 31 23 16 1035 93 87 80 75 68 62 57 52 47 42 33 24 16 830 92 86 78 72 65 59 53 47 41 36 26 16 825 91 84 76 69 61 54 47 41 35 29 17 620 90 81 73 64 56 47 40 32 26 18 515 89 79 68 59 49 39 30 21 12 410 87 75 62 51 38 27 17 5

Annexe 7

Correspondance entre températures selon différentes échelles

Kelvin Celsius Fahrenheit

Zéro absoluZéro FahrenheitPoint de fusion de la glacePoint d’ébullition de l’eau(sous pression normale)

0o K - 273° C - 459° F255° K - 1 8 ° C 0° F273° K 0° c 32° F373° K 100° c 212° F


Annexe 8 276

Annexe 8


277 Annexe 8

Note. Ces tables ont été établies de telle manière que le chiffre d’un logarithme donné ne diffère jamais de plus d’une unité par excèsou par défaut, de la meilleure approximation à 4 chiffres. Par exemple, si le logarithme donné est 0,5014, la meilleure approximation à4 chiffres est comprise entre 0,5013 et 0.5015. L’usage d’une table de différences uniforme ne permet pas une plus grande précision.

Le copyright de la partie de table ci-dessus où figurent les logarithmes de nombres compris entre 1 000 et 2 000 appartient à Macmillanand CO. Ltd. qui ont bien voulu. toutefois, autoriser la reproduction dans tout tirage à part publié à des fins éducatives


Annexe 9 278

Annexe 9 10 10

9 9

8 8

7 7

6 6

5 5

4 4

3 3

2 2

1


279 Annexe 9


Annexe 10 280

Annexe 10

Appellations latines et françaises des constellations

Appellationlatine

Appellationfrançaise

Appellationlatine


AndromedaAntliaApusAquariusAquilaA raArgo

PuppisVelaCarina

AriesAurigaBootesCaelumCamelopardusCancerCanes venaticiCanis majorCanis minorCapricornusCassiopeiaCentaurusCepheusCetusChamaeleonCircinusColumbaComa BerenicesCorona australisCorona borealisCorvusCraterCruxCygnusDelphinusDoradoDracoEquuleusEridanus

A n d r o m è d eMachine pneumatiqueOiseau de ParadisVerseauAigleAutelNavire

PoupeVoilesCarène

BélierCocherBouvierBurinGirafeCancerChiens de chasseGrand ChienPetit ChienCapricorneCassiopéeCentaureCéphéeBaleineCaméléonCompasColombeChevelure de BéréniceCouronne australeCouronne boréaleCorbeauCoupeCroix du sudCygneDauphinDoradeDragonPetit ChevalÉridan

FornaxCeminiGrusHerculesHorologiumHydraHydrusIndusLacertaLeoLeo minorLepusLibraLupusLynxLyraMensaMicroscopiumMonocerosMuscaNormaOctansOphiuchusOrionPavoPegasusPerseusPhœnixPictorPiscesPisics austrinusPyxisReticulumSagittaSagittariusScorpiusSculptorScutum (Sobiesi)Serpens

FourneauGémeauxGrueHerculeHorlogeHydre femelleHydre mâleOiseau indienLézardLionPetit LionLièvreBalanceLoupLynxLyreTableMicroscopeLicorneMoucheRègleOctantOphiuchusOrionPaonPégasePerséePhénixPeintrePoissonsPoisson australBoussoleRéticuleFlècheSagittaireScorpionSculpteurÉcu (de Sobieski)Serpent


281 Annexe 10

Appellationlatine


Appellationlatine


SextansTaurusTelescopiumTriangulumTriangulum australeTucana

SextantTaureauTélescopeTriangleTriangle australToucan

Ursa majorUrsa minorVirgoVolansVulpecula

Grande OursePetite OurseViergePoisson VolantRenard


Index

Acétate de plomb, 2.69BAcétone :

conductivité, 2.60Bpoint d’ébullition, 2.6solvant pour expériences de chromatographie, 2.24solvant pour indicateurs, 2.43

Achernar, 4.76B, 4.78BAcide chlorhydrique :

diffusion de l’ammoniac et du chlorured’hydrogène, 2.54

eau régale, 1.39emploi pour l’essai des minéraux, 4.13, 4.55emploi pour l’étude des déplacements d’ions, 2.89emploi pour la préparation de : dioxyde de carbone,

2.91 ; hydrogène, 2.33; résine formaldéhyde-résorcinol, 2.102; soufre (à partir d’hyposulfitede sodium), 2.92-93

préparation, 2.36propriétés, 2.36solution diluée, 1.36

Acide sulfurique :accumulateur, 1.38chaleur dégagée par la dilution de l’acide concentré,

1.36, 2.80Célectrolyse de l’eau, 2.36préparation de résine, 2.10préparation d’hydrogène, 2.34, 2.36, 2.76

Acides :acétique, 1.36, 2.100chlorhydrique, 1.36, 1.39, 2.33, 2.36, 2.54, 2.89,

2.91-93, 2.102, 4.13, 4.55lactique, 2.39nitrique, 1.36, 1.39stéarique, 2.2sulfurique, 1.36, 1.38, 2.34, 2.36, 2.69, 2.76, 2.80C,

2.101tannique, 1.71dilués, 1.36acidité des sols, 4.47

eau régale, 1.39Acier, 2.64Action et réaction, 2.249-251, 4.102-104Aimants, voir : Magnétism eAir :

l’air froid plus lourd que l’air chaud, 4.118condensation de l’humidité de l’air, 4.131-132courants de convection dans l’air, 2.127-128,

4.119-120dans le sol, 4.43dilatation à la chaleur, 2.110-111, 4.115humidité atmosphérique, 4.112, 4.114, 4.121-126,

4.130-136, 4.140incidence des mouvements de l’air sur l’évapora-

tion, 4.129quantité de poussièreo 4.141

Albireo, 4.91Albumen, 3.52Alcool, 2.6-7, 2.13, 2.24, 4.81Algues, 3.9Alliages :

Alliage de Wood, 153Alliage pour fusibles électriques, 1.53alliages de plomb et d’étain, 2.61appareil servant à comparer la dureté des alliages,

2.62comparaison des points de fusion d’un métal Pur

et de ses alliages, 2.63dureté des alliages, 2.62moule de fonderie, 2.61plaque de métal servant à comparer les points de

fusion des alliages, 2.63variétés d’alliages, 1.53

Altuglas, 2.97Aluminium :

dans la croûte terrestre, 4.4dans les roches ignées, 4.21production de charges d’électricité statique, 2.147réaction au contact d’acides dilués, 2.74


Index 284

Alun, 4.24Amibe, 3.35Amidon, 1.70, 2.95, 3.45AAmmoniac :

diffusion de l’ammoniac, 2.54expérience de la « fontaine », 2.37Bpréparation, 2.37propriétés, 2.37Autilisation pour tirages diazo, 1.10

Amphiboles, 4.17Anacharis, 3.41Ananas, 3.46CAndromède, 4.72Anémomètres, 4.108-109Animaux :

cellules, 3.67cœur d’escargot, 3.62muscles, 3.63os, 3.63oxygène (consommé par de petits animaux), 3.61sang et vaisseaux sanguins, 3.63-65tissus d’une patte de poulet, 3.63

Anthère, 3.53Anthracite, 4.23Apatite, 4.6Apesanteur, 4.105Appareil photographique, 4.90Aquariums, 3.9-10, 4.56, 4.138Arachide, 2.23Araignées, 3.36, 3.38Argenture, 1.68Argile, 4.26, 4.32, 4.36Argon, 4.101Arroseur, 4.104Ascension droite, 4.74Astronomie, 4.65-101Attraction terrestre, 4.104-105. Voir aussi : MécaniqueAvoine, 3.58A, 3.58C, 3.59Azote contenu dans les aliments, 2.98

Bac pour l’étude des ondes à la surface des liquides,2.183-189

Bactéries, 3.66Bain-Marie (boîte à conserves), 1.31Bains de galvanoplastie, 1.61Balances :

de précision à contrepoids, 1.15de précision à fléau et plateaux, 1.16peson à ressort, 1.13romaines, 1.14simples, 1.12

Balançoire à bascule, 2.232

Ballons :illustration du mode de propulsion des fusées,

4.102-103illustration du principe des hydroglisseurs ou

aéroglisseurs, 2.265mesure de la vitesse des vents éloignés du sol,

4.139Bambou, 3.48, 3.56Banc d’optique, 2.219Baromètres :

anéroïde, 2.308(Fortin) à mercure, 2.307mesure de la pression atmosphérique, 4.113,

4.115Bases, 1.37, 2.44, 4.47Bégonia, 3.48Bénédict (liqueur de), 1.54Benzène, 2.7, 2.16, 2.22, 2.26Bételgeuse, 4.74, 4.91Betteraves, 3.46B, 3.48Bichromate d’ammonium, 2.55ABichromate de potassium, 2.10, 2.50B, 2.55BBiotite, 4.16Bleu de bromothymol, 1.55, 3.45CBloc de montage (collection d’insectes), 3.15DBoîte à collection d’insectes. 3.15CBoîte à convection, 2.128, 4.119Boîte à rayons, 2.205-206Boîtes à conserves vibrantes, 2.193Borax, 1.5Boue, 4.52, 4.60Boussole, voir : MagnétismeBoyle (Loi de), 2.316Briques :

briques en plâtre de Paris, 2.67comment éprouver la qualité des briques, 2.65comparaison de la résistance de briques de terre,

d’argile et de sable, 2.65parpaings de ciment, 2.66

Bromoforme, 2.15, 2.27Bromure, 2.68, 2.96Bromure de plomb, 2.60, 2.68Bromure de potassium, 2.68Bronze, 1.53Brucelles de laboratoire, 1.35Brûleur Bunsen, 1.26, 2.1

Cactus, 3.37Cadrans solaires, 4.68-70ACafard, 3.61Cages à animaux, 3.18Cailles, 3.5


Calcaire, 4.22, 4.31, 4.38, 4.40, 4.55Calcite, 4.6, 4.19-20Calcium, 4.4, 4.21Calorie, 2.17, 2.135-136,2.82-83Calorimètre, 1.28Cambium, 3.57Canards, 3.5Canne à sucre, 3.48, 3.56Canopus, 4.76B, 4.78BCapillarité (dans le sol), 4.48, 4.56-57Capricorne, 3.36Carbonate cuivrique, 2.30B, 2.71Carbonate de calcium, 2.38, 4.22Carbonate de sodium, 2.71Carbone :

dans la flamme d’un brûleur, 2.1dépôt de carbone à la suite du chauffage d’aliments,

2.98Aélectrodes, 2.59, 2.68-69, 2.88-90séparation d’un mélange d’étain et de carbone,

2.18Carotène, 2.24ACarottes, 3.46B, 3.47-48Caséine (extraction), 2.100Cassiopée, 4.72, 4.28B, 4.91Catalyseurs, 2.94, 2.97Céleri, 3.60Cellules :

cellules d’algues, 3.66cellules de la face interne de la joue, 3.67chromosomes, 3.69-70chromosomes des glandes salivaires, 3.70cloisons des cellules, 3.68différences entre cellules végétales et cellules

animales, 3.67mitochondrie, 3.71œuf d’autruche, 3.66organismes multicellulaires, 3.66organismes unicellulaires, 3.66organites, 3.70-71protistes, 3.66reproduction, 3.69utilisation du microscope électronique pour l’étude

des cellules, 3.71Centaure, Le (alpha et bêta), 4.76B, 4.78BCercle arctique, 4.70A, 4.98-99Chaleur (Voir aussi : Sources de chaleur) :

action sur des aiguilles d’acier, 2.64action sur des cristaux de sulfate cuivrique, 2.32action sur le cuivre, 2.28Aaction sur le magnésium, 2.28Acalorie, 2.135-136, 2.82-83

chaleur de vaporisation et de liquéfaction, 2.17chaleur massique, 2.17comment recueillir les gaz résultant d’une combus-

tion, 2.29conduction, 2.118-122, 2.132corps dont la masse reste constante quand on

les chauffe, 2.31corps qui perdent du poids quand on les chauffe,

2.30différence entre chaleur et température, 2.103dilatation de l’air, 2.110-111dilatation des liquides, 2.108-109dilatation des solides, 2.106électricité (1’), source de chaleur, 2.160-162énergie calorifique mise en jeu par les réactions

chimiques, 2.80-83expérience de l’oeillet et de la tête de vis, 2.105isolation, 2.117rayonnement, 2.130-134sensation de température, 2.112système bilame, 2.107thermomètres, 2.113-115thermoscope, 2.116transformation d’énergie mécanique en énergie

calorifique, 2.104Chatterton (mastic de), 1.56Chaux sodée, 2.29, 2.99Chert, 4.22Chèvre, La (Capella), 4.76B, 4.91Chlorate de potassium, 2.47Chlorophylle, 2.24, 3.45AChlorure d’ammonium, 2.54, 2.88Chlorure de baryum, 2.58Chlorure de bismuth, 1.40Chlorure de cobalt, 4.140Chlorure de magnésium, 1.50Chlorure de potassium, 2.47Chlorure de sodium, 1.50, 2.12-13, 2.19, 2.22, 2.36,

2.47, 2.50A, 2.51, 2.60B, 2.69, 4.24-25Chlorure de zinc, 1.5Chlorure ferrique, 1.43Chlorure stanneux, 1.52Chromate cuivrique, 2.89Chromate d’argent, 2.71Chromate de potassium, 2.71, 2.89Chromatographie, 2.24Chromosomes, 3.69-70Chute des corps :

billes roulant sur un plan incliné, 2.235chute simultanée de deux billes, 2.234étude des temps de chute libre d’un corps, 2.238trajectoire d’un projectile, 2.239


Index 286

Ciments, colles, masticsciment de Portland, 4.25ciment pour aquarium, 1.56colle inattaquable par les acides, 1.56colle pour celluloïd, 1.56colle pour le fer, 1.56emploi du ciment pour la fabrication de parpaing,

2.66mastic de Chatterton, 1.56mastic de Faraday, 1.56

Cire :conductrice de l’électricité, 2.60mastic de Faraday, 1.56

Citrate double ammoniaco-ferrique, 1.11Citrouille, 3.52Clarke (solution de), 1.57Cocher, Le (Auriga), 4.91Colles, voir : Ciments, colles, masticsColloïdes, 2.52Colophane, 1.5Colpidium, 3.35Communautés :

bactéries, 3.35communauté bien équilibrée, 3.34communauté de sous-bois, 3.39communauté des prés, 3.38communauté du désert, 3.37communauté d’un tronc d’arbre pourri, 3.36communauté vivant en circuit fermé, 3.34évolution d’une communauté, 3.35

Composés minéraux, 4.4Concent ra t ion d’ondes de cha leur rayonnante ,

2.131Condensation de l’eau, 4.121, 4.131-135Conduction (chaleur) :

fil de cuivre enroulé en ressort hélicoïdal, 2.120lampe Davy, 2.119métaux en tant que conducteurs, 2.120-122toile métallique, 2.118

Conductivité :circuit expérimental, 2.59électrodes, 2.59liquides conducteurs de l’électricité, 2.60solides conducteurs et non conducteurs de l’élec-

tricité, 2.59A, 2.59B, 2.155Conglomérats, 4.22Constellarium, 4.76Constellations :

Andromède, 4.72Cassiopée, 4.72Centaure, (Le), 4.76B, 4.78BCocher, Le (Auriga), 4.91

Croix du Sud, La (Crux), 4.71, 4.73, 4.77-78BCygne (Le), 4.91Grand Chien, Le (Canis major), 4.73Grande Ourse, La (Ursa major), 4.73Grande Ourse , La (Ursa major ) ou l e Grand

chariot, 4.72, 4.77, 4.78BOrion (le Chasseur), 4.72-74, 4.91Pégase, 4.72Petite Ourse, La (Ursa minor) ou le Petit Chariot,

4.72Photographie des constellations, 4.91

Coquilles, 4.34Corindon, 4.6Corps gras pour la fabrication du savon, 2.79Couleurs :

couleur de la lumière du jour, 2.220couleur des objets opaques, 2.228couleur des objets transparents, 2.227irisations sur une pellicule d’huile, 2.226irisations sur une pellicule savonneuse, 2.225mélange de lumières colorées, 2.230mélange de pigments colorés, 2.229spectre (bande colorée), 2.221transformation des couleurs, 2.231utilisation de la couleur pour l’identification

des minéraux, 4.7-8utilisation de la lumière ultraviolette, 2.224utilisation des rayons infrarouges, 2.223

Couleuvre, 3.38Courant électrique :

circuits simples, 2.159conducteurs, 2.155dispositif simple pour mettre en évidence le passage

du courant électrique, 2.163électricité, source de chaleur et de lumière,

2.162fusibles, 2.160-161interrupteurs, 2.152-153lampe torche, 2.154piles montées en parallèle, 2.158piles montées en série, 2.157piles sèches, 2.88, 2.150-151pile simple, 2.148production d’électricité à l’aide d’un citron,

2.149table de montage, 2.156-163

Courants de convection :boîte de démonstration, 2.128, 4.119dans l’air, 2.127-128, 4.119-120dans l’eau, 2.124-126, 2.129température de plus grande densité de l’eau,

2.129


287 Index

Couronne :lunaire, 4.143solaire, 4.96, 4.143

Couveuse, 3.11Crapauds, 3.39Creuset, 2.28Crevettes des marais salants (Artemia), 3.31Criquet, 3.61Cristaux :

clivage des cristaux, 2.51comment obtenir de gros cristaux, 2.49cristallisation du chlorure de sodium, 4.24cristallisation du soufre, 2.48cristallisation du sucre, 4.24croissance des cristaux dans des solutions, 2.49croissance des cristaux dans du naphtalène en

fusion, 2.46estimation de la dimension des particules de

cristaux, 2.56faisceaux de cristaux à exposer, 2.50formation de cristaux dans les minéraux, 4.24formes de cristaux, 2.47piézoélectricité et pyroélectricité, 4.33structure cristalline des minéraux, 4.12

Croix du Sud, La (Crux), 4.71, 4.73, 4.77-78BCuivre :

cylindre de cuivre dans une pile de Daniell 2.85décapant pour la soudure du cuivre, 1.5déplacement du cuivre d’une solution aqueuse

d’ions cuivriques, 2.72, 2.83-84en tant que conducteur de la chaleur, 2.122fil de cuivre enroulé en ressort hélicoïdal, 2.120oxydation dans l’air chauffé, 2.28Aréaction au contact d’acides 3 M, 2.74solution d’ions cuivre, 2.85

Culture de micro-organismes, 3.25, 3.35Culture en terrasse, 4.53Cyclose, 3.66Cygne, Le (constellation), 4.91

Daphnies, 3.10Décapants pour travaux de soudure, 1.5, 1.7Déclinaison, 4.74Densimètre, 1.38, 2.286Densité :

définition, 2.14densité de l’acide sulfurique, 1.38densité des liquides, 2.15, 4.81densité des minéraux, 4.9densité des particules de terre, 4.9, 4.41détermination de la densité d’un solide insoluble

dans l’eau, 2.14

séparation des solides par différences de densité,2.27

Détecteur d’électricité statique, 2.142Détrempe ou recuit de l’acier, 2.64Diamants, 2.27, 4.6Diapason à branches, 2.191Dicotylédones, 3.52A, 3.57, 3.60Diffusion :

ammoniac et chlorure d’hydrogène, 2.54diffusion ascendante du dioxyde de carbone,

2.53liquides, 2.55A

Dilatation :de l’air, 2.110-111, 4.115des liquides, 2.108-109des solides, 2.107

Dioxyde de carbone :diffusion du dioxyde de carbone, 2.53Aemploi pour la cuisine, 2.39préparation, 2.38présence dans les feuilles, 3.45Apropriétés, 2.38réaction du magnésium sur le dioxyde de carbone,

2.77utilisation pour mesurer la quantité d’oxygène

consommé par de petits animaux, 3.61Dioxyde de soufre, 2.75-76Dispositif mettant en évidence le déplacement des

ions, 2.90Distance focale, 1.19, 4.65, 4.66Distillation :

distillation fractionnée, 2.21eau distillée, 1.32séparation par distillation, 2.20

Drosophiles, 3.23Dugesia tigrina, 3.20Durée du jour et de la nuit, 4.99Dureté (des minéraux) :

définition, 4.6échelle des duretés, 4.6essais de dureté, 4.6

Dytique, 3.9

Eau :action de le température, 4.59chaleur de vaporisation, 2.17comment mesurer la quantité d’air dissoute dans

l’eau, 2.25condensation, 4.131-135condensée dans l’air, 4.121-130conduction de la chaleur, 2.123conductivité, 2.60C


Index 288

courants de convection, 2.124-126, 2.129cycle, 4.132-133dans le sol, 4.44-46, 4.48-50, 4.123dans les aliments, 2.98Bdans les plantes, 4.124-125densité maximale, 2.129distillée, 1.32, 4.141eaux souterraines, 4.56-57éclaboussures, 4.52emploi pour mettre en évidence la pression atmos-

phérique, 4.117érosion, 4.50B, 4.53, 4.62évaporation, 4.56, 4.114, 4.122-123, 4.127-130gel, 2.129, 4.59, 4.143humidité atmosphérique, 4.112, 4.114, 4.121-136humidité produite par la respiration, 4.126humidité relative, 4.112-114hygromètre à cheveu, 4.112hygromètre à point de rosée, 4.113-114C, 4.134infiltration, 4.57influence sur les plantes, 4.44minéraux en solution, 4.55neige, 4.136nuages, 4.135, 4.143-144perméabilité du sol, 4.54pluviomètre, 4.46, 4.111, 4.113point d’ébullition, 2.5point de rosée, 4.113-114, 4.134-135pression, voir : Pression des liquidesrôle dans la cristallisation, 2.32séparation d’un mélange d’eau et de benzène,

2.26Eau de chaux, 1.47, 2.98B, 3.42. Voir aussi : Hydro-

xyde de calciumEau de mer, 1.50Eau régale, 1.39Éclat :

définition, 4.5identification des minéraux, 4.5

Éclipses :de lune, 4, 85, 4.95, 4.97de soleil, 4.84, 4.96

Écliptique, 4.74Écosystème, 3.40Écriture à l’envers. 2.204Électricité :

courant électrique, 2.148-163électricité statique, 2.137-147

Électricité statique :détecteur d’électricité statique, 2.142les deux sortes de charges d’électricité statique,

2.146

électrophore (pour la production de plusieurscharges par une même source), 2.147

électroscopes, 2.143-146phénomènes d’attraction et de répulsion, 2.138-

142.production de charges d’électricité statique,

2.137, 2.147Électrolyse :

appareil pour électrolyse, 2.69électrolyse de l’eau, 2.69Aélectrolyse de solutions de sels ioniques, 2.69Bélectrolyse d’un corps fondu, 2.68électrolyse d’une solution aqueuse d’un sel, 2.69

Électromagnétisme :champ magnétique à l’intérieur d’une bobine

droite, 2.179champ magnétique engendré par le passage de

courant dans un fil, 2.178électro-aimant cylindrique, 2.175, 2.177électro-aimant en fer à cheval, 2.176moteur électrique, 2.181production d’électricité au moyen d’un aimant et

d’une bobine, 2.180Électrophore, 2.147Électroscopes, 2.143-146Élevages :

crevettes Artemia, 3.31drosophiles, 3.23levure de bière, 3.26micro-organismes, 3.25, 3.35vers de farine, 3.24

Élévation (angle d’), 4.139Elodea, 3.9, 3.41, 3.45B, 3.66, 3.68Embryon :

dans la graine, 3.52A, 3.52Bde poulet, 3.11-13

Énergie électrique, 2.84-85Énergie mécanique, 2.104Énergie mise en jeu par les réactions chimiques :

accumulateur à lames de plomb, 2.87chaleur d’une réaction de neutralisation, 2.82déplacement d’ions, 2.89-90énergie électrique, 2.84-85pile sèche, 2.88réactions qui absorbent de la chaleur (endother-

miques), 2.81réactions qui dégagent de la chaleur (exothermiques)

2.80, 2.83Engrenages :

d’une bicylette, 2.259élémentaires, 2.260

Entraînement à courroie, 2.258


289 Index

Éperviers, 3.5Épinards, 3.68Éprouvettes (graduées), 1.29Équateur :

céleste, 4.74terrestre, 4.70A, 4.88, 4.94, 4.98-99

Équilibre (expériences sur 1’) :balançoire à bascule, 2.232règle graduée d’un mètre, 2.233

Érosion, 4.50B, 4.53, 4.62Escargots, 3.9, 3.62Étain :

conductivité, 2.60en alliage, 1.53, 2.63extraction d’un mélange d’étain et de carbone, 2.18réaction avec des acides 3 M, 2.74soudures d’étain et de cadmium, d’étain et de

plomb, d’étain et de zinc, 1.4Étaloir pour insectes, 3.15BÉtamine, 3.53État (changement d’) :

transformation de liquides en vapeur, 2.17transformation de solides en liquides, 2.16

Éthanol, 2.17, 2.43, 2.60B, 2.95-96Éthylène (Éthène), 2.96Étoile polaire (Polaris), 4.70A, 4.71-72, 4.74-77Étoiles :

Achernar, 4.76B, 4.78BAlbireo, 4.91alpha et bêta du Centaure, 4.76B, 4.78BBételgeuse, 4.74, 4.91calendrier stellaire, 4.78ACanopus, 4.76B, 4.78Bcartes et diagrammes, 4.71-74, 4.76, 4.78Chèvre, La, 4.76B, 4.91Étoile polaire, 4.70A, 4.71-72, 4.74-77Fomalhaut, 4.76Bhauteur, 4.67horloge stellaire, 4.78Bobservation, 4.65-67orientation, 4.67révolution apparente, 4.71, 4.75, 4.78Rigel. 4.74sigma de l’octant, 4.76BSirius, 4.73trajectoires 4.78, 4.90; en couleur, 4.91Véga, 4.76B, 4.78B

Étuve, 1.33Euglènes, 3.66Évaporation de l’eau :

dépôt du sel à la suite de l’évaporation de l’eau,4.56

évaporation de l’eau du sol, 4.123influence de la surface, 4.127influence de la température, 4.128influence de l’humidité atmosphérique, 4.130influence des mouvements de l’air, 4.129mesure de l’eau « perdue » par évaporation, 4.122psychromètre, 4.114

Évolution saisonnière du ciel, 4.77Expérience de l’oeillet et de la tête de vis, 2.105

Facteurs qui influent sur la vitesse d’une réactionchimique :

catalyseurs, 2.94, 2.97concentration des corps en présence, 2.92dimension des particules, 2.91température, 2.92-93

Faisceaux libéro-ligneux, 3.56, 3.57Faraday (mastic de), 1.56Fehling (liqueur de), 1.62, 2.95Feldspaths, 2.27, 4.6, 4.15, 4.20Fer :

dans les minéraux et les roches, 4.4, 4.21réaction avec des acides dilués, 2.74réaction avec le soufre, 2.70réaction de déplacement du cuivre, 2.83rouille, 2.40-42, 2.318, 4.58

Ferrocyanure de potassium, 1.11Feuille (activité de la) [Voir aussi : Photosynthèse ;Respiration ; Transpiration] :

chlorophylle, 3.44Adégagement de gaz carbonique, 3.45emploi d’eau iodée pour indiquer la présence

d’amidon, 3.44emploi du bleu de bromothymol pour indiquer la

présence de gaz carbonique, 3.45fossiles, 4.34production d’amidon, 3.44Aproduction de sucre, 3.44Bréactif des sucres, 3.44B

Fil à plomb, 4.139Filet de l’étamine, 3.53-54Flamme d’une bougie (étude de la), 2.1DFleurs (dissection), 3.53-55Foliation :

classification des roches, 4.23définition, 4.23fissilité (clivage), 4.23foliation régulière (schistosité), 4.23structure zonée (gneiss), 4.23

Fomalhaut, 4.76BForces :

action et réaction. 2.249-251


force centripète, 2.243-246forces et mouvement, 2.247-248

Formaldéhyde, 2.101-102Foucault (pendule de), 4.87-88Fougères, 3.39Fourmilières, 3.33AFourmis :

alimentation, 3.36capture, 3.33Bcomportement, 3.33C, 3,36dans le sol, 4.63faire pénétrer des fourmis dans un nid, 3.33Cfourmilière en cage d’observation, 3.33fournis servant de nourriture, 3.37piège à insectes, 3.33Breine des fourmis, 3.33B

Frottement (réduction du) :à l’aide de crayons, 2.261à l’aide de roues, 2.262à l’aide de roulements à billes, 2.264à l’aide d’huile, 2.263à l’aide d’un coussin d’air, 2.265

Fusées, 4.102-104Fusibles, 1.53, 2.160-161

Galaxie, 4.71Galène, 2.51Galvanomètre, 2.163Gaz de bois, 2.99Générateur d’hydrogène, 2.34Géranium, 3.48, 3.57Glaise, 4.36, 4.48-49Globe (cadran solaire sphérique), 4.70AGlucose, 3.45BGlycérine, 1.5Gnomon, 4.68-69Graines :

germination, 3.49, 4.44structure, 3.52

Grand Chien, Le (Canis major), 4.73Grande Ourse, La (Ursa major), 4.72, 4.77, 4.78BGraphite, 4.23Graphite (colloïdal), 2.52Gravillons, 4.48Grenouilles, 3.10, 3.39-40, 3.65Grès, 4.22Grillons, 3.14Gypse, 2.67, 4.6

Halo, 4.144Haricots, 3.50, 3.52, 3.55, 3.58A, 3.60Hélice, 2.266

Index 290

Hiboux, 3.5, 3.7Horizon, 4.95Hornblende, 4.20Humidité :

atmosphérique, 4.112, 4.114, 4.121-136relative, 4.112, 4.114

Hydrogène :générateur d’hydrogène, 2.34préparation, 2.33-34, 2.73-74propriétés, 2.33réaction du sodium sur l’eau, 2.73

Hydrogénocarbonate de sodium, 2.11Hydroxyde cuivrique ammoniacal (réactif de

Schweitzer), 1.58Hydroxyde d’ammonium, 1.37, 2.36, 2.47Hydroxyde de calcium, 1.37. Voir aussi : Eau de

chauxHydroxyde de sodium, 1.37, 1.69, 2.73, 2.79, 2.82,

4.112Hydroxyde ferrique, 2.71Hygromètre à point de rosée, 4.113-114, 4.134Hyposulfite (thiosulfate) de sodium, 2.45, 2.92-93

Iguane, 3.37Indicateurs d’acides et de bases :

emploi des extraits végétaux comme indicateursd’acidité ou d’alcalinité, 2.44

extraction de colorants végétaux, 2.43méthyl-orange, 2.78pH, 2.44phénolphtaléine, 2.78tournesol, 2.44

Indicateurs de la vitesse des vents (anémomètres),4.108-109

Indicateurs d’électricité statique :moelle de sureau, 2.143, 2.146papier métallique, 2.144-145

InertieÉtude de l’inertie à l’aide de :deux pendules formés de boîtes à conserves, 2.241d’une pelle, 2.242Bd’une pierre, 2.240d’une pile de livres, 2.242A

Infrarouge, 2.223Insectes :

bocal pour tuer les insectes, 3.15Acage, 3.15Eétaloir, 3.15Bfilet pour la capture, 3.14servant de nourriture, 3.38

Instruments d’observation astronomique :lentilles, 4.65-66


291 Index

lunette astronomique rudimentaire, 1.19, 4.65miroirs, 4.66télescope rudimentaire, 4.66

Interrupteurs, 2.152-153Iodure d’argent, 2.71Iodure de plomb, 2.71Iodure de potassium, 2.60, 2.69, 2.71Ions, 2.69, 2.71, 2.72, 2.83, 2.85, 2.87-90Iris (plante), 3.48Isolation (chaleur), 2.117

Jardin dans un verre à boire, 3.50Jet d’eau (expérience du), 2.37B, 2.314

Kérosène, 2.73Kilocalories dégagées par des réactions chimiques,

2.82-83

Labours selon les courbes de niveau, 4.53Laiton, 1.5, 1.53Laitue, 3.68Lampes :

à alcool, 1.25, 2.1Davy, 2.119torche, 2.154

Latitude, 4.70A, 4.74Lemma minor, 3.9Lentilles :

action des lentilles sur les rayons lumineux, 2.211banc d’optique, 2.219carafe d’eau servant de condenseur, 1.20image donnée par une lentille convexe, 2.217longue-vue, 1.19, 4.65objectif, 1.19-21pouvoir grossissant, 2.218

Leviers, 2.252Levure :

agissant comme catalyseur, 2.95culture, 3.26Aéchantillonnage des populations, 3.27, 3.29levure chimique, emploi pour la cuisine, 2.39levure de boulanger, 3.26reproduction, 3.26B

Lime, 1.2, 1.20Limon, 4.34, 4.60Lois :

de Boyle, 2.316de Newton, 4.102, 4.105

Longitude, 4.70C, 4.74Loupe (goutte d’eau), 1.17-18Lumière :

banc d’optique, 2.219

boîte à fumée, 2.202-203boîte à rayons, 2.205-206comment « verser » de la lumière, 2.216couleur, 2.225-231écriture à l’envers, 2.204électricité (1’), source de lumière, 2.162expériences à l’aide de réseaux de diffraction, 2.222lentilles, 1.19-20, 2.211, 2.217-219, 4.65lumière ultraviolette, 2.224‘miroir concave, 2.207miroir convexe, 2.208prisme, 2.210, 2.220rayons infrarouges, 2.223réflexion, 2.201, 2.203, 2.206-209, 2.212réfraction, 2.204, 2.211, 2.213-215sources lumineuses, 2.199-200spectre, 2.209-210, 2.220-222, 2.225-226, 2.228vitesse de la lumière, 4.73

Lune :comment photographier la trajectoire apparente

de la Lune, 4.90coucher, 4.95couronne, 4.143-144croissant, 4.83éclipse, 4.85, 4.95, 4.97halo, 4.144lever, 4.95orbite, 4.97phases, 4.82-83, 4.95quartiers, 4.95

Lunette de visée rudimentaire, 4.139

Machines :engrenage, 2.259-260entraînement à courroie, 2.258hélice, 2.266leviers, 2.252plans inclinés, 2.252poulies, 2.254-256réduction du frottement, 2.261-265treuil, 2.253

Magnésium :combustion, 2.28Bdans la croûte terrestre, 4.4dans les roches ignées, 4.21déplacement du cuivre d’une solution aqueuse

de sulfate cuivrique, 2.72, 2.80Bréaction sur l’acide chlorhydrique, 2.36C, 2.74réaction sur le dioxyde de carbone, 2.77

Magnétisme :aiguille de boussole rudimentaire, 2.164aimants artificiels, 2.169


Index 292

aimants en suspension libre, 2.167aimants naturels, 2.168bobine d’aimantation, 2.166champs magnétiques, 2.173-174électromagnétisme, 2.175-181fragments d’aimants, 2.172inclinaison magnétique, 2.165magnétisme des minéraux, 4.13pôles magnétiques, 2.171substances magnétiques, 2.170

Maïs, 3.52, 3.56Marbre, 2.38, 2.91, 4.23, 4.31Mars, 4.79Mastics, voir : Ciments, colles, mastic sMécanique :

équilibre, 2.232-233expériences sur la pesanteur, 2.234-235, 2.238-239forces, 2.243, 2.351inertie, 2.240-242machines, 2.252-266pendules, 2.236-237, 2.241

Mécanique des fluides :modèles réduits de roues à eau, 2.278poussée de bas en haut dans les liquides, 2.279-

289pression atmosphérique, 2.301-319, 4.115, 4.117pression de l’eau, 2.267-277tension superficielle, 2.290-300

Mélanges (séparation des), 2.18, 2.20, 2.22, 2.26-27Mercure :

baromètre à mercure, 2.307séparation du mercure et de l’eau, 2.26

Mercure (planète), 4.79Méridien, 4.70A, 4.74Méridien de Greenwich, 4.74Merles, 3.7Météorologie, voir : Air; Eau; Météorologie (tra-

vaux pratiques); VentMétéorologie (travaux pratiques) :

coffret de protection pour appareils, 4.113fabrication d’instruments, 4.107-l14fronts, 4.138, 4.143-144image hygroscopique, 4.140journal météo, 4.137nuages, 4.135, 4.141, 4.143occlusion, 4.138orages, 4.142ouragans, 4.144quantité de poussière dans l’air, 4.141tornades, 4.144

Méthyl-orange, 2.78Mica. 2.51, 4.16, 4.20

Microprojecteur, 1.21-22Microscopes ( Voir aussi : Loupe, 1.17-l8)

composé, 1.22électronique, 3.71simple, 1.17

Minéraux :amorphes, 4.12cassure, 4.10couleur, 4.8cristallins, 4.12définition, 4.3densité, 4.9, 4.41dureté, 4.6éclat, 4.5éléments de la croûte terrestre, 4.4en solution, 4.55essais à l’acide chlorhydrique, 4.13, 4.55essais concernant diverses propriétés, 4.13feldspaths, 4.6, 4.15, 4.20, 4.22légers, 4.9lourds, 4.9magnétisme, 4.13non cristallins, 4.12notes pour l’identification, 4.20opaques, 4.11piézoélectricité et pyroélectricité, 4.33propriétés physiques, 4.5-20quartz, 4.6, 4.14, 4.20, 4.22, 4.30, 4.33, 4.55rupture (clivage et fracture), 4.10structure cristalline, 4.12tourmaline, 4.33trace, 4.7translucides, 4.11transparents, 4.11

Minium, 4.33Miroirs :

concaves, 2.207, 4.66convexes, 2.208

Molarité, voir : Chapitre premierMonocotylédone, 3.52, 3.56, 3.60Moteur électrique rudimentaire, 2.181Mouches :

à viande, 3.70du vinaigre : alimentation, 3.23; élevage, 3.23;

piégeage, 3.32; populations, 3.23, 3.30Moulages en plâtre, 3.5Mousse, 3.39Moutarde (graines de), 3.58-59Mouvements browniens, 2.52Mouvements ondulatoires :

étude des ondes dans un bac : ondes circulaires,2.184; ondes rectilignes simples. 2.185: réflexion


293 Index

sur des obstacles rectilignes et curvilignes,2.186-187; réfraction, 2.188-189

lumière, 2.199-231ondes sonores, 2.190-198propagation des ondes le long d’une corde, 2.182

Muscovite, 4.16Myriophyllum , 3.9

Naphthalène, 2.2-3, 2.16, 2.46, 2.60Navets, 3.46BNéon, 4.101Neptune, 4.28Nessler (réactif de), 1.66Newton (lois de), 4.102, 4.105Nids, 3.6-7Nitrate d’argent, 2.71Nitrate de bismuth, 1.41Nitrate de plomb, 2.71Nitrate de potassium, 2.47, 2.81Nitrate mercureux, 1.49Noir mat, 1.59Nuages :

altitude des nuages, 4.143altostratus, 4.143-144brouillard, 4.143-144cirrocumulus, 4.143-144cirrostratus, 4.143-144cirrus, 4.143-144cumulonimbus, 4.143-144nimbostratus, 4.143-144 lnuage dans une bouteille, 4.135stratocumulus, 4.143-144stratus, 4.143-144

Occlusion de fronts chauds et froids, 4.138Octant, L’ (sigma), 4.76BOignons, 3.58A, 3.58C, 3.59Oiseaux :

construction de nids, 3.7moulages en plâtre d’empreintes de pattes, 3.5nidification, 3.6nourriture, 3.8types de becs, 3.4types de pattes, 3.5

Olivine, 4.18Orages, 4.142Orbite :

de la Lune, 4.97terrestre, 4.97-99, 4.105

Oreille, 2.197Orion (le Chasseur), 4.72-74, 4.91Orthose, 4.15

Osmose, 3.47Ouragans, 4.114Ovaire de la fleur, 3.53-55Oxydation :

oxyde de fer, 2.42, 2.318, 4.58peroxyde d’hydrogène, 2.76Bsoudures, 1.6

Oxyde de cuivre II, 2.94Oxyde de fer, 2.40-42, 2.318, 4.22, 4.58Oxyde de manganèse IV, 2.35, 2.88, 2.94Oxyde de nickel, 2.94Oxyde de zinc, 2.31, 2.94Oxygène :

dans la croûte terrestre, 4.4oxydation, 1.6, 2.42, 2.76B, 2.318, 4.58préparation, 2.35A, 2.94propriétés, 2.35Brespiration des animaux, 3.61respiration des feuilles, 3.41solution absorbante pour l’oxygène, 1.67

Paille (chalumeau), 1.15, 2.306, 4.48, 4.67Papier sensible à la chaleur, 1.64Paraffine, 2.122Paramécie, 3.35Particules colloïdales, 2.58Patate douce, 3.46APégase, 4.72Pélican, 3.5Pendules :

pendule de Foucault, 4.48, 4.88pendule simple, 2.236pendules couplés, 2.237

Période de rotation du Soleil, 4.86Permanganate de potassium, 2.30A, 2.55B, 2.56,

2.76, 2.90, 2.96, 2.124Perméabilité du sol, 4.54Peroxyde d’hydrogène, 2.35, 2.76, 2.94Peson à ressort, 1.13Petite Ourse, La (Ursa minor). 4.72Petits pois, 3.52, 3.55Pétrole brut, 2.21Phases de la Lune, 4.82-83Phénolphthaléine, 2.78Photographie :

constellations, 4.92satellites, 4.93trajectoire apparente de la Lune, 4.90trajectoire apparente du Soleil, 4.90trajectoire des étoiles, 4.90

Phothosynthèse, 3.41Phryganes, 3.9


Index 294

Pic (oiseau), 3.5Piège pour petits oiseaux et reptiles, 3.18Piézoélectricité, 4.33Piles :

Daniell, 2.85sèche, 2.88, 2.150-151

Pince crocodile, 2.60, 2.156Pince pour tubes à essai, 1.34Pistil, 3.53-54Plagioclase, 4.15Plan incliné, 2.257A

cric, 2.257Cpas de vis, 2.257B

Planaires :capture et nourriture, 3.20comportement, 3.21régénération, 3.22

Planètes, 4.79Plantes (voir aussi : Feuille) :

action de la lumière, 3.58culture sans sol, 3.46influence de l’eau, 4.44, 4.124-125influence du sol, 4.39-40, 4.44, 4.50B, 4.52, 4.62

Plantes succulentes, 3.37Plantes vasculaires, 3.60Plâtre de Paris, 2.67, 3.5, 4.25, 4.34Plomb :

accumulateur à lames de plomb, 2.87alliages de plomb et d’étain, 2.61-63électrolyse de bromure de plomb fondu, 2.68le plomb fondu, conducteur de l’électricité, 2.60réaction avec des acides dilués, 2.74

Pluie, 4.46, 4.50-53, 4.111, 4.132-133Pluton, 4.79Pluviomètre, 4.46, 4.111, 4.113, 4.132-133Poids, 4.105Poids et pression, 2.267Point de rosée, 4.134Points d’ébullition (détermination des) :

eau, 2.5incidence de la pression sur le point d’ébullition,

2.8liquides inflammables, 2.6mélange de deux liquides, 2.7

Points de fusion :acide stéarique, 2.2influence des impuretés, 2.4naphtalène, 2.2-3

Poisson, 3.65Pôles :

céleste nord, 4.71céleste sud, 4.71

nord, 4.70Csud, 4.70C

Pollen (germination du), 3.51, 3.54-55Polymérisation de molécules :

extraction de la caséine du lait, 2.100résine formaldéhyde résorcinol, 2.102résine urée-formaldéhyde, 2.101

Pomme, 3.55Pomme de terre, 3.45, 3.47-48, 3.58BPompe :

aspirante, 2.311à vide, 2.196de bicyclette, 2.309foulante, 2.312

Pont salin, 2.85Populations :

crevettes des marais salants (Artemia), 3.31levure, 3.26mouches du vinaigre, 3.30populations humaines, 3.29représentation graphique des variations de

population, 3.28Porphyres, 4.21Potentiels d’électrodes (classement selon les), 2.86Potomètre, 3.43Poulie :

fixe, 2.255mobile, 2.256rudimentaire, 2.254

Poussée, 2.305, 4.104, 4.117Poussée de bas en haut dans les liquides :

bougie flottante, 2.283comment faire un densimètre avec une paille,

2.286comment un sous-marin plonge et fait surface,

2.288corps flottants, 2.282corps plongés dans un liquide, 2.281flottabilité dans des liquides différents, 2.287flottabilité de diverses essences de bois, 2.284ludion, 2.280œuf flottant, 2.285pourquoi un corps flotte ou coule, 2.289poussée d’Archimède, 2.279

Pouvoir calorifique d’un combustible, 2.136Pression :

effet sur les minéraux, 4.33pression de liquides différents, 2.270pression et force, 2.267

Pression atmosphérique :l’air a une masse, 2.304, 4.116l’air exerce une pression, 2.301-319, 4.115, 4.117


295 Index

l’air tient de la place, 2.303baromètre à mercure simplifié, 2.307baromètre anéroïde, 2.308élever de l’eau grâce à la pression atmosphérique,

2.315étude de la pression de l’air à l’aide de seringues,

2.301expériences sur l’écoulement de l’air, 2.319jet d’eau actionné par un siphon, 2.314mesure de la pression atmosphérique, 2.309-310modèle du fonctionnement des poumons, 2.317oxydation et pression atmosphérique, 2.138pompe aspirante rudimentaire, 2.311pompe foulante faite avec des tubes à essai, 2.312présence de l’air, 2.302relation entre le volume et la pression de l’air

(loi de Boyle), 2.316siphon simplifié, 2.313utilisation de la pression de l’air pour enfoncer

une paille dans une pomme de terre, 2.306Pression des liquides :

comment faire constater la poussée, 4.104Al’eau n’est pas compressible, 2.275les liquides exercent des pressions, 2.268modèle réduit d’ascenseur hydraulique, 2.276modèle réduit de bélier hydraulique, 2.277pression de l’eau dans un récipient large, 2.271la pression de l’eau est la même dans toutes les

directions, 2.272la pression de l’eau peut soulever de lourdes

charges, 2.274la pression de l’eau varie selon la profondeur,

2.269variation de la pression selon la nature du liquide,

2.270vases communicants, 2.273

Prisme, 2.110, 2.220Projecteur, 1.20Propulsion (action et réaction), 2.249-251, 4.102-

104Protozoaire, 3.35, 3.66Psychromètre, 4.114A, 4.114B, 4.134Pyroxènes, 4.17

Quartz, 2.27, 4.6, 4.14, 4.22, 4.30, 4.33, 4.55Quartzite, 4.23, 4.40

Racines (croissance), 3.48-50Radis, 3.48, 3.58A, 3.58C, 3.59ARayonnement (chaleur) :

concentration des ondes de chaleur, 2.131influence de la nature des surfaces, 2.134

passage de la chaleur rayonnante dans du verre,2.133

Réactifs :liqueur de Bénédict, 1.54liqueur de Fehling, 1.62, 2.95réactif de Nessler, 1.66réactif de Schweitzer, 1.58

Réaction et action, 2.249-251, 4.102-104Réactions entre des ions en solutions aqueuses, 2.71Réceptacle, 3.53-54Réchauds :

à charbon de bois, 1.24à p ropane , 1 .27

Réduction, 2.76Réflexion :

de la lumière, 2.201, 2.203-204, 2.206-208des ondes de chaleur rayonnante, 2.132

Réfraction de la lumière, 2.209-215Réseaux de diffraction, 2.222Respiration, 3.42, 3.71Revenu de l’acier, 2.64Révolution (apparente), de la voûte céleste, 4.71Rigel, 4.74Roches :

collection, 4.27-28définition, 4.3identification, 4.1, 4.31ignées, 4.18, 4.21, 4.24métamorphiques, 4.23, 4.26observation, 4.1, 4.29préparation pour observation, 4.2sédimentaires, 4.18, 4.22, 4.25texture, 4.21

Roches ignées :artificielles, 4.24basalte, 4.40constituants principaux, 4.21extrusives, 4.21formation, 4.21intrusives, 4.21porphyres, 4.21texture, 4.21

Roches métamorphiques :ardoise, 4.23artificielles, 4.26classification, 4.23foliation, 4.23gneiss, 4.23marbre, 4.23, 4.31quartzite, 4.23, 4.40schiste, 4.23, 4.40texture, 4.23


Index 296

Roches sédimentaires :agents de cimentation, 4.22argile, 4.26, 4.32, 4.48-49, 4.55, 4.60artificielles, 4.25calcaires, 4.22, 4.31, 4.38, 4.40, 4.55chert, 4.22clastiques, 4.22conglomérats, 4.22fossiles, 4.34grès, 4.22limon, 4.34, 4.60précipités, 4.22schiste, 4.22, 4.38tri des sédiments, 4.32

Roses, 3.55Rotation des cultures, 4.53Roue à aubes, 2.278Rouille, 2.40-42.Rupture de grosses molécules :

de l’amidon au sucre, 2.95de l’éthanol à l’éthylène, 2.96éléments couramment contenus dans les aliments,

2.98obtention d’un combustible gazeux à partir du

bois, 2.99rupture d’un polymère en petites molécules, 2.97

Sable, 2.22, 4.22, 4.30, 4.36, 4.48-49, 4.64Saisons, 4.70, 4.98Salamandres, 3.39Satellites (lanceur de), 4.106Saturne, 4.79Saule, 3.48, 3.57Savon (fabrication du), 2.79Schiste, 4.22, 4.38Schweitzer (réactif de), 1.58Sépales, 3.53-54Séparation de substances :

chromatographie, 2.24distillation, 2.20distillation fractionnée, 2.21extraction d’huile, 2.23gaz dissous dans l’eau, 2.25séparation de deux liquides non miscibles, 2.26séparation de deux solides par différences de den-

sité, 2.27séparation du sel et du sable, 2.22séparation d’un mélange d’étain et de carbone,

2.18sublimation, 2.19

Seringues, 2.33, 2.301, 2.311Serpentine, 4.23

Silice, voir : SableSiphon, 2.313-314Sirius, 4.73Sodium :

élément, 4.4réaction sur l’eau, 2.73

Soleil :angle d’incidence des rayons solaires, 4.100changements de positions selon les saisons, 4.89couronne, 4.96, 4.143durée du jour, 4.70, 4.99éclipse du soleil, 4.84, 4.96emploi du spectroscope pour déterminer la compo-

sition du Soleil, 4.101halo, 4.144période de rotation du Soleil, 4.86, 4.94photographie de la trajectoire apparente du Soleil,

4.90système solaire, 4.79taches solaires, 4.86

Sols :acides, 4.47action de la pluie, 4.50-53action du vent, 4.64air dans le sol, 4.43basiques, 4.47capillarité, 4.48, 4.56-57culture en terrasse, 4.53densité, 4.9, 4.41différences entre les particules de terre, 4.41eau, 4.44-46, 4.48-49, 4.52-57, 4.59eaux souterraines, 4.56-57entonnoir pour recueillir les organismes du sol,

3.16érosion, 4.53, 4.62étude des labours selon les courbes de niveau,

4,53fertilité, 4.44formation, 4.37-38horizons, 4.61influence des organismes vivants, 4.63influence sur la croissance des végétaux, 4.39nutrition des plantes, 4.40perméabilité, 4.54prélèvement d’échantillons, 4.42, 4.54profil, 4.61rotation des cultures, 4.53sol superficiel, 4.44, 4.61sous-sol, 4.44, 4.61tarière, 4.42types, 4.36

Solutions :


297 Index

de moralité déterminée, voir : Chapitre premierinfluence de la grosseur des particules, 2.12influence de la température, 2.10minéraux en solution dans le sol, 4.55-56solubilité à une température déterminée, 2.11solubilité des sels, 2.9solutions saturées, 2.10solvants, 2.13

Son :boîte à conserves vibrante, 2.193comment voir et sentir les vibrations dues aux ondes

sonores, 2.192formes des ondes sonores, 2.190matériaux qui absorbent le son, 2.195oreille, 2.197propagation à travers le bois, 2.194tracé donné par un diapason à branches, 2.191voix, 2.198

Soude caustique, voir : Hydroxyde de sodiumSoudure :

connexions électriques, 1.7décapants, 1.5fer à souder, 1.5lampe à souder, 1.8méthodes, 1.6soudures, 1.4

Soufre, 2.48, 2.60 :réaction du soufre et du cuivre, 2.70réaction du soufre et du fer, 2.70réaction du soufre et du zinc, 2.70

Sources de chaleur :brûleur à bougies, 1.23brûleur au gaz propane, 1.26-27brûleur Bunsen, 1.26, 2.1lampe à alcool, 1.25, 2.1réchaud à charbon de bois, 1.24

Spectre (lumière), 2.209-210, 2.220-222, 2.225-226,2.228, 4.101

Spectroscope, 4.101Sphère céleste, 4.71, 4.74, 4.90Stigmate, 3.53Structure atomique des minéraux, 4.12Style, 3.53Styloniche, 3.35Sublimation, 2.19Sucre, 2.39, 2.60B, 2.95, 4.24

production par les plantes, 3.44B, 3.51Suif, 1.5Sulfate cuivrique, 1.42, 2.12, 2.32-33, 2.47, 2.69,

2.71-72, 2.80, 2.83-86, 2.89, 3.46B, 3.47-48Sulfate de calcium, 2.67

Sulfate de magnésium, 1.50Sulfate de potassium, 1.50, 2.11Sulfate de sodium, 2.47, 2.87Sulfate de zinc, 2.33-34, 2.69, 2.74, 2.83, 2.85Sulfate double ammoniaco-ferreux, 1.45Sulfate ferreux, 1.46Sulfate ferrique, 1.44, 4.58Sulfure de sodium, 1.51Sulfure ferreux, 2.70Suspension de particules, 2.58Système bilame, 2.107Système solaire, 4.79Systèmes de référence, 4.015

Table de montage, 2.156-163Tableaux psychrométriques, 4.112, 4.114Talc, 4.6, 4.23Teinture, 1.60Teinture d’iode, 1.65, 2.13, 2.19, 2.95Température :

influence sur : l’eau, 2.129, 4.59; les plantes, 4.44;l’évaporation de l’eau, 4.128, 4.135

journal météo, 4.137pyroélectricité, 4.33sensation de température, 2.112température des fronts, 4.138

Temps, 4.68-70, 4.78, 4.89B, 4.94Temps moyen local, 4.94Tension superficielle :

action du savon sur la tension superficielle, 2.290bulles de savon, 2.298-300comment faire flotter une aiguille, 2.291comment faire flotter une lame de rasoir, 2.292comment remplir un verre plus qu’à ras bord,

2.295comment retenir de l’eau dans un tamis, 2.294comment serrer de l’eau entre les doigts, 2.296comment soulever la surface de l’eau, 2.293propulsion d’un bateau grâce à la tension super-

ficielle, 2.297Térébenthine, 1.5Termites, 3.36Terrarium, 3.36-39Terre :

attraction terrestre, 4.104C, 4.105axe, 4.98cercle arctique, 4.70A, 4.98-99dans le système solaire, 4.79durées différentes du jour et de la nuit, 4.99éléments de la croûte terrestre, 4.4équateur, 4.70A, 4.88, 4.94, 4.98-99


Index 298

influence de l’angle d’incidence des rayons solairessur la quantité de chaleur et de lumière reçuepar la Terre, 4.100

orbite terrestre, 4.97-99, 4.105rotation, 4.70A, 4.70B, 4.87-88, 4.91, 4.98tropique du Cancer, 4.70A, 4.98-99tropique du Capricorne, 4.99

Têtards, 3.9Tétrachloroéthane, 2.17Tétrachlorure de carbone, 2.13, 2.15, 2.26, 2.49,

2.60BTetrahymena, 3.35Théodolite (astrolabe), 4.67Thermomètres :

principe, 2.113réservoir sec et réservoir mouillé, 4.114température du point de rosée, 4.134thermomètre à alcool, 2.144vérification, 2.115

Thermoscope, 2.116Tige :

croissance, 3.50; action de la lumière, 3.58A,3.58B; action de la pesanteur, 3.59A, 3.59B;action de lumières de couleurs différentes,3.58D

de dicotylédone, 3.57de monocotylédone, 3.56tissus, 3.60

Tirages :diazo, 1.10héliographique, 1.9, 1.l1

Tissus :dissection d’une patte de poulet, 3.63flux sanguin, 3.65muscle, 3.63os, 3.63sang et vaisseaux sanguins, 3.63-65tendons, 3.63tissus de la tige, 3.60

Titrage (des acides et des bases), 2.78Toluène, 2.15, 2.48Tomates, 3.55, 3.57Topaze, 4.6Tornades, 4.144Tourmaline, 4.33Tournesol :

papier, 4.47solution, 1.48

Tournesol (graines de), 3.52Trace d’un minéral, 4.7Tradescantia, 3.68Transformateur, 1.3

Transparence des minéraux, 4.11Transpiration, 3.43Trempe de l’acier, 2.64BTrépied, 1.30Treuil, 2.253Trichloroéthane, 2.17Tritons, 3.10, 3.39Troglodyte (oiseau), 3.7Tropique du Cancer, 4.70A, 4.98-99Tropique du Capricorne, 4.99Tube capillaire :

pour déterminer le point de fusion, 2.3pour déterminer le point d’ébullition, 2.6B

Tube gradué, 4.111

Ultraviolet, 2.224Uranus, 4.79Urée, 2.89

Vaporisation (chaleur de), 2.17Véga, 4.76B, 4.78BVent :

action sur les sols, 4.64anénomètre à déflection, 4.109comment mesurer la vitesse des vents éloignés

du sol, 4.139échelle des vents, 4.137girouette, 4.107, 4.113indicateurs de vitesse (anénomètres), 4.108-109,

4.113tri de particules, 4.64vitesse des ouragans et des tornades, 4.144

Ventilation, 4.119Vénus (Étoile du matin et du soir), 4.79-80Verre :

coupe de tubes de verre, 1.2coupe du verre, 1.1, 1.2coupe-verre à résistance électrique, 1.3double épaisseur, 1.1glace, 1.1laine de verre, 1.28passage des bords à la flamme, 1.2simple épaisseur, 1.1verre de sécurité, 1.1

Vers de farine, 3.24, 3.61Vers de terre :

alimentation, 3.32comment conserver des vers de terre vivants, 3.32rôle dans l’aération du sol, 4.63servant de nourriture, 3.38

Vide, 2.196Voie lactée, 4.71, 4.73


299 Index

Voix (émission de la), 2.198Vorticelle, 3.35

Wood (alliage de), 1.53

Xylène, 2.48

Zénith, 4.74Zinc :

décapant pour souder le zinc, 1.5électrode dans une pile, 2.84-85, 2.88, 2.150emploi dans les réactions de déplacement du cuivre,

2.83préparation de l’hydrogène, 2.33-34, 2.74


[A. 36] ED. 76/XX. 12/F


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