Imaginez : la pluie tambourine sur les fenêtres et les enfants cherchent à s’occuper. Vous leur proposez des expériences scientifiques avec de l’eau parce que vous en avez au robinet et que vous n’avez pas envie de sortir pour dénicher du bicarbonate de soude ou du colorant alimentaire.   

Ici, aucun risque qu’un ingrédient vous manque. De l’eau, de l’huile, du sucre et c’est parti ! Vous n’avez pas de sucre en poudre ? La farine ou la maïzena arrive à la rescousse !

Les expériences sont adaptables en fonction de l’âge de l’enfant et du temps dont vous disposez. Faire des expériences scientifiques présente deux intérêts :
– S’amuser en manipulant et en observant un phénomène physique ou chimique.
– S’intéresser aux sciences en apprenant la démarche expérimentale. C’est-à-dire que l’enfant trouve lui-même le protocole à mettre en place en fonction de la question de départ. Ainsi, il n’est pas passif et il entraine son esprit de déduction. Cela peut se faire dès le plus jeune âge avec des expériences toutes simples et peu de matériel.

Le parent pose une question (le problème à résoudre) avant de sortir le matériel. Ceci, afin que les petits Sherlock réfléchissent sans tenter de deviner (le contraire de la réflexion !) en fonction de ce qu’ils ont sous les yeux. La plupart aiment aussi faire des croquis. 

Une expérience facile et rapide pour les 4-6 ans.

La question posée : comment savoir si l’huile est plus légère ou plus lourde que l’eau ?
Réponse : mettre les deux liquides dans une bouteille fermée et secouer (ou la retourner). Observer ensuite où chaque liquide se positionne.

En pratique : remplir une bouteille de ½ L au 3/4 d’eau. Puis compléter en versant franchement l’huile. On voit déjà qu’elle tombe dans l’eau et remonte aussitôt. Boucher la bouteille et secouer vigoureusement.

Résultat observable : En secouant très fort, on voit des bulles d’eau et des bulles d’huile qui sont mélangées mais l’eau et l’huile ne forment pas un seul liquide uniforme. Puis les bulles d’huile remontent et forment un liquide uniforme d’huile au-dessus de l’eau.

 Conclusion :
– L’huile et l’eau ne se mélangent pas (on dit qu’ils sont non miscibles).
– Puisque l’huile remonte toujours au-dessus de l’eau, on peut en conclure que l’huile est plus légère que l’eau (on affinera cette notion avec les expériences suivantes).

Des expériences scientifiques pour les 6-12 ans (et bien plus).

Pendant que le petit dernier secoue sa bouteille, le grand va plus loin.

La question posée : comment faire descendre l’huile au fond de la bouteille d’eau sans la secouer (ni la toucher)? On précisera que le but est de faire descendre l’huile mais pas forcément de la maintenir au fond.

Réponse : en ajoutant un ingrédient qui descendra en entraînant l’huile avec lui. On va tester avec du sucre puis, pour faire durer le plaisir, on testera avec de la farine, de la maïzena…

En pratique : découper le haut d’une bouteille plastique de 1,5 L (avec de gros ciseaux, même si la bouteille se déforme un peu en la coupant, il est facile de la remettre droite). La remplir au ¾ d’eau et ajouter 5 cm d’huile.
Sur la photo on voit que nous avons aussi testé avec de l’eau colorée dans une petite bouteille. En fait, il me restait des déchets d’épinards frais qui ont servis à la fabrication de colorant. Le vert est plus marqué lorsqu’on prend quelques feuilles entières, mais elles étaient déjà dans nos ventres ! Il suffit de les broyer avec 2 cuillères à café d’eau chaude et de filtrer.

Poursuivons notre expérience huile/eau/sucre :

Quand l’huile s’immobilise, on ajoute, en pluie, une cuillère de sucre en poudre.

Résultat observable : Les molécules de sucre descendent doucement et s’accumulent au fond. Au bout d’un moment, des bulles remontent. Ce phénomène est bien visible dans l’eau transparente. Par contre, dans la petite bouteille d’eau colorée, on voit mal les bulles (si vous tentez l’eau colorée, dites-moi si vous confirmez cela).

Conclusion : Les bulles descendantes sont constituées de sucre entouré d’une fine couche d’huile. Arrivé tout en bas, le sucre fond. L’huile se retrouve seule et remonte.    

Pour réaliser de belles bulles d’huile.

Mettre du sucre, et encore du sucre, puis de la maïzena (je pense que ça marche aussi bien avec de la farine, mais j’avais de la maïzena périmée à écouler !). Du coup, le fond ressemble un peu à du gloubiboulga, ce qui piège plus longtemps l’huile qui remonte alors par grosse goutte s’allongeant avant de remonter (on le voit bien sur la photo). On a fabriqué des mini volcans expulsant de l’huile !

Attention de rajouter la farine par petite quantité pour avoir de grosses bulles qui remontent sans trop opacifier l’eau.
On commence toujours par le sucre car la farine (ou la maïzena) va légèrement opacifier l’eau. Mais en fin d’expérience on peut tester ce qu’on veut.

Une expérience peut en cacher plusieurs autres.

Car l’expérience huile/eau, toute simple, cache des possibilités infinies. Tout d’abord, un enfant (ou un adulte qui n’a pas perdu la faculté de se questionner) pourrait faire remarquer que nous avons mis une quantité d’huile bien plus petite que celle de l’eau. Que se passe t-il avec une quantité identique ou une quantité supérieure ? 

Voici donc trois expériences intéressantes pour affiner nos résultats.

1- Mettre dans un verre 50 g d’huile puis 50 g d’eau 
2- Mettre dans un verre 70 g d’huile puis 30 g d’eau
3- Mettre 5 dl d’huile (et les peser) puis 5 dl d’eau (et les peser).

L’huile est versée en premier, puis l’eau est ajoutée par dessus. Ainsi, dans les trois expériences, on voit bien l’huile remonter aussitôt au-dessus de l’eau. Même les 70 g d’huile passe au dessus des 30 g d’eau. Car la flottaison d’un liquide (ou d’un solide) ne dépend pas uniquement de son poids (en sciences, quand on pèse quelque chose, on parle de masse, mais gardons le terme de poids). Ce qui compte, c’est le poids dans un volume identique. Et la troisième expérience nous montre que pour un volume identique (5 décilitres) l’eau pèse 50 g alors que l’huile ne pèse que 45 g. Pour un même volume, l’eau est donc plus lourde. En physique, on dit que l’eau est plus dense que l’huile.

La densité est le poids dans un volume donné. 
L’eau douce a une densité d’environ 1000kg/m3.  
L’huile a une densité d’environ 900kg/m3.

Tout le monde connaît la blague « Tu préfères porter un kilo de plomb ou 1 kg de plumes? » Le poids est le même, mais le kilo de plumes sera très encombrant ! Si la blague était « Tu préfères porter un oreiller rempli de plumes ou le même oreiller rempli de plomb? » elle ne serait pas drôle parce que tout le monde sait que l’oreiller de plumes est moins lourd.  

Dis maman/papa, pourquoi je flotte alors que je suis plus lourd(e) que l’eau ? 

Comme un parent averti en vaut deux, voici de quoi étayer votre réponse. 

On vient de voir que la flottaison d’un corps (que ce soit un humain, un insecte ou un paquebot) dépend de sa densité. 
Dans 1 m³ d’eau, il n’y a pas d’air. Or, le corps humain n’est pas compact et contient de l’air. Par exemple, l’intérieur de nos poumons, de la bouche, des oreilles, de l’estomac, etc… Tout comme un paquebot a des soutes, des cabines, etc, constituées d’air, ce qui diminue considérablement la densité. De plus, tout corps humain possède de la graisse qui est moins dense que l’eau. Et si le corps est allongé à l’horizontal (quand on fait la planche), avec une profondeur d’eau suffisante, la poussée vers le bas exercée par le corps (due à la pesanteur) est équivalente à la poussée vers le haut exercée par l’eau (appelée poussée d’Archimède). Ainsi, le corps humain ou un paquebot peuvent flotter.

Pour finir, une expérience à faire dans une piscine.

Oui, bon là, vous n’avez peut-être pas le matériel sous la main ! Faire « la planche » en gonflant les poumons au maximum, puis en expulsant tout l’air. On réalise très bien qu’il est beaucoup plus facile de « faire la planche ou l’étoile de mer » en gonflant nos poumons. Ce qui est logique car plus il y a d’air dans notre corps, plus notre densité diminue.  

INFO + 
L’ajout de sel augmente la densité de l’eau.
Une baisse de température augmente la densité de l’eau.

Conclusion de nos expériences du jour : vive la mer du nord pour réussir de belles étoiles de mer ! 

Pensez-vous tester cette expérience avec vos enfants ? Je parle bien évidemment des bouteilles huile/eau et non de l’étoile de mer en mer du nord 😉 Quoi que !
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Delphine