Sciences en famille

Tout à commencé par un petit tweet de @docmarmottine qui cherchait de quoi organiser un anniversaire « expérimental » pour son Huitans:

Moi, les sciences, on va dire que je suis tombée dans la marmite quand j’étais bébé. Oui, comme ça.

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Donc voilà, j’avais deux trois idées pour @docmarmottine (et ce, d’autant plus que 1) j’ai fais des piges quelques temps au début de mes études pour un mag scientifique pour enfant et que 2) j’ai une marmaille nombreuse et exigeante friande d’activités adaptées aux jours de pluie). Et comme vous avez eu l’air de les trouver marrantes, je vous ai promis une petite récap’, en un peu plus développée que les 140 caractères réglementaires. La liste étant forcément partielle, vous êtes les bienvenu-e-s si le coeur vous dit de la compléter par vos suggestions.

Les trucs qu’on peut faire à la maison sans matériel spécifique

  • Patauger avec un fluide non-newtonien

Quand on mélange de la maïzena avec de l’eau, on obtient ce qu’on appelle un fluide non newtonien. En réalité, c’est un mot compliqué pour dire que le fluide va se comporter différemment selon sa vitesse de déformation: si on le manipule vivement, il se comportera comme un solide, alors que si on le manipule lentement, il coulera comme un liquide. Cette vidéo vous montre plus précisément comment faire et le résultat qu’on peut en attendre. La première fois que j’ai tenté l’expérience, je suis restée à 29 ans comme une môme pendant des heures à piocher avec entrain des cuillerées d’une pâte compacte s’écoulant en un liquide filant.

  • Décolorer la bétadine à l’eau de javel

Comme vous savez, la bétadine, le désinfectant qu’on vous file à l’hôpital, est d’une couleur brune très soutenue. La bonne nouvelle est que, contrairement à l’éosine (pour ceux qui sont nés au XXème siècle) qui est une vraie plaie à détacher, la bétadine se décolore assez facilement. La raison en est que la couleur de la bétadine est dûe à l’iode qu’elle contient sous forme de diiode (deux atomes d’iode), une association qui n’est pas stable en milieu basique (l’inverse de l’acide, c’est à dire quand le pH augmente).

On le voit sur ce qu’on appelle un diagramme potentiel/pH:

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Sur l’axe horizontal, on lit le pH, qui est considéré comme basique s’il est supérieur à 7.  On va laisser de côté pour aujourd’hui l’axe vertical qui représente l’environnement plus ou moins oxydant. Sur ce diagramme, on voit les différentes formes que peut prendre l’iode dans l’eau, à savoir: I2, IO3- et I- (pardon aux chimistes pour mes indices écrits n’importe comment). Bref, tout ça pour juste constater qu’en milieu basique, on a soit IO3- soit I- et que ces deux composés sont incolores!

A noter qu’on peut faire d’autres trucs marrants avec la bétadine, comme par exemple, colorer en bleu foncé l’amidon des pommes de terre, l’occasion de montrer aux enfants que oui, y en a, et aussi de faire un petit clin d’oeil à vos TP de SVT au lycée.

  • Faire de la télékinésie avec du poivre et un bout de savon

Prenez une assiette creuse, remplissez-là d’eau, saupoudrez l’eau de poivre. Puis allez chercher un petit bout de savon de Marseille et effleurez la surface de l’eau. Immédiatement, les grains de poivre sont chassés. Ça marche aussi si on trempe son doigt dans un peu de liquide vaisselle. Pour voir ce que ça donne, vous pouvez visionner cette vidéo.

En gros ce qui se passe c’est que quand on trempe un peu de savon dans l’eau, le savon va se dissoudre dans l’eau mais attention, pas n’importe comment! A la façon du savon! Il faut imaginer les molécules de savon comme de petites baguettes de majorette où à une extrémité on trouve un composé qui a tendance à se lier très facilement avec les molécules d’eau, et à l’autre un autre composé qui a beaucoup plus tendance à se lier avec les molécules de gras et donc à repousser les molécules d’eau. Du coup, la position d’équilibre la plus confortable pour ces molécules est de venir s’aligner perpendiculairement à la surface de l’eau, côté hydrophile dans la flotte, et côté hydrophobe dans l’air. Un peu comme ça:

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Mais du coup, le tout petit peu de savon dissous va drôlement s’étaler vu qu’il a besoin de rester en surface… d’où le mouvement net qu’on observe grâce aux grains de poivre.

  • Faire des cocktails marrants en jouant sur la densité des liquides

Vous avez peut être remarqué que lorsqu’on cherche à mélanger du sirop avec de l’eau, il vaut mieux mettre d’abord le sirop et ensuite l’eau. Si on procède en sens inverse, la différence de densité entre le sirop et l’eau (le sirop étant bien plus dense que l’eau) induit que le sirop tombe au fond du verre sans vraiment se mélanger avec l’eau. Du coup c’est pas trop pratique pour déguster son sirop, mais c’est en revanche bien plus esthétique! Surtout si on pris le soin de colorer l’eau dans une teinte qui tranche avec la couleur du sirop. Il est également possible d’ajouter un troisième ingrédient de densité encore différente, comme par exemple… du lait… a priori légèrement plus dense que l’eau (mais mieux vaut faire des essais avant car sa densité varie selon qu’il est entier ou écrémé…). Ou encore de peaufiner l’oeuvre en ajoutant des glaçons (qui flottent donc) optionnellement également colorés ou emprisonnant de petits bouts de fleurs comestibles (rose, violette, souci, etc…).

Les trucs qu’on peut faire avec un peu de matériel peu coûteux et facile à se procurer

  • Électrolyse de l’eau avec deux vis et une pile

Il s’agit de relier chaque borne d’une pile plate (celles qu’on utilisait avant pour les lampes de poche) à une vis un peu longue (il faut donc idéalement un peu de fil électrique). Puis de plonger les deux vis sans qu’elles se touchent dans de l’eau légèrement salée. Le protocole complet a été décrit ici. Une fois les vis plongées dans l’eau, vous allez observer la formation de petites bulles de gaz sur la surface de chaque vis, deux fois plus importante d’un côté que de l’autre.

En fait, la pile a permis d’apporter, sous forme d’énergie électrique, l’énergie nécessaire pour réaliser une réaction qui ne peut pas avoir lieu spontanément à savoir, la séparation de l’eau en ses deux composés que sont: l’hydrogène et l’oxygène (2 H20 = 2H2 + O2). Quand on mélange de l’hydrogène et de l’oxygène, cela produit une réaction un peu explosive qui dégage de la chaleur et forme de l’eau, l’inverse ne peut se produire que si on apporte de l’énergie au système, comme ici. Donc sur une vis, on aura les bulles d’oxygène, et sur l’autre les bulles d’hydrogène (deux fois plus nombreuses donc, conformément à l’égalité que j’ai mis entre parenthèses).

Si on prenait le temps de récupérer les bulles émises à chaque vis au moyen de deux tubes à essai, puis qu’on les approchait de la flamme d’une allumette, on obtiendrait les réactions caractéristiques de ces deux gaz: l’oxygène raviverait une allumette quasiment éteinte, et l’hydrogène en se consumant produirait un petit bruit ressemblant à l’aboiement d’un chien.

Si vous n’êtes pas convaincu-e que cette expérience est de toute beauté, vous pouvez aller voir ça (à partir de 4’48 mais le reste vaut la peine d’être regardé!)

Truc marrant: a priori, on peut remplacer les vis/clous par des mines de graphite, comme on utilise en art plastique, genre ça. L’occasion de vérifier qu’il n’y a pas que les métaux qui sont conducteurs de l’électricité (le graphite, qui est une sorte de charbon très pur, est très utilisé dans l’industrie pour les contacts électriques).

  • « Voir » le champ magnétique d’un aimant

Pour faire ça, il faut de la limaille de fer, c’est à dire de la poudre de fer (qu’on peut trouverpar exemple), du sirop et un aimant (l’idéal étant d’en avoir de diverses formes…). On verse un ou deux centimètres de sirop dans un plat creux et on saupoudre de limaille de fer. Puis on applique l’aimant sous le plat, ou sur les côtés, et on observe la formation des lignes de champ grâce à l’orientation des minuscules bouts de fer, sensibles à la force magnétique. L’objectif est d’obtenir quelque chose comme ça. A priori, il est aussi possible de faire la même réalisation sans verser le sirop, juste en répartissant la limaille sur une plaque de verre ou un plat creux.

Si l’expérience a plu aux mini-humains, il est possible de la varier en recourant à un matériel un peu plus conséquent, par exemple, en utilisant une feuille détectrice de faible flux magnétique comme ça ou en cédant aux sirènes des fascinants ferrofluides. A savoir quand même que les ferrofluides sont toxiques, donc que la manipulation avec les enfants nécessite quelques précautions.

  • Faire pousser des (gros) cristaux
    Le sulfate de cuivre est selon moi le composé qui permet de faire rapidement les plus beaux et plus gros cristaux. On peut l’acheter sous forme de poudre en droguerie. Attention tout de même, ce composé est toxique et ne doit pas être ingéré, même s’il est utilisé avec bien peu de parcimonie comme engrais dans l’agriculture biologique (car entrant dans la composition de la bouillie bordelaise).

Pour réaliser un cristal, il faut tout d’abord trouver un « germe », c’est à dire isoler dans le paquet de sulfate de cuivre ce qui ressemble à un grain plus gros que les autres et qui pourra être apte à être maintenu par un noeud à l’extrêmité d’un fil de pêche. (S’il n’y en a pas, il faut commencer la cristallisation sans germe, attendre que des cristaux se forment au fond du pot puis utiliser un bout de ce premier cristal comme germe).

Ensuite, il faut réaliser une solution dite saturée de sulfate de cuivre. Saturée ça veut dire qu’on a tellement dissous de sulfate de cuivre dans l’eau qu’il n’est plus possible de continuer à en rajouter. Le fait est que le sulfate de cuivre a une solubilité très importante (2kg de sulfate de cuivre peuvent être dissous sans problème dans un litre d’eau à 100°C).

Pour que le cristal pousse vite, je dissous le sulfate de cuivre à chaud, c’est à dire en faisant chauffer l’eau au préalable, ce qui me permet d’avoir une solution plus concentrée que si j’avais dissous à froid (parce que la solubilité augmente avec la température). Donc: je chauffe environ 250 mL d’eau et je dissous à peu près 400 gr de sulfate de cuivre dedans. Une fois que tout est dissous, je verse le tout dans un pot à confiture et je me débrouille pour que le germe plonge dedans sans toucher le fond. Lorsque le mélange refroidit, la cristallisation commence sur le germe, mais aussi au fond du pot et sur le fil de pêche. Régulièrement il faut donc enlever les cristaux qui se forment sur le fil de pêche et sur le fond en retirant le germe, et repassant le pot de confiture au micro-onde pour dissoudre à nouveau les cristaux (je veille toujours à ce qu’il reste quelques cristaux non dissous au fond du pot signe que la concentration de la solution est suffisante pour ne pas re-dissoudre le cristal qui est en train de se former).

Au bout de quelques 4 ou 5 jours on obtient un truc de ce genre:

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Le seul problème est que le sulfate de cuivre est très sensible à l’humidité (à cause de sa forte solubilité, justement) donc si on veut pouvoir conserver ce cristal longtemps, il vaut mieux le vernir, avec un vernis qui n’est pas à l’eau! J’utilise du vernis à ongle incolore. Il a l’inconvénient d’être un peu trop visqueux pour bien conserver les reliefs du cristal mais l’avantage de n’absolument pas dissoudre le cristal et d’être assez résistant (et puis, avouons que ça m’amuse d’entrer dans un magasin de cosmétiques et de demander du vernis pour mon cristal).

  • S’amuser avec une lampe UV

Pour quelques euros on peut trouver dans les magasins d’électronique des lampes UV (aussi appelées lampe à « lumière noire ») qui permettent de faire des petites manipulations sympathiques. Avant d’aller plus loin dans la lecture, je rassure un peu les parents à qui le mot « UV » peut faire penser soleil-cancer-danger-mort : dans ces lampes là, il s’agit d’UV dits « proches », c’est à dire proches des caractéristiques de la lumière visible, soit suffisamment peu énergétiques pour causer un réel danger. Pour vous rassurer complètement, vous pouvez d’ailleurs vous fournir directement auprès d’une enseigne spécialisée pour les enfants.

Donc, petit pot pourri de ce qu’on peut faire (enfin de ce que moi j’ai fait avec la marmaille) avec une lampe UV:

  • Parcourir la maison la nuit avec pour déceler les traces de composés fluorescents (attendez-vous à une horrible surprise dans la salle de bain, la plupart des détergents et savons contenant de tels composés…; et pas moins d’émotions aux toilettes, l’urine séchée ayant aussi certaines propriétés de ce genre…)
  • Ramasser des cailloux au parc et observer leur possible fluorescence UV. Si vraiment on n’observe rien, il n’est pas impossible d’acheter quelques échantillons très fluorescents dans un magasin de minéralogie (fluorine par exemple).
  • Organiser une chasse au trésor de nuit, en utilisant pour indiquer les indices des feutres spéciaux, incolore à la lumière du jour et fluorescents en lumière UV, l’encre peut ensuite être nettoyée à l’eau si par exemple comme moi… on a écrit sur les murs.

Vous vous douterez aisément que cette liste d’idées est très très très loin d’être exhaustive, ce n’est donc que très provisoirement que je la clôture sous peine de ne jamais la publier. Je garde donc pour une prochaine fois la visualisation d’interférences marrantes en utilisant des lunettes de cinéma 3D, l’observation (et la fabrication) d’une toupie au fonctionnement assymétrique qu’est l’anagyre, la patouille possible avec du papier pH, l’élevage de levures, et le détail de nos expéditions-cailloux…

Ce billet ne serait pas complet sans un petit clin d’oeil à L. S. et A.W., fidèles partenaires de nos expérimentations familiales.

 

Crédits photo Prometheus Lego sur Flickr Licence CC

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2 réflexions sur “Sciences en famille

  1. Merveilleux, de belles occupations pour les vacances d’été et nous commenceront pas les cristaux !! Tu as tenté le vernis de bricolage ou le pschitt fixateur (pour dessins ou laque cheveux) ?

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