Questions aux experts
Matière et matériaux
Flotte et coule dans différents liquides
La séquence 7 du module sur les liquides s'intéresse aux objets qui coulent ou qui flottent dans d'autres liquides que l'eau. Nous avons pré-expérimenté sans les élèves et nos conclusions sont floues (déplacement des objets dans l'huile et le sirop plus lent, amorti de part la consistance de ces 2 liquides, par contre, pas de réelles différences sur la flottabilité des objets plongés dans différents liquides). Il est vrai que l'objectif de la séquence porte sur l'observation du comportement d'objets dans différents liquides et sur la consistance des liquides afin d'en déduire que les propriétés d'un liquide déterminent le comportement des objets qui y sont plongés. Cependant, la notion de densité n'apparait pas clairement dans cette séquence alors que préalablement, les enfants ont observé que l'huile et l'eau se superposent : donc densités différentes.
Faut-il démontrer aux élèves qu'un objet qui flotte dans l'eau peut couler dans l'huile, et d'abord est-ce exact ? (nos expériences, en ce domaine, sont peu probantes)
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La flottaison sur différents liquides :
Je décompose votre question en deux parties et je me permets une petite réflexion personnelle sur le traitement de ce sujet en classe.
1. Est-ce exact qu'un objet qui flotte sur l'eau peut couler dans l'huile ?
Deux liquides, non miscibles entre eux vont se superposer. C'est le liquide le plus dense qui ira au fond. Prenons par exemple 3 liquides, l'eau, l'huile et l'alcool, on peut parfaitement dire que l'huile flotte sur l'eau, ou que l'alcool flotte sur l'huile.
Cette loi de comportement des liquides est d'ailleurs identique à celle des objets solides pleins sur l'eau. Parmi ces objets, ceux constitués de matière de densité supérieure à 1, coulent (le verre, le fer...), les autres flottent (la glace, le bois – pas trop exotique –, la bougie).
Les objets qui coulent dans l'eau (d>1) couleront bien sûr dans tous les liquides de densité inférieure à 1 (huile et alcool dans notre exemple).
En revanche, un objet qui flotte sur l'eau (d <1) flottera sur l'huile si sa densité est inférieure à celle de l'huile (dont la densité dépend de la nature de l'huile : tournesol, colza, olive, et surtout de la température). Si sa densité est supérieure, il coulera. Prenons un glaçon, il flotte sur l'eau, il flotte aussi sur l'huile (sa densité est donc inférieure à celle de l'huile, tout du moins celle que j'ai utilisée), mais il coulera dans l'alcool à 90°.
Si on le dépose dans un tube où sont superposés les 3 liquides, on le voit traverser l'alcool et s'arrêter sur l'huile. On peut même alors observer les gouttes d'eau liquide qui se détachent du glaçon et, puisqu'elles sont plus denses que l'huile, vont rejoindre l'eau du dessous (c'est très beau).
Il en sera de même d'un objet en bois (en chêne par exemple).
Pour qu'un objet flotte sur l'eau et coule dans l'huile il faudrait que sa densité soit intermédiaire entre 1 et celle de l'huile. Ce n'est pas forcément facile à trouver, le mieux c'est de le fabriquer !
Pour cela, on peut prendre par exemple un petit flacon bouché, genre échantillon de parfum et y ajouter de l'eau, de manière à ce qu'il soit juste en limite de flottaison sur l'eau (ainsi sa densité sera proche de 1 et supérieure à celle de l'huile). Il flottera sur l'eau, mais coulera dans l'huile, et a fortiori dans l'alcool.
2. Faut-il le démontrer aux élèves ?
Bien sûr la notion de densité est parfaitement inaccessible à l'école primaire, mais on peut malgré tout viser la découverte par les élèves de lois de comportement des objets sur différents liquides (je ne l'ai jamais testé dans une classe, mais la réflexion que vous venez de m'inviter à faire sur le sujet me donne envie d'essayer. Merci.).
Ainsi on pourrait se constituer une colonne de liquides référence (en superposant plusieurs liquides, par exemple alcool, huile, eau) et préparer 3 récipients contenant chacun les 3 liquides en question ainsi que 5 objets : glaçon, bille en bois, bille en verre, bille en acier, petit flacon ci-dessus. Dans le récipient contenant l'eau les enfants pourraient tester le comportement de ces objets, ensuite prévoir le comportement de ces objets dans l'huile et dans l'alcool et le vérifier. Ils pourraient alors vérifier leur explication en déposant leurs objets dans la colonne contenant les 3 liquides superposés. On en conclurait que si les liquides se superposent ainsi :
un objet qui coule dans l'eau coulera forcément dans les liquides qui sont au-dessus un objet qui flotte dans l'eau, peut couler dans l'huile un objet qui coule dans l'huile, coulera forcément dans l'alcool.
Une réflexion personnelle sur le sujet : (au-delà de la question posée)
Grâce à votre question j'ai regardé d'un peu plus près le module insights sur les liquides et en particulier la partie concernant la flottaison. Concernant la flottaison sur l'eau, je regrette qu'on en reste à du factuel sans inviter les enfants à aller vers la recherche d'une explication. Certes le concept de densité est parfaitement inaccessible, mais il est cependant possible d'atteindre une explication avec le niveau de formulation suivant : "Il y a de la matière qui flotte (bois, la bougie, le polystyrène, le liège) et de la matière qui coule, (le fer, le verre, l'aluminium). Un objet en matière qui flotte, flotte toujours. Un objet en matière qui coule, s'il est plein, il coule, s'il est creux, il flotte ou coule, ça dépend de l'importance du creux."