Animation Scientifique pour vos enfants : Un fluide non newtonien : la fécule de maïs dans l’eau

Chez thyssenkrupp Ascenseurs, groupe industriel où l’esprit d’innovation fait partie de l’ADN, on aime les sciences et les expériences.

Aussi on vous propose pendant cette période de confinement un certain nombre d’activités ludiques et simples à effectuer avec vos enfants. A vos blouses !

 

Ce mélange étonnant se comporte comme un solide un instant et comme un liquide juste après. Un peu de pression change tout !  

Apprendre la physique en s’amusant avec ce merveilleux mélange solide-liquide (ou liquide-solide ?).  

 

  

Matériel nécessaire  

·      1 bol 

·      5 ml de miel. 

·    1 plaque de cuisson ou un moule assez grand  

·       1 tasse de fécule de maïs  

·      Quelques cuillères d’eau à température ambiante. 

  

ETAPE #1 

  

1.     Verser le miel dans un verre et le remuer à l’aide d’une cuillère. Quelle texture a le miel ? 

2.   Chauffer en posant le verre dans un bol rempli d’eau chaude.  

Question : Sa texture est-elle la même ou est-elle plus fluide ? 

  

Explication : 

Tous les fluides ont une propriété connue sous le nom de viscosité. Le miel par exemple est un fluide avec une viscosité élevée, si on essaie de le verser, il va s’écouler lentement. L’eau au contraire a une faible viscosité, elle s’écoule rapidement. 

Sir Isaac Newton (le même Sir Newton qui aurait découvert la loi de la gravité en voyant une pomme tomber à la fin du XVIIIème siècle) a déclaré que la viscosité d’un fluide ne peut être modifiée qu’en changeant la température du fluide.  

Par exemple, le miel coule facilement (faible viscosité) lorsqu’on le réchauffe mais devient très épais (très visqueux) lorsqu’il refroidit. 

Le miel est donc ce qu’on appelle un fluide newtonien, puisqu’il suit la loi de la viscosité de Newton. Cependant, il existe également des fluides non newtoniens, essayons d’en découvrir un. 

 

 ETAPE #2 

  

1.     Verser la fécule de maïs dans un bol, puis ajouter l’eau, une cuillère à la fois, en mélangeant bien. Continuer à ajouter de l’eau (et/ou de la fécule de maïs si nécessaire) en petites quantités jusqu’à obtenir un mélange dont la consistance est similaire à celle du miel. 

  

2.     Verser le mélange sur un plateau, une plaque à biscuits ou un moule. Remarquer sa consistance inhabituelle. Remuer sur la plaque avec ses doigts, d’abord très lentement, puis aussi vite que possible. 

 On peut être surpris de ce qu’il se passe…  

  

3.     Rassembler une poignée du mélange, puis la soulever du plateau. La faire rouler entre ses mains et former une boule. La poser sur la plaque et observer la réaction.  

Arrive-t-elle à se maintenir en forme ? 

  

4.   Poser la main à plat sur le plateau, et taper fort sur la surface du mélange. La plupart des gens autour de vous se mettront à l’abri quand vous vous apprêterez à frapper le liquide, car ils s’attendent à ce qu’il éclabousse partout.  

Surprise ! Il reste sur la plaque… avec un peu de chance. 

  

5.     Lorsque l’on joue avec le mélange d’eau et de maïzena, il est bon de réfléchir sur les raisons pour lesquelles le « liquide » se comporte comme il le fait.  

Qu’est-ce qui fait qu’il ressemble à un solide lorsqu’on le presse, mais qu’il coule comme du sirop lorsqu’on relâche la pression ? 

  

6.     Lorsque vous aurez terminé l’activité, versez le mélange dans un grand sac en plastique à zip pour le conserver en vue d’une utilisation ultérieure. (Le manipuler avec des mains propres permet de le conserver plus longtemps). 

  

Explications : 

Ce mélange est un exemple de ce que l’on appelle un fluide non newtonien – un fluide qui ignore la loi de la viscosité de Sir Isaac Newton. 

Un fluide non newtonien ne réagit pas à la température comme le miel car sa viscosité change lorsqu’on lui applique une contrainte ou une force, et non de la chaleur.  

Lorsque l’on presse une poignée du mélange fabriqué, les particules d’amidon de maïs se rapprochent et emprisonnent l’eau entre elles. Sa viscosité augmente et elle agit comme un solide… pendant une fraction de seconde. 

Lorsque l’on relâche la pression, l’eau remplit à nouveau les espaces entre les particules d’amidon de maïs et le mélange se comporte comme un liquide. 

  

Consignes de sécurité : 

Étrangement, le mélange ne reste pas indéfiniment mélangé. Avec le temps, les grains d’amidon de maïs se séparent de l’eau, s’enfoncent et forment un amas solide au fond du sac. C’est pour cette raison qu’il ne faut pas verser le mélange dans l’évier, même en ajoutant beaucoup d’eau. Le mélange se déposera dans les siphons, durcira et bouchera complètement les tuyaux ! Conserver le mélange dans un sac à congélation et le jeter simplement à la poubelle lorsque l’on aura terminé l’expérience. 

 

 

 

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