masse volumique et pierre ponce

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Christophe B.
masse volumique et pierre ponce

Bonjour,

Etant enseignant en collège, je voudrais faire travailler les élèves sur la pierre ponce.

L'idée était de réduire de la pierre ponce en poudre, de leur faire déterminer sa masse volumique voire de leur permettre de tester la non flottabilité de la poudre de pierre ponce. Puis leur donner une pierre ponce et les faire réagir sur le fait qu'elle flotte grâce à l'air emprisonné lors du refroidissement rapide de cette roche au moment de sa formation.

J'ai essayé de réduire la pierre ponce en poudre. Les grains obtenus ne sont pas complètement réguliers, mais je peux tamiser pour obtenir un résultat plus homogène. Mais j'obtiens 12,2 g pour 20 mL ! Du coup, la masse volumique est plus faible que celle de l'eau, on devrait en déduire que les grains flottent. Ce qui n'est pas le cas, ils coulent.

J'ai essayé de tasser au mieux la poudre dans l'éprouvette en "tapotant" celle-ci sur la table. J'ai du mal à imaginer qu'il y aurait tant d'air entre les grains qui me semblent tout de même très serrés que cela fausserait à ce point la mesure et donnerait une valeur aussi faible de masse volumique.

Est-ce que cette manipulation que j'envisage est réalisable ? Qu'est-ce qui pose problème dans le protocole que j'ai réalisé ?

Merci d'avance pour votre aide à ce sujet.

Bien cordialement,

Guilhem Dezanneau

Bonjour,

L'erreur vient très probablement de votre calcul de la masse volumique.
Lorsqu'on compacte des grains de poudre (par exemple pour mettre en forme des pastilles avant frittage= traitement à haute température) avec une presse uniaxiale (i.e. en mettant plusieurs tonnes sur une petite surface), on arrive typiquement à une densité relative de 40-50%. Ce qui veut dire que même en appuyant beaucoup, l'espace entre les grains représente plus de 50% du volume.

Le problème vient du fait que vous supposez que votre poudre occupe un volume donné alors qu'en fait, elle en occupe probablement moins de la moitié.

En faisant une mesure de densité de la poudre par pycnométrie (en présence d'un liquide qui remplit les interstices), vous arriveriez probablement à montrer que la densité des grains est supérieure à celle de l'eau.

Vous pouvez aussi calculer le volume du vide entre les grains au fond de votre éprouvette en rajoutant du liquide jusqu'à ce qu'il dépasse le haut de la poudre tassée. Un peu approximatif et pas sûr que ça marche mais ça vaut le coup d'essayer.

Bien cordialement.
G. Dezanneau

Dr. G. Dezanneau
Lab. SPMS, CentraleSupelec / CNRS

Stéphane Gibout

Bonjour, comment mesurez vous les 20mL ? Je pencherais pour un problème d'estimation de la masse volumique du matériau réduit en poudre...

Stéphane Gibout

Francis Nouyrigat

Bonjour
Difficile de conclure définitivement sans voir votre pierre de ponce et votre poudre broyée mais je pense que tout s'explique par le fait que la ponce est formée de minuscules aiguilles de verre longues mais tr-s fines. Il faudrait atteindre un broyage à cette dernière dimension pour approcher la densité du verre sinon on a des faisceaux d'aiguilles non compactes. Cela ne les empêche pas de plonger car les molécules d'eau s'introduisent facilement entre ces aiguilles

Francis Nouyrigat

Nathalie Lidgi-...

Bonjour,
La manip me semble intéressante, simplement je pense que la pierre ponce comme de nombreux matériaux poreux, est poreuse aussi à l'échelle microscopique (vous devriez le voir sous un petit microscope optique.
L'air n'est pas que entre les grains mais à l'intérieur aussi.

Bien cordialement

Nathalie Lidgi-...

Bonjour,
Je pense que le problème vient du fait que la pierre ponce est poreuse à l'échelle microscopique. L'air n'est pas qu'entre les grains mais aussi à l'intérieur.

Bon courage et bravo pour ces essais
Bien cordialement

Alain Chomat

Bonjour,
En procédent comme vous l'avez fait vous avez abouti à la masse volumique apparente de la poudre de pierre ponce. Pourqoi "apparente"? Parce que, même en tassant le plus possible la poudre vous n'avez pu chassé tout l'air qui était piégé entre les grains de solides qui constituent la pierre ,rhyolite, dacite, andésite, roches de densité 2,3 à 2,6 et qui ,en fusion (l'air s'échappe) puis refroidissement pourraient par exemple donner un granit (densté supérieure à 1). Autrement dit vous ne pouvez faire aussi bien que la nature!

A.C

Jérôme GRUGIER
Portrait de Jérôme GRUGIER

Bonjour,
Il est très compliqué de tasser une poudre pour obtenir la densité de la pierre. Comme vous l'indiquez, il y a plein d'air entre les grain. On parle alors de densité apparente et celle-ci change en fonction du taux de tassement. Pour moi, il sera difficile de travailler cette expérience. Peut être pouvez vous simplement mettre de la pierre ponce dans de l'eau et commencer à chauffer (80-90°C). Vous pourrez voir apparaitre de nombreuses bulles qui s'échappe de la pierre ponce en continu, alors que la même expérience avec un cailloux non poreux n'en fait pas.

Cordialement

Jean-Claude C.

Bonjour,
A sa sortie du cratère,la lave qui est à plus de 500°C s'écoule à la pression atmosphérique et se refroidit brutalement à l'air, ce qui provoque à la solidification un dégazage abondant des gaz dissous formant des bulles (vacuoles). Dans la pierre ponce ainsi formée, l'air occupe les vacuoles ce qui conduit à une masse volumique moyenne de l'ordre de 910kg/m3 qui justifie la flottaison. Si on met une pierre ponce "de toilette"sur l'eau, elle flotte avec la formation d'un très grand nombre de bulles d'air qui enveloppent toute la pierre immergée. Le nombre de ces bulles décroît avec le temps et on constate que la pierre coule. L'eau occupe les vacuoles, ce qui augmente la densité de la pierre.Après chauffage à l'air à 40-50°C la pierre ponce qui a coulé flotte de nouveau.Je pense que la pierre ponce broyée finement présente de très petites vacuoles susceptibles d'accueillir des molécules d'eau et d'accroître ainsi la densité des grains . Il serait intéressant de sécher la poudre qui a coulé et d'observer si elle flotte de nouveau.
JC Chottard

Jean-Claude Chottard,
professeur émérite de chimie,
Université de Paris ( Paris Descartes)
jean-claude.chottard@parisdescartes.fr/ jcchottard@wanadoo.fr

Luc Eveleigh

Je fais marcher mon imagination de vieil expérimentateur :
Ça pourrait être intéressant de voir comment l'eau rentre dans les pores/bulles en dilatant (pour le chasser), l'air au maximum. Une solution serait de porter à ébullition, voire à ébullition sous pression, mais sans perdre d'eau si on veut faire de la pycnométrie. Manip sous pression pas simple au collège !

On pourrait aussi évaluer la quantité d'eau piégée dans un volume donné de pierre ponce après l'avoir imbibée, toujours sous pression et à chaud, mais sans contrainte sur la conservation de l'eau, donc à l'autocuiseur (puis refroidissement), par exemple. La méthode dévaluation serait la pesée, passage prolongé au four puis nouvelle pesée...

Je me demande aussi si des liquides moins visqueux et de tension superficielle moindre (éthanol, pentane pour ne pas prendre de l'éthoxyéthane !) utilisés évidemment à froid, ne donneraient pas aussi quelques résultats dans la manip de pesée.