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La forme d'un objet est-elle importante pour le faire flotter ? Oui

Exactement. C'est tout à fait cela !

Mais la difficulté vient de l'emploi de ce concept de "densité" qui n'est pas vraiment utile.

Prenez une boule de pâte à modeler, plongez la doucement dans un verre d'eau : le niveau monte. Ce faisant, cette eau qui monte ne le fait pas volontiers (comme vous lorsque vous montez vos courses) : elle appuie en retour vers le bas autour de la boule, ce qui se traduit, sous la boule, par une tentative de remontée de l'eau : l'eau sous la boule la pousse vers le haut (je vous laisse deviner comment on appelle cette poussée...). Petit à petit, la boule s'enfonce et l'eau monte en appuyant de plus en plus. Mais à un moment, la boule est immergée et la poussée est encore inférieure au poids de la boule : si vous la lâchez, elle coule.

Faites à présent la même expérience avec un "bateau" fabriqué avec la même boule. Comme le bateau emprisonne de l'air, pour descendre, il lui faut déplacer beaucoup plus d'eau ! Par suite, la poussée qu'il subit est plus importante que dans le cas de la boule compacte. Et si sa forme est bien creuse, cette poussée compensera son poids avant qu'il ne soit totalement immergé : il flottera. Cela fonctionne tellement bien que des objets aussi lourds que des paquebots peuvent flotter. Et en effet, même dans ces cas-là, comme vous l'évoquiez, la densité de l'ensemble "paquebot+passagers+air" est plus faible que celle de l'eau...
Mais attention ! Si le moindre petit trou apparaît dans le bateau, qu'il soit en pâte à modeler ou en acier, l'eau remplacera l'air emprisonné et il coulera irrémédiablement !

Où trouver des catalogues de représentations? Oui

Voilà la réponse d'André Giordan, transmise par Emmanuel Eastes:

  • Où peut-on trouver ces catalogues ?
    A l'IPN de Kiel.
  • Qui en sont les auteurs ?
    Sous la direction de R. Duit.
  • Les conceptions en électrocinétique, notamment la conception unifilaire et la conception à courants antagonistes dont nous parlent S. Joshua et JJ Dupin dans leur ouvrage "Représentations et modélisations, Peter Lang, Berne, 1989, sont-elles répertoriées dans ces catalogues ?
    Oui... mais pour plus de détails, demander directement à Josua à l'université d'Aix ou à Dupin à l'IUFM de Marseille.
Comment obtenir de l'air dépourvu de CO2 ? Oui

L'air, même "en plein air", contient 0,033 % de CO2 en moyenne. C'est cette infime fraction qui suffit aux plantes pour fabriquer la matière organique. Par suite, il est très difficile de s'en affranchir complètement.
La seule solution que j'imagine n'est pas simple à mettre en oeuvre mais elle vous donnera peut-être des idées : placer la plante dans un récipient clos dans lequel on assure un courant d'air (par un système d'aspiration par exemple), mais en s'assurant que cet air traverse une substance qui absorbe le CO2 avant d'y pénétrer.
On peut imaginer prendre une solution d'eau de chaux par exemple. Peut-être mes collègues (chimistes et biologistes) auront-ils d'autres idées ?

Un gilet parre-balle avec de la soie d'araignée Oui

Le fil de soie produit par l'araignée suscite depuis longtemps les convoitises. Cinq fois plus résistant que l'acier, beaucoup plus extensible que le Nylon, le fil de soie est totalement biodégradable. Aucune fibre ne peut se targuer d'avoir les mêmes propriétés, pas même le kevlar (par ailleurs nommé aramide, justement pour sa résistance qui rappelle les propriétés de la soie des arachnides, sans pour autant s'en approcher). Non métallique, le matériau que l'on est susceptible de fabriquer grâce à la soie d'araignée est en outre très léger. D'où l'idée de l'utiliser pour fabriquer des gilets pare-balles.

Mais il serait illusoire de vouloir élever des araignées pour recueillir la matière première : elles se dévorent entre elles lorsqu'elles sont élevées en captivité. Comme on ne sait pas la synthétiser chimiquement non plus, on utilise des chèvres, auxquelles on a implanté le gène de l'araignée responsable de la fabrication de la protéine du fil de soie. La chèvre produit alors cette protéine dans son lait dont un traitement chimique approprié permet de l'isoler et de la purifier. On peut alors la filer pour en faire des fibres.

Pour d'avantage d'informations, voir par exemple le site :
radio-canada actu

L'usage de la soie pour se protéger n'est pas nouveau. Les guerriers de l'Asie médiévale avaient recours à de telles armures pour se défendre contre les flèches et les épées. Et les essais récents ont révélé que 16 épaisseurs de soie suffisaient pour arrêter net une balle de 9 mm. L'armée américaine a fait des expériences dans le domaine de la soie, notamment celle produite par une araignée, la veuve noire. La soie du ver à soie est un peu moins solide, mais meilleur marché.

Qu'est-ce que l'évaporation, qu'est-ce que l'ébullition ? Oui

Cette question me semble d'autant plus pertinente qu'on en a des manifestations sous les yeux en permanence et que très peu de gens pensent à se la poser ! Pour autant, l'explication n'est pas aisée ; je vais essayer de m'y risquer quand-même.
Seul préalable : suivre lentement toutes les étapes du raisonnement en essayant de se glisser (au moins temporairement) dans cette manière de voir les choses...
Un "prérequis" également pour cette explication : savoir qu'un liquide est constitué de "molécules" en contact les unes avec les autres, qui se déplacent et "glissent" en permanence les unes sur les autres, et que le gaz correspondant est constitué des mêmes molécules, mais beaucoup plus agitées et très éloignées les unes des autres.

  • L'eau liquide n'est-elle que liquide ?

    L'eau est liquide lorsque sa température est comprise entre 0 et 100 degrés à la pression d'une atmosphère. Les molécules de ce liquide (les petits grains qui le constituent) sont en perpétuel mouvement et en contact permanent. Les interactions entre elles se font et se défont à raison de milliards de fois par seconde.
    Ces molécules n'ont pas toutes la même énergie (certaines sont lentes, d'autres rapides, qu'il s'agisse de mouvements de déplacement, de rotation ou de vibration) mais leur énergie moyenne est proportionnelle à la température du liquide, ce qui se conçoit assez facilement.
    Certaines molécules d'eau ont suffisamment d'énergie pour s'échapper de la surface du liquide : cela se traduit par la présence d'une certaine quantité de molécules d'eau sous forme de gaz au dessus de la surface de l'eau.

    La pression totale au dessus du liquide est toujours de 1 bar ; il y a simplement moins de molécules d'air car les molécules d'eau les "poussent" en s'échappant du liquide. Il est possible de faire une analogie avec une foule de danseurs blancs bien répartis sur une piste immense (les molécules d'air). Délimitant la piste, un mur, le long duquel sont assis d'autres danseurs bleus (les molécules d'eau liquide). Si parmi ces danseurs, les plus impatients se lèvent pour se défouler, ils se vont se mélanger progressivement aux autres qui vont s'écarter pour leur laisser de la place.
    L'équilibre (entre les molécules d'eau liquides et celles qui constituent le gaz au dessus de la surface) est maintenu par le fait que si certaines molécules d'eau continuent à s'échapper du liquide, d'autres retombent dedans.
    Il s'échappe d'autant plus de molécules du liquide que la température est élevée. Dans ce cas, il y en a d'autant plus au dessus de l'eau et il en retombe également d'autant plus par unité de temps : l'équilibre existe toujours mais il a été "déplacé", l'air au-dessus du liquide est simplement plus "humide".

  • Pourquoi alors l'eau liquide du linge et des flaques d'eau s'évapore-t-elle quand même, pour finir par disparaître ?

    S'il y a du vent et qu'il arrive d'une région de moindre humidité, il déplace ces molécules gazeuses qui se sont échappées du liquide. Celles-ci sont immédiatement remplacées par d'autres, celles qui continuent à s'échapper du liquide parce qu'elles ont l'énergie suffisante, mais sans qu'il n'en retombe dedans puisque le vent est sec.

    Première conséquence : l'eau peut s'évaporer progressivement, sans pour autant bouillir.

    C'est le premier principe du sèche-cheveux, qui souffle de l'air sec et entraîne l'humidité de l'air qui entoure les cheveux, jusqu'à ce qu'ils soient secs. Attention : pour une efficacité optimale du sèche-cheveux, il faut que l'air qu'il souffle soit bien sec ; ne pas oublier, donc, d'ouvrir la porte de la salle de bains durant l'opération !

    Seconde conséquence : l'eau, privée de ses molécules les plus rapides, voit sa température diminuer.

    C'est pour cette raison qu'on a froid en sortant de l'eau, que l'on souffle sur la soupe pour la refroidir, que les bédouins utilisent des outres en peau de chèvre à travers laquelle l'eau peut suinter, s'évaporer et donc refroidir l'intérieur, etc.

  • Que se passe-t-il à présent si l'on chauffe cette eau ?

    A présent, on chauffe l'eau. La quantité de molécules qui s'échappent du liquide augmente, et avec elle la proportion d'eau dans l'air, ainsi que le nombre qui retombe dedans par unité de temps.

    En cas de vent, l'eau s'évapore donc plus vite, ce que l'on observe facilement expérimentalement.

    C'est le second principe du sèche-cheveux : la chaleur apportée par l'air chaud permet de réchauffer l'eau qui sans quoi, privée de ses molécules les plus rapides, aura tendance à se refroidir et donc à s'évaporer moins facilement. Ainsi le système de chauffage du sèche cheveux ne sert pas à faire évaporer l'eau, mais à compenser la perte d'énergie qu'elle subit lorsqu'elle s'évapore sous l'effet du courant d'air. On choisira donc un sèche-cheveux qui souffle fort et chauffe modérément.

  • Mais alors, qu'est-ce que "bouillir" ?

    Tout d'un coup, l'eau vapeur est présente au dessus du liquide à la pression de 1 bar ; tout l'air a été remplacé par de l'eau. En d'autres termes, tous les danseurs qui s'agitent le long du mur sont bleus, ils ont repoussé les autres car ils sont à présent très nombreux à l'être levés.

    Chauffons encore un peu l'eau : il s'échappe encore un peu plus de molécules du liquide et la pression au dessus de lui tend à dépasser 1 bar.
    Or cela est impossible : s'il y a plus d'1 bar de pression au dessus de l'eau, il en résulte un mouvement de déplacement de la masse gazeuse vers des zones de plus faible pression ; cette fois, l'eau s'échappe réellement du liquide et s'en éloigne. Autrement dit, les danseurs bleus occupent tout l'espace le long du mur mais avec une densité supérieure à celle des danseurs blancs, au loin là-bas où il n'y a pas de danseurs bleus. Non seulement ils les repoussent, mais ils s'éloignent eux-mêmes du mur, poussés par d'autres danseurs bleus qui se lèvent à leur tour.
    Bien sûr, cette pression qu'exercent les molécules d'eau qui s'échappent peut prendre naissance à l'intérieur du liquide : on parle alors d'ébullition
    L'eau bout...

  • Et après la première bulle ?

    Lorsque ces molécules s'échappent, comme auparavant, elles emmènent avec elles de l'énergie du liquide qui par suite, se refroidit. Alors ?
    Si de l'eau à sa température d'ébullition est chauffée un tout petit peu, il s'en évapore quelques molécules qui emportent l'excès d'énergie ainsi fourni. C'est la réponse à la question subsidiaire : l'eau bout à température constante.

    En ce qui concerne le beurre, je laisse le soin à mes collègues de compléter cette réponse déjà longue, en espérant qu'elle ait été claire (comme de l'eau... de roche !).

  • Comment faire une boisson gazeuse ? Oui

    Concernant la seconde manip décrite par Michel, je crains les accidents si l'opération est faite par une personne non expérimentée. La bouteille devra vraiment être refermable, et posséder une paroi de verre ou de métal ! Car les grains de bicarbonate, tant qu'ils ne sont pas dissous, constituent des "impuretés" sur lesquelles les bulles se forment rapidement. La pression va alors monter très vite. C'est pour cette raison que les bouteilles de champagne sont fabriquées par Saint Gobain, avec le minimum de défauts sur la paroi interne du verre, ce qui facilite leur remplissage. Il ne faudra pas non plus ajouter trop de bicarbonate. Mais avec ces précautions, il est probable que cela fonctionne, si Michel le dit.

    Notons qu'il existe des systèmes qui permettent de fabriquer sa propre boisson gazeuse : on place une boisson dans une bouteille fournie à cet effet, la bouteille est enclenchée sur le dispositif qui injecte du gaz carbonique comprimé dans la boisson. Disponible dans les grandes surfaces (en Suisse en tout cas) au prix de quelques centaines de francs.

    Qu'y a-t-il entre les atomes ou les molécules ? Oui

    Je me demande si votre question ne porte pas sur la matérialité des liaisons... C'est en effet une question que l'on rencontre souvent, car on est facilement induit en erreur par la matérialité des tubes ou bâtonnets qui relient les boules représentant les atomes dans les "modèles moléculaires" (représentations ou "maquettes" agrandies des molécules).

    Sur cette base, je répondrais que, dans la glace, il existe deux types de liaisons : des liaisons fortes entre les atomes qui constituent les molécules d'eau (ces liaisons qui sont justement en général représentées par des bâtonnets ou des tubes), et des liaisons plus faibles, de nature similaire pourtant, entre les molécules d'eau, par l'intermédiaire des atomes qui les constituent, bien sûr (souvent représentées sur les schémas par des pointillés).
    Dans les deux cas, ces liaisons ne sont pas matérielles et ne peuvent donc être qualifiées de "compactes". Dans les deux cas, c'est du "vide" que l'on trouve entre les atomes et les molécules. Dans les deux cas, on devrait plutôt parler "d'interaction" entre les atomes concernés.

    Pour risquer une analogie ("risquer", car les analogies sont toujours dangereuses), c'est également une "interaction" qui empêche la Terre et la Lune de s'éloigner l'une de l'autre. Et lon ne représente pas pour autant par de la matière compacte cette attraction qui peut, elle aussi, s'exercer dans le vide.

    Chou rouge comme indicateur coloré Oui

    Bonjour,

    Pour cette question délicate à ce niveau, j'utiliserais une approche purement phénoménologique en évitant absolument d'évoquer les ions impliqués dans ces propriétés et leurs concentrations.

    A mon avis, la seule approche possible est celle qui passe par la notion gustative d'acidité, qui peut être reliée au caractère acide d'un liquide (jus de citron, vinaigre). A partir de là, l'enfant peut comprendre la notion de "degré d'acidité" : le jus de citron dilué est moins "acide" que le jus de citron "pur". Une corrélation peut alors être faite entre cette "grandeur gustative" et les changements de couleur observés.

    En ce qui concerne la notion de "base", je l'introduirais comme "le contraire d'acide", un peu comme le froid et le chaud, le + et le - (avec tous les risques que comporte ce type d'analogie)... Le phénomène de réapparition de la couleur de départ du chou rouge permettant de visualiser cette propriété "d'anti-acidité".

    La notion de pH, quant à elle, ne peut pas être explicitée, mais l'échelle de pH peut éventuellement être évoquée comme on le ferait pour l'échelle de Richter. Avec le réel problème posé par le fait que le pH d'une solution neutre n'est pas nul mais vaut 7...

    Quoi qu'il en soit, je pense qu'il vaut mieux ne pas trop entrer dans les détails de ces notions très conceptuelles.

    Bien cordialement et bon courage,

    R.-E. Eastes.

    PS. Petit conseil : pour plus de visibilité, utilisez une solution de chou rouge diluée 20 fois. Ensuite, utilisez du bicarbonate de soude et du jus de citron.

    Le sel s'évapore-t-il avec l'eau ? Oui

    Pour confirmer cette explication, une expérience en deux étapes peut être réalisée très facilement.

    Première étape :

    1. Saler de l'eau (une cuillérée à soupe dans un verre d'eau par exemple) ;
    2. la placer dans une casserole ;
    3. la porter à ébullition sur une plaque chauffante ;
    4. recueillir l'eau qui s'évapore au dessus de la casserole à l'aide d'un objet présentant une surface froide (lame de microscope ou soucoupe en porcelaine par exemple) ;
    5. goûter la condensation.

    Deuxième étape :

    1'. Placer sur un objet similaire la même quantité d'eau salée que celle qui a été recueillie ci-dessous ;
    2'. goûter...
    3'. comparer !

    On peut réaliser la même expérience avec du sucre ou du poivre (dans ce dernier cas, l'eau évaporée conserve un léger goût poivré).

    Pourquoi le pot en verre éclate-t-il au gel ? Oui

    La première chose à savoirs, c'est que l'eau se dilate quand elle gèle.
    A mon avis, l'eau commençant à geler par la surface et notamment au contact des bords, la glace formée au début de la congélation a formé une sorte de "couvercle" bien fixé aux parois, qui a ensuite empêché l'eau de se dilater convenablement vers le haut lors de sa solidification.

    La poursuite de la congélation a pu alors casser le récipient en verre.

    Mais il faudrait avoir vu l'expérience pour en être certain, tant il est vrai que la glace est tout de même légèrement déformable ; on voit notamment souvent apparaître des "bosses" au centre des récipients d'eau gelée, issues de la poussée due à l'augmentation de volume de l'eau lorsqu'elle se solidifie.

    Finalement, la destruction du récipient est une bonne chose car elle peut être utilisée pour montrer aux enfants que l'eau se dilate lorsqu'elle gèle.

    Pourquoi le liquide d'une ampoule ne s'écoule-t-il pas lorque l'on casse un seul côté ? Oui

    Pour que le liquide puisse s'échapper d'une ampoule, il faut qu'il puisse être remplacé par de l'air.

    Dans le cas contraire, un vide partiel se crée au dessus du liquide qui est alors davantage poussé vers le haut par l'air extérieur à l'ampoule, que vers le bas par l'atmosphère interne en dépression.
    Lors de l'ouverture de l'ampoule, le poids du liquide lui permet de descendre et l'ampoule laisse échapper quelques gouttes, puis la différence de pression qui s'établit entre l'intérieur et l'extérieur de l'ampoule compense ce poids : l'écoulement s'arrête.

    Mais pourquoi l'air ne peut-il pas remplacer le liquide de l'ampoule ?

    Le liquide (généralement à base d'eau) possède une forte affinité pour le verre de l'ampoule et a tendance à y rester "accroché". Pour une petite section de l'ouverture, le passage de l'air l'obligerait à se détacher d'une large partie de la paroi (relativement à la petite quantité d'eau présente à la sortie de l'ampoule), ce qui n'est possible que si on lui apporte l'énergie suffisante (en secouant l'ampoule par exemple). Ce phénomène dit de "capillarité" (car il se produit dans les tubes fins, de la taille des cheveux) permet également d'expliquer pourquoi le liquide des thermomètres médicaux ne redescend pas lorsque la température baisse (il reste "accroché" dans le tube très fin) et pourquoi la surface de l'eau dans un verre "remonte" le long des parois (on dit que l'eau "mouille" le verre).

    Si la section de l'ampoule est plus large, le liquide peut s'écouler par intermittence, laissant remonter des bulles d'air. Les effets liés à l'affinité du liquide pour le verre existent toujours mais ils sont compensés par l'effet du poids de l'eau. En effet, les effets de la capillarité (ou effets capillaires) sont proportionnels à la surface du liquide concerné, alors que les effets du poids (ou effets gravitationnels) sont liés à son volume. Et comme le rapport surface/volume des objets diminue lorsque leur taille augmente, les effets capillaires ont une moindre influence sur les gros objets que sur les petits.

    Enfin si la section est très grande (prenons le cas d'un verre renversé par exemple), le liquide peut couler le long de la paroi sans plus être affecté par les effets capillaires.

    A présent si l'on remplace le liquide de l'ampoule par du mercure, celui-ci est non seulement beaucoup plus dense que l'eau (ce qui accentue les effets de son poids) mais il a également une très faible affinité pour le verre. Par suite, il peut s'écouler sans problème pour des ouvertures très petites de l'ampoule, pour lesquelles l'eau ne s'écoule plus depuis longtemps.

    La température de fusion de l'eau dépend-elle de la pression ? Oui

    La température d'ébullition de l'eau est sensible à la pression car l'un des deux constituants impliqués (la vapeur en l'occurrence) est un gaz, dont la production s'accompagne d'une grande variation de volume.
    En revanche, lorsque l'on passe de la glace à l'eau, le volume varie peu; l'effet de la pression est donc beaucoup plus faible.

    Comment mettre en évidence les gaz dissous dans l'eau ? Oui

    La méthode la plus simple pour mettre en évidence la présence de gaz dans l'eau est... de la chauffer !

    A 80-90 °C, l'eau ne bout pas et pourtant... des bulles apparaissent sur les bords du récipient. Elles ne se reforment pas si on les "décolle" et si la température est maintenue constante.

    Ces bulles sont constituées d'un mélange de tous les gaz qui sont dissous dans l'eau. Si l'on dispose de plus de temps, il suffit de laisser au soleil une bouteille d'eau minérale (non gazeuse) pour voir apparaître sur le côté éclairé, une multitude de petites bulles. Il suffit également de secouer une bouteille de Perrier pour constater que des gaz étaient dissous dans l'eau !
    Ces expériences ne permettent toutefois pas de caractériser la nature des gaz en question.

    Une autre expérience très démonstrative est celle de la bouteille bleue : lorsque l'on secoue un récipient contenant un liquide incolore (solution aqueuse de soude (10 g/L environ) et de glucose (100 g/L environ), l'air qui y pénètre fait virer au bleu une substance ("bleu de méthylène")que l'on y a ajouté. Preuve est alors faite que des gaz peuvent passer en solution. Montrer que c'est l'oxygène qui est responsable de ce changement de coloration est possible, mais plus difficile. Attention, je cite cette expérience à des fins démonstratives, pas pour la réaliser en classe ! Cependant, un enseignant un peu aguerri peut très bien la réaliser sans risque, s'il dispose d'objectifs adaptés.
    Dans le même ordre d'idées, le simple fait d'ouvrir un vin avant de le boire pour "l'oxygéner" constitue en quelque sorte une preuve "empirique" de la possibilité de dissolution de l'oxygène dans l'eau. Idem en ce qui concerne le thé infusé qui noircit lorsqu'on le laisse une journée à l'air libre.

    Les mélanges sont-ils réversibles ? Oui

    Suite à la réponse de Jean Matricon sur la notion de mélange, je voudrais préciser quelques points. Il y a en effet une différence entre ce que l'on nomme "mélange" dans la vie courante, et l'objet physico-chimique bien défini qu'est le mélange homogène.

    Le premier terme renvoie en général au mélange hétérogène, c'est-à-dire au mélange constitué d'une dispersion de grains, bulles ou filaments d'une ou plusieurs substances au sein d'une ou plusieurs autres.
    Le terme "hétérogène" caractérise en effet la non-homogénéité de la matière au niveau moléculaire : en s'y déplaçant à une échelle d'une centaine de fois plus grande, on rencontrerait des zones de tailles et de compositions variables. Ainsi le lait et la mayonnaise peuvent être considérés (en première approximation) comme des mélanges hétérogènes constitués de bulles de graisse dans l'eau (on parle dans ce cas d'émulsion car ces bulles sont relativement stables et ne se rassemblent pas). De même le blanc battu en neige peut être considéré comme un mélange hétérogène d'air dans le blanc d'œuf. Certaines lessives sont des mélanges hétérogènes de grains de détergent blanc et de grains de détergent bleu. Le brouillard est un mélange hétérogène d'eau et d'air.

    Le second terme (mélange homogène) est caractérisé par une association intime des constituants moléculaires de deux ou plusieurs substances, chacune constituée de molécules identiques.
    Le terme "homogène" caractérise cette fois l'homogénéité de la matière au niveau moléculaire : en s'y déplaçant à une échelle une centaine de fois plus grande, on ne rencontrerait aucune variation de composition.
    Ainsi le bronze est un mélange homogène de cuivre et d'étain, le vin blanc un mélange homogène d'eau et d'éthanol, l'essence un mélange homogène de divers hydrocarbures, l'air un mélange homogène de divers gaz dont le diazote et le dioxygène.
    Notons que l'on parle de mélange homogène lorsque les différents constituants sont présents dans des proportions analogues. Dans le cas contraire (c'est-à-dire lorsque l'un des constituants est très minoritaire par rapport aux autres), on parle de solution.
    Ainsi l'eau de Javel est une solution de soude et de sel de cuisine dans l'eau. Il existe également des solutions solides : celles d'indium ou d'arsenic dans le silicium très pur dans certains composants électroniques par exemple.

    On remarque que dans un mélange hétérogène, l'un des deux constituants peut lui-même être un mélange homogène. C'est par exemple le cas du blanc d'œuf (mélange d'eau et d'albumine) et de la plupart des exemples cités plus haut ("eau" du lait, "air" du brouillard...).

    En théorie, il est toujours possible de séparer les constituants d'un mélange. S'il est hétérogène, la tâche est généralement plus facile (par filtration, décantation...) que s'il est homogène. Dans ce cas, diverses techniques plus ou moins sophistiquées peuvent être employées (distillation, entraînement à la vapeur, cristallisation fractionnée...). En pratique, certains mélanges sont extrêmement difficiles à séparer. C'est le cas du cuivre et de l'étain dans le bronze, par exemple.

    Voilà mon avis, qui diffère légèrement de celui de Jean Matricon sur un certain nombre de points et notamment sur celui de la séparation et celui de l'entité physico-chimique nommée mélange homogène. Pensons par exemple aux "convention mélange" et "convention solution" employées en thermodynamique, qui justifient ce point de vue.

    Qu'est-ce que la dissolution ? Oui

    Précisons tout de même que pour bien des corps (les gaz en particulier), la solubilité diminue quand la température augmente. La solubilité d'un corps n'augmente avec la température que si sa dissolution est endothermique, c'est-à-dire provoque une diminution de la température du milieu lorsqu'elle s'opère (principe de Le Chatelier). En outre, il est des cas où on observe une "facilitation" apparente de la dissolution lorsque l'on chauffe le liquide dans lequel on cherche à dissoudre un corps, mais pour lesquels il ne s'agit que d'une accélération de la vitesse de dissolution.

    Pourquoi la bougie récemment éteinte s'enflamme-t-elle de nouveau à l' approche d'une flamme ? Oui

    C'est très simple. Après avoir éteint la bougie, la mèche en est encore très chaude. A ce moment-là, comme lorsque la bougie est encore allumée, la cire fondue monte par capillarité dans la mèche, et s'y évapore. Elle se recondense alors juste au dessus, ce qui lui procure un aspect blanchâtre : cette cire recondensée constitue en effet une partie de la "fumée" que vous avez observée.
    Lorsque vous approchez une flamme de cette fumée, la cire évaporée s'enflamme à nouveau ; la flamme se propage jusqu'à la mèche, ce qui rallume la bougie.
    Vous pouvez effectuer une expérience complémentaire (bien qu'un peu délicate) en plaçant l'extrémité d'un tube de verre dans le cœur de la flamme de la bougie, et en approchant une allumette enflammée de l'autre extrémité du tube de verre : les divers produits recueillis (dihydrogène, sous produits de combustion et cire évaporée) s'enflamment : la flamme est dédoublée, et sans l'aide d'une deuxième mèche !
    Il est en outre intéressant de rappeler sur quel mécanisme repose le fonctionnement de la bougie, dont la complexité étonne toujours les élèves. En l'absence de mèche en effet, il est impossible d'allumer une bougie. Celle-ci est indispensable pour assurer un contact entre la cire fondue et l'air oxygéné qui monte vers elle, aspiré par l'élévation des gaz de combustions chauds, moins denses que l'air ambiant. Ce n'est en effet pas la mèche qui brûle, mais bien la cire :

    désolidarisée de la cire, la mèche se consume en quelques instants, en émettant une fumée noire. Mais d'où vient la cire fondue, et comment parvient-elle à monter dans la mèche ? Elle est en fait produite par la chaleur dégagée par la combustion de la cire qui se trouve déjà dans la mèche ; en d'autres termes, la bougie entretient sa propre combustion. Ce comportement suicidaire est très différent du principe de la lampe à pétrole. Mais comme dans la lampe à pétrole, le combustible liquide, ici la cire fondue, monte dans la mèche par un phénomène complexe que l'on nomme capillarité.
    Lorsque l'on observe la flamme, par ailleurs, on remarque la présence de plusieurs couleurs, et notamment la présence d'un cône sombre juste au dessus de la mèche. La couleur jaune de la flamme provient de la présence de fines particules de carbone encore non oxydées qui, chauffées, s'ionisent et forment un plasma, dont les étapes de recombinaison produisent de la lumière visible. Quant à l'intérieur du cône, il constitue la partie la plus froide de la flamme.
    L'interprétation en est simple mais intéressante. On comprend facilement pourquoi à l'extérieur de la flamme, la température est faible : les enfants expliquent qu'à trop grande distance de la mèche il n'y a rien à brûler ; en d'autres termes, la concentration en combustible (ici les molécules de cire volatilisées, ou les produits d'oxydation incomplète de celles-ci) est trop faible pour que la combustion soit possible. Mais si l'intérieur de la flamme est plus froid que son enveloppe, c'est parce que c'est cette fois le comburant (ici, le dioxygène) qui fait défaut, étant consommé avant de pouvoir parvenir dans le cône central !
    Ainsi, la partie la plus chaude de la flamme est approximativement la région de l'espace où le produit des concentrations en combustible et en comburant est maximal, c'est-à-dire le sommet du cône sombre et son enveloppe, et non simplement la région de l'espace où la concentration en combustible est maximale...

    La pression de l'eau du robinet Oui

    Si l'on considère l'eau comme un fluide parfait (de viscosité nulle), et que l'on modélise l'ensemble des canalisations qui relient le château d'eau au robinet par un tuyau, alors en effet, le seul paramètre auquel est relié la pression de l'eau à la sortie du robinet est la différence d'altitude entre la surface de l'eau dans le château d'eau et le robinet.
    En réalité, l'eau n'est pas un fluide parfait ; il "frotte" le long des canalisations lorsqu'il s'y déplace, ce qui fait baisser sa pression, d'autant plus que les tuyaux sont plus étroits. En outre, la présence de divers dispositifs le long des canalisations peut influer sur la pression de l'eau dans le robinet : présence de filtres (qui font inévitablement baisser la pression), ou de pompes (utilisées pour augmenter la pression).
    Pour mettre cela en évidence, il est suffit d'utiliser des tuyaux de divers diamètres dans l'expérience du siphon ; et à la limite, si le tuyau est suffisamment fin, l'eau ne coule même pas car elle est retenue par capillarité à l'intérieur...

    Pourquoi l'eau chaude remonte toujours à la surface de l'eau froide ? Oui

    Il me semble que cette expérience est "scientifique valable" ; cependant, je ne suis pas certain que la différence de volume soit mesurable. Je ne connais en tout cas pas de protocole permettant de la mettre en évidence.
    Notez encore, car j'ai omis de le préciser, que l'eau froide est plus dense que l'eau chaude uniquement dans la gamme 4 °C - 100 °C. Au delà de 0 °C en effet, des agrégats d'une soixantaine de molécules d'eau existent au sein du liquide (ce sont en quelque sorte des glaçons microscopiques) ; or la densité de la glace (et donc celle de ces "microglaçons") est beaucoup plus faible que celle de l'eau, on le sait bien (les icebergs flottent sur l'eau).

    Dans la mesure où lorsque la température de l'eau s'élève au dessus de 0 °C, ces agrégats se disloquent (fondent) progressivement, cela produit un effet de contraction de l'eau. Or entre 0 °C et 4 °C, il subsiste suffisamment de ces agrégats pour compenser et inverser l'effet de dilatation thermique responsable de l'évolution de la densité de l'eau entre 4 °C et 100 °C...

    L'eau possède donc une densité maximale à 4 °C, et non à 0 °C, comme la première partie de ma réponse il y a quelques jours pouvait le laisser supposer en première approximation. Notons encore que ce phénomène permet à la vie de subsister l'hiver dans les lacs, car si l'eau à 0 °C était l'eau la plus dense, les lacs gèleraient en totalité beaucoup plus facilement. Au contraire, grâce à l'effet décrit ci-dessus, l'eau à 0 °C "protège" les couches d'eau à 4 °C en les isolant du froid de l'atmosphère, ce qui leur permet de rester liquide plus longtemps, et généralement jusqu'au printemps suivant...

    La tension de surface Oui

    J'aimerais compléter les deux très bonnes explications fournies par nos collègues, en faisant remarquer que la courbure des surfaces d'eau ne s'observe que sur les petits volumes. En effet, lorsque le volume considéré devient trop grand, l'énergie de surface (liée à la tension de surface) évoquée dans les réponses précédentes devient plus faible que l'énergie potentielle gravitationnelle (liée au poids) de l'ensemble du liquide. Celui-ci tend alors à saplatir, afin que les particules qui le constituent soient toutes le plus proche possible du sol.
    Ainsi, un lac, ou même une flaque, ne se met pas en boule, mais une goutte de rosée sur une toile d'araignée est presque sphérique. Par contre, le contenu du verre de whisky du Capitaine Haddock dans "On a marché sur la Lune" peut se mettre en boule, car à bord de la fusée lunaire, il n'y a plus de pesanteur, et le poids du whisky (et donc son énergie potentielle gravitationnelle) devient négligeable par rapport aux "effets de peau" ou "de membrane" (tension de surface) évoqués dans les réponses précédentes.
    Evidemment, l'océan est sphérique, mais c'est bien à cause de la gravitation, et non de sa tension du surface; en effet, son poids l'oblige tout simplement à s'adapter à la forme de la Terre.
    Notons encore que la nature du revêtement sur lequel est posée une goutte de liquide a un effet sur la taille maximale que peut avoir cette goutte sans qu'elle ne le "mouille" ; mais il s'agit encore d'un autre paramètre, qui s'ajoute aux deux premiers (tension de surface et poids).

    Pourquoi l'eau chaude remonte toujours à la surface de l'eau froide ? Oui

    Lorsque l'on chauffe l'eau, les particules qui la constituent (les molécules d'eau) s'agitent de plus en plus, et de ce fait, occupent un volume de plus en plus important (par analogie, songez par exemple à la différence entre le nombre de couples de danseurs de rock'n'roll et le nombre de couples de danseurs de slow que l'on peut placer sur une même piste de danse sans qu'ils se gênent).
    Ainsi, un volume donné (par exemple 1 litre) d'eau chaude (danseurs de rock) contient moins de molécules que le même volume d'eau froide (danseurs de slow) 1 litre d'eau chaude est donc plus léger qu'1 litre d'eau froide. On peut ainsi dire que l'eau chaude est "plus légère" que l'eau froide (*). De même que l'huile est "plus légère" que l'eau et remonte à la surface lorsqu'on mélange ces deux liquides, l'eau chaude remonte à la surface de l'eau froide lorsqu'on les mélange. Ce phénomène est très étonnant, car on s'attend à ce que l'eau chaude et l'eau froide se mélangent instantanément. En fait, il n'en est rien le mélange de l'eau dans l'eau se fait très difficilement, car les molécules d'eau sont très liées entre elles. Ce phénomène peut également être observé lorsque deux rivières de couleurs différentes se rencontrent, ou lorsqu'un fleuve se jette dans la mer.
    (*) En fait, il est plus rigoureux car plus précis de traduire cette notion de "légèreté" par deux grandeurs analogues appelées masse volumique (unité kg/m3) et densité (sans unité) ces deux grandeurs sont plus faibles pour l'eau chaude que pour l'eau froide (l'eau chaude est moins dense que l'eau froide).

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