L’effet sable mouillé / physique du sable humide

L’été est le moment idéal pour se promener à la plage et marcher pieds nus le long du rivage. Je suis sûre que vous avez déjà regardé vos empreintes de pas dans le sable humide ? Vous avez peut-être remarqué qu’à chaque pas, on dirait que le sable autour de vos pieds se dessèche. Savez-vous pourquoi? C’est à cause de la pression de vos pieds. Je vous propose de découvrir exactement comment cela se produit avec cette activité à faire à la plage !

Matériaux nécessaires pour l’expérience de l’effet sable mouillé

Il vous faudra :

• un bol
• du sable
• une bouteille d’eau
• deux ballons idéalement transparents ou translucides
• deux pailles transparentes
• deux élastiques
• du papier
• une cuillère
• de l’eau
• éventuellement : une règle, du ruban adhésif, un marqueur indélébile, un bécher, de bouts de bois, un entonnoir

Préparation de l’expérience

Remplissez la bouteille d’eau avec du sable sec. Vous pourrez fabriquer un entonnoir avec le papier et le placer dans le goulot de la bouteille avant d’y verser ensuite le sable.
Gonflez l’un des ballons puis placez l’ouverture du ballon sur l’embouchure de la bouteille. Retournez la bouteille et versez le sable dans le ballon. Quand tout le sable est dans le ballon, retirez le ballon. Ajoutez de l’eau au sable dans le ballon jusqu’à ce que le sable soit saturé et ne puisse plus absorber d’eau. Le sable devrait alors avoir l’air plus foncé.

🤔 Demandez aux enfants où va l’eau quand on la verse dans le sable ?

Lorsque le sable est saturé, insérez une paille dans le ballon et plantez-la dans le sable humide. Fixez la paille fermement avec un élastique autour de l’ouverture du ballon. Peu importe s’il y a de l’eau à l’intérieur de la paille.

Remplissez le second ballon d’eau. Insérez ensuite la deuxième paille dans le ballon. Encore une fois, attachez fermement la paille avec un élastique.

Déroulé de l’expérience

1. Tenez le ballon rempli d’eau par son ouverture. Gardez-le au-dessus d’un bol au cas où de l’eau se déverse. Ajoutez ensuite de l’eau dans la paille jusqu’à ce qu’elle soit remplie à moitié.
   🤔 Que pensez-vous qu’il adviendra de l’eau dans la paille lorsque vous serrez le ballon?

2. Pressez légèrement le ballon avec les mains. Observez l’eau à l’intérieur de la paille.
   🤔 Que devient l’eau à l’intérieur de la paille? Vous attendiez-vous à ce que cela se produise ?
   
3. Mettez le ballon rempli d’eau de côté et prenez le ballon rempli de sable.
   Encore une fois, ajoutez de l’eau dans la paille jusqu’à ce qu’elle soit remplie à moitié.
   🤔 Que va-t-il se passer cette fois-ci lorsque vous serrez le ballon?
   

4. Avec les deux mains, serrez le ballon autant que vous le pouvez. Observez ce qui arrive à l’eau à l’intérieur de la paille pendant que vous comprimez le sable saturé.
   🤔 Le niveau d’eau dans la paille monte-t-il, baisse-t-il ou reste-t-il le même? Pouvez-vous expliquer vos observations?
   
5. Enfin, relâchez la pression sur le ballon et secouez-le légèrement tout en observant le niveau d’eau dans la paille.
   🤔 Le niveau d’eau change-t-il encore ? Comment?

Nettoyer
Retirez l’eau du ballon rempli d’eau et jetez les deux ballons, y compris les pailles, dans votre poubelle habituelle. Vous pouvez faire sécher le sable au soleil et le réutiliser.

Bilan de l’expérience – explication

Avez-vous vu l’eau disparaître dans le ballon rempli de sable ?
Lorsque l’on presse le ballon rempli d’eau, l’eau monte dans la paille, comme prévu. Mais lorsque l’on presse le ballon rempli de sable, le niveau d’eau baisse, ce qui semble contre-intuitif. Cela se produit parce que sous la pression, les particules de sable s’éloignent les unes des autres, ce qui fait augmenter le volume du sable. Cela crée plus d’espace entre les particules de sable, dans lequel l’eau à l’intérieur de la paille peut s’écouler.

Lorsque l’on relâche la pression sur le sable et que l’on secoue un peu le ballon, les particules de sable retrouvent leur disposition initiale, plus dense. En conséquence, l’eau à l’intérieur de la paille recommence à remonter lentement à mesure que l’espace poreux entre les particules de sable diminue.

C’est exactement ce qui se passe lorsque vous faites une empreinte sèche sur du sable humide. Au fur et à mesure que votre pied applique une pression sur le sable saturé en dessous, les grains de sable se déplacent, ce qui crée plus d’espace dans lequel l’eau peut disparaître. Le sable autour de votre pied semble sec. Lorsque vous retirez votre pied et la pression sur le sable, l’eau ressort du sable.

Aller plus loin

De nombreuses plages sont faites de sable, des roches qui ont été broyées en minuscules particules par les forces du vent et des vagues. Les matériaux constitués de nombreuses minuscules particules séparées sont appelés matériaux granulaires. Même lorsque les particules de sable semblent se toucher directement, puisqu’elles sont de forme irrégulière, il y a de minuscules espaces entre elles. Ces espaces sont appelés pores. Il y a de nombreux pores entre toutes les particules de sable de la plage.

Si vous versez de l’eau sur le sable, l’eau semble disparaître dans le sable. Il ne disparaît pas réellement, mais il s’écoule dans les minuscules pores entre les grains. Une fois tous ces pores remplis d’eau, le sable est saturé, ce qui signifie que le sable ne peut plus absorber d’eau. Lorsque vous pressez ce sable saturé, vous vous attendez probablement à ce que l’eau contenue dans le sable sorte à nouveau des pores, comme ce qui se passe lorsque vous pressez une éponge humide. Cependant, ce n’est pas ce qui se passe. C’est exactement le contraire. Plus d’eau semble disparaître dans le sable ! La raison en est ce qu’on appelle la dilatance des matériaux granulaires.

La dilatance signifie qu’un matériau se dilate lorsque vous le pressez (c’est à dire que vous le mettez sous pression) au lieu de se contracter. Cela se produit parce que sous la pression, les grains de sable déjà compactés s’écartent légèrement, ce qui crée plus d’espace entre eux. Cela laisse plus d’espace pour que l’eau puisse s’écouler, ce qui entraîne une empreinte sèche sur la plage ! Une fois la pression relâchée, les grains de sable se rapprochent à nouveau, laissant moins de place à l’eau.

22 juillet 2022Expériences scientifiques, pour apprendre, technologiedilatance, expérience, physique, plage, sable, sciencePerrine