Sciences de la vie et de la Terre

----cognitifs
 : la pression et la masse volumique varient avec la profondeur
(programme de 1°S).

----méthodologiques
 : modélisation de caractéristiques du globe terrestre,
utilisation maîtrisée d’une chaîne EXAO.

Présentation de l’activité

---Les
occasions d’utiliser l’EXAO sont malheureusement peu nombreuses
en première S et terminale S (à part en spécialité).
Une utilisation moins traditionnelle de l’EXAO, en utilisant
des capteurs de grandeurs physiques comme la pression ou la
température, peut permettre de compléter les utilisations
faites en enzymologie et à propos de système nerveux.

---L’augmentation
de la pression avec la profondeur est une notion importante
en terminale S. L’augmentation de la pression et de la masse
volumique est au programme de première S. Nous montrons
comment réaliser une modélisation de l’augmentation
de masse volumique à l’aide d’un tricouche eau salée-huile-éthanol,
puis comment mesurer l’augmentation de la pression dans cet
empilement de couches de masses volumiques croissantes avec
la profondeur.

---L’activité
prend entre 30 mn et 1 H en fonction de ce qui est demandé
à l’élève.

Réalisation du montage

---Les
trois corps choisis sont l’eau
salée, dont la densité est, en fonction de la
quantité de NaCl que l’on y a dissous, entre 1 et 1,3,
l’huile, de densité 0,9 et l’éthanol, de densité
0,8 environ. Les liquides sont disposés comme indiqué
ci-dessous. Les quantités sont mesurées en centimètres
dans l’éprouvette.

Le montage

---Il
n’est pas facile d’empiler trois liquides sans qu’ils se mélangent.
L’huile, non miscible avec l’eau salée et l’éthanol,
permet de maintenir l’édifice. Chaque ajout de liquide
doit se faire doucement, en inclinant l’éprouvette, de
façon à les mélanger le moins possible.

Réalisation des mesures

---L’extrémité
de la sonde à pression est un tuyau de plastique souple
de diamètre 5 mm environ. On fixe le tuyau à une
tige (métallique) de façon à le rendre
rectiligne et rigide. La fixation peut se faire avec des anneaux
de scotch, qui tiennent bien pendant les mesures. La tige est
fixée sur un support qui permer de la faire descendre
centimètre par centimètre, sans à-coups
et avec un total de 15 cm. On peut huiler le support pour un
meilleur glissement. On peut aussi mettre l’éprouvette
sur un élévateur à croisillons.

---Le
fait que le volume de la sonde et de la tige rigide qui la supporte
ne soit pas négligeable devant le liquide situé
dans l’éprouvette fait monter ce liquide. Ainsi, si on
enfonce la sonde de 1 cm, elle sera finalement à 1,1
ou 1,2 cm sous le niveau de l’éthanol, ce qui fausserait
la mesure si on n’effectuait pas de correction. On ne peut donc
pas coller une règle en papier sur l’éprouvette.
Le plus simple est de tracer des traits au feutre sur le tuyau
de la sonde tous les centimètres. La précision
et la finesse du trait sont importantes mais il faut rappeler
que l’existence d’un ménisque à la surface du
liquide rend illusoire une grande précision dans les
mesures.

---L’idéal
serait une mesure dans un récipient plus grand, mais
cela utiliserait trop de produits. On peut laisser les élèves
manipuler avec l’éprouvette et permettre à un
groupe de travailler dans un bécher assez large pour
réaliser une mesure sans le ménisque.

Exploitation
des résultats

---Une
fois les mesures faites, le travail demandé à
l’élève dépendra de ce qu’on lui aura dit
au sujet de la modélisation. S’il ne connaît pas
les masses volumiques des trois corps, on peut les lui faire
calculer à partir des valeurs du tableau de mesure. On
peut aussi demander de retrouver la situation modélisée
par le montage sur une coupe comme la suivante :

---On
peut également travailler sur l’impression du graphique
que l’on a obtenue avec le logiciel qui pilote la sonde ou avec
un tableur. On peut faire tracer les tangentes aux portions
de la courbe correspondant aux différents corps liquides,
comme ci-dessous. La courbe réelle est un peu moins nette
que la courbe théorique, mais les tangentes sont en général
dans le bon ordre.