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La mystérieuse "boule jaune"

lundi 7 mars 2005, par Bertrand Posnic

Situation déclenchante

Le maître introduit en classe un drôle de mélange dans un flacon fermé : une "boule jaune" surnage dans un liquide transparent.

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Comment pourriez-vous réaliser ce mélange ?

Séance 1

(se poser des questions)

Matériel pour le maître :

Le curieux mélange : 10mL d’eau, 5mL d’huile, 10mL d’alcool à brûler (ou alcool à 70°C dilué)

2- Phase 1 : (travail par groupe)2

Le maître propose aux élèves d’examiner de près le mélange puis de faire par groupe des propositions de liquides qui pourraient permettre de le réaliser.

Commentaires des maîtres :

Dans un premier temps, Le flacon est fermé et il n’est pas permis de l’agiter. Les élèves puisent des informations à partir des couleurs remarquables du mélange.

2- Phase 2 : (collectif)2

Bilan des échanges verbaux. Chaque groupe énonce ses propositions argumentées.

Commentaires des élèves :

il faut sans doute de l’eau (transparence), peut-être du sirop, de l’huile ou du liquide vaisselle (qui sont souvent de couleur jaune).

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D’après Stéphanie, CM1

2- Phase 3 : (travail par groupe)2

Matériel pour chaque groupe :

Flacons remplis des liquides proposés

Un entonnoir

Un portoir

Des tubes à essais en plastique,

Une éponge.

Le maître remet à chaque groupe des flacons remplis des liquides suggérés. Il leur propose de trouver un moyen de faire le mélange de la "boule jaune".

Commentaires des maîtres :

l’huile d’olive est à préférer à tout autre type d’huile.

2- Phase 4 : (collectif)2

Bilan des tâtonnements.

Q : Qu’avez-vous trouvé ? Que peut-on remarquer ?

Les élèves commentent ce qu’ils ont découvert en tâtonnant, guidés par le maître.

Commentaires des élèves :

ils ne se mélangent pas tous.

Dans l’eau, l’huile reste toujours au-dessus, même si on rajoute de l’eau.

Le sirop se mélange bien dans l’eau, sauf si on l’introduit dans l’eau : il a alors tendance à descendre dans le fond du flacon.

Si on agite, le mélange se fait bien, et les liquides ne se séparent plus. On constate la même chose avec le liquide vaisselle.

Si on agite, on obtient de l’eau "savonneuse".

Conclusion provisoire des élèves :

s’il y a bien de l’eau, le « liquide jaune » du « curieux mélange » ne risque pas d’être du sirop ou du liquide vaisselle, mais plutôt de l’huile.

2- Phase 5 : (collectif)2

Le maître recentre la recherche en amenant les élèves à se questionner.

Q : quelles questions vous suggèrent vos récentes découvertes ?

Commentaires des élèves :

Pourquoi l’huile ne se mélange pas à l’eau ?

Comment pourrait-on mettre de l’eau « au -dessus » de l’huile ?

S’agit-il vraiment d’eau « au-dessus » de la « boule jaune » du mélange ?

2- Phase 6 : (individuel ou par groupe)2

Chaque élève fait état sur son cahier d’expériences des manipulations qu’il a effectuées, ainsi que des constatations et conclusions établies.

Séance 2 : (approfondir la recherche)

2- Phase 1 : (collectif)2

Le maître fait rappeler à la classe par l’intermédiaire d’un élève, l’état actuel des découvertes faites par la classe.

2- Phase 2 : (travail par groupe)2

Le maître propose aux élèves d’ouvrir chaque flacon en prenant des précautions.

Il signale qu’il n’est pas permis de « goûter » le mélange.

2- Phase 3 : (collectif)2

Matériel pour le maître :

Un flacon d’alcool à brûler,

Un flacon de vinaigre incolore,

Un flacon d’eau salée,

Un flacon de liquide vaisselle incolore.

Le maître invite chaque groupe à faire ses remarques.

Commentaires des élèves :

on sent une forte odeur.

Cela ressemble à un produit d’entretien.

Ce n’est pas de l’eau, car celle-ci n’a pas d’odeur.

Le maître a préparé trois liquides incolores dans des flacons fermés sans en préciser le contenu (alcool à brûler ou alcool à 70°C incolore dilué), vinaigre incolore, eau salée, liquide vaisselle incolore).

Il prend à nouveau soin de rappeler aux élèves de ne pas porter ces liquides à la bouche.

Les élèves doivent repérer le liquide dont ils ont perçu l’odeur.

Commentaires des maîtres :

les élèves repèrent aisément l’alcool utilisé.

2
- Phase 4 : (travail par groupe)
2

Matériel pour chaque groupe :

Même matériel que lors de la phase 3 de la séance 1, excepté le flacon d’eau.

Un flacon d’alcool à brûler (ou d’alcool à 70°C incolore).

Les élèves tentent à nouveau de réaliser le « curieux mélange ».

2- Phase 5 : (collectif)2

Le maître invite les élèves à faire part de leurs constatations.

Commentaires des élèves :

cette fois-ci, lorsqu’on mélange le nouveau liquide avec l’huile, ils se séparent toujours, mais c’est l’huile qui reste « en dessous ».

Le liquide vaisselle et le sirop se mélangent au nouveau liquide si on agite les mélanges, comme avec l’eau.

Conclusion provisoire :

Le nouveau liquide ne se mélange pas non plus à l’huile, et se trouve toujours « au-dessus ».

Il doit y avoir dans le « curieux mélange », de l’eau, de l’huile et aussi du liquide « odorant ».

Pour réussir à faire le mélange, il faut sans doute déposer les liquides d’une certaine façon.

Le maître donne le nom du liquide utilisé, et précise à nouveau qu’il ne doit pas être porté à la bouche.

2- Phase 6 : (individuel ou par groupe)2

Chaque élève fait état sur son cahier d’expériences des manipulations qu’il a effectuées, ainsi que des constatations et conclusions établies.

Séance 3

(établir un protocole expérimental)

2- Phase 1 : (collectif)2

Le maître demande à un élève de faire le bilan des recherches effectuées.

2- Phase 2 : (travail par groupe)2

Le maître précise qu’ils pensent désormais que le « curieux » mélange est composé vraisemblablement d’huile, d’alcool à brûler (ou alcool à 70°C incolore) et d’eau.

Il leur reste à le vérifier en cherchant à le réaliser.

Les élèves doivent imaginer par groupe les différentes façons de composer le mélange, en argumentant.

2
- Phase 3 : (collectif)
2

Le maître fait le bilan des propositions de chaque groupe.

Commentaires des élèves :

1. On mélange la même quantité d’eau et d’alcool, puis on ajoute de l’huile, dans un tube plastique.

L’huile pourrait « descendre » à la limite entre l’alcool et l’eau, si ces deux liquides se séparent.

2. On dépose dans l’ordre, de l’eau, de l’huile, puis de l’alcool, puisqu’on a constaté que l’eau était toujours « en dessous » de l’huile, contrairement à l’alcool.

La quantité d’alcool déposée dépendra du « comportement » de l’huile dans le mélange.

3. On mélange la même quantité de chaque liquide dans un tube, puis on mélange le tout.

Si les liquides se séparent bien, on devrait obtenir le résultat souhaité.

2- Phase 4 : (travail par groupe)2

Matériel pour chaque groupe :

3 flacons comportant de l’alcool, de l’eau, de l’huile,

1 entonnoir,

1 portoir,

3 tubes à essais en plastique,

1 éponge (ou du papier absorbant).

Les élèves expliquent sur leur cahier d’expériences, les trois « manières » de réaliser le mélange, puis s’exécutent.

2- Phase 5 : (collectif)2

Le maître propose de faire un bilan de l’expérimentation menée.

Expérience avec les observations

Interprétation et conclusion

1. L’huile reste au-dessus du mélange eau-alcool.

L’eau et l’alcool semblent très bien se mélanger puisqu’on ne voit rien qui pourrait nous faire penser qu’ils se séparent, même si on laisse reposer le mélange obtenu.
Cette expérience n’est pas concluante.

L’eau et l’alcool se mélangent très bien.

2. Si on prend des précautions (en versant l’alcool lentement), on arrive à former trois couches distinctes de liquides. Pour autant, l’huile ne forme pas une « boule ».
Cette technique semble fonctionner, sans qu’il soit nécessaire d’utiliser une quantité d’alcool égale à celle de l’eau. On peut penser qu’il s’agit de la bonne technique, toutefois, pour obtenir une « boule », il faudrait peut-être utiliser un autre contenant.

3. On observe la même chose que dans la première expérience.
Cette expérience n’est pas concluante.

2- Phase 6 : (individuel ou par groupe)2

Chaque élève complète le compte rendu de l’expérimentation menée sur son cahier d’expériences, en précisant ce qu’il a observé, ce qu’il peut en dire, et les questions qu’il se pose.

Commentaires des maîtres

Il est une question qui émerge non pas comme une question, mais souvent comme une affirmation pour mieux décrire ce qu’il ont observé.

Il faut donc pouvoir les amener à se poser la question pour entrer dans une nouvelle et passionnante investigation.

L’huile est-elle plus légère que l’eau ?

L’alcool est-il plus léger que l’huile ?

L’alcool est-il plus léger que l’eau ?

L’eau et l’alcool se mélangent-ils ? (Bien évidemment, pour traiter ces questions, il faut amener les élèves à comparer des masses de liquides identiques).

Séance 4 :

2- Phase 1 : (collectif)2

Le maître fait rappeler aux élèves les découvertes faites à l’occasion des séances précédentes.

Le maître introduit les termes « miscible » et « non miscible ». Des questions restent en suspens pour les élèves.

Pour quelle(s) raison(s), l’huile et l’eau ne sont pas miscibles ?

Pour un volume donné, les liquides ont-ils des masses différentes ? La deuxième question, plus productive, pourra être retenue par le maître.

2- Phase 2 : (travail par groupe)2

Les élèves recherchent par groupe des explications possibles à ce qu’ils ont observé.

2- Phase 3 : (collectif)2

Mise en commun des échanges verbaux au sein des groupes.

Commentaires des élèves :

Tout se passe comme si l’huile était plus "légère" que l’eau et plus "lourde" que l’alcool, quels que soient les volumes de liquides utilisés.

2- Phase 4 : (travail par groupe)2

Recherche d’une expérience au sein des groupes permettant de valider l’hypothèse énoncée.

2- Phase 5 : (collectif)2

Le maître propose à chaque groupe de présenter l’expérience qui permettrait de vérifier l’hypothèse.

Commentaires des élèves :
Si l’hypothèse est vraie, alors un même volume d’alcool serait plus "léger" qu’un même volume d’eau.

2- Phase 6 : (travail par groupe)2

Les élèves mettent en œuvre l’expérience proposée.

2- Phase 7 : (collectif)2

Le maître propose aux élèves de faire un bilan.

Commentaires des élèves :

Pour un même volume, l’alcool est plus léger que l’eau.

L’huile et l’eau ne sont pas miscibles, l’huile et l’alcool ne le sont pas davantage, mais l’eau et l’alcool sont parfaitement miscibles.

On ne sait pas pourquoi certains le sont et d’autres pas.

Commentaires des maîtres :

les raisons qui expliquent les faits observés ne sont pas toutes à la portée des élèves.

La notion de densité (ou de masse volumique) n’est pas au programme de l’école élémentaire.

2- Phase 8 : (individuel ou par groupe)2

Les élèves font un bilan écrit sur leur cahier d’expériences de leurs observations.

Commentaire de l’IUFM (L Poullain)

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Ce livre paru aux Editions EDP relate les leçons expérimentales que Marie Curie donnait à ses enfants et quelques élèves (dont Isabelle Chavannes, l’auteur)

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On peut aussi exploiter cet article en classe.

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