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d'un sable


Date de la dernière modification
: 6-02-2017

    Comme c'est bien souvent le cas, le pouvoir filtrant et la porosité d'un sable sont deux expériences qu'il faut montrer aux élèves car elles sont pédagogiquement très intéressantes, mais pour lesquelles on ne dispose que rarement d'un matériel adapté. Je vous propose 2 montages - qui pour une fois ne sont pas en verre - qui vous permettront, pour une somme insignifiante, d'avoir un matériel facile d'emploi et toujours disponible.

I - Pouvoir filtrant d'un sable

1 - Le matériel

   J'ai utilisé du panneau stratifié blanc de 20 mm d'épaisseur pour la base, de 5 mm pour le reste. Il y a certainement un atelier dans votre lycée ou collège. Renseignez-vous auprès de l'intendance et, si possible, demandez que l'on vous découpe les différents éléments.

*  1 x 40 x 20 cm pour la base, en 20 mm d'épaisseur. Tout ce qui suit en 5 mm.

*  1 x 40 x 30 cm pour le panneau arrière

2 x 19 x 14 cm pour les côtés verticaux

1 x 14 x 40 cm pour la partie supérieure horizontale

colle à bois et pointes

fil de fer épais ou tige filetée de 3 mm de diamètre environ

3 bouteilles vides en plastique (préférez les bouteilles rigides, type Badoit)

3 béchers de 1 litre (vous en avez certainement dans votre laboratoire)

3 morceaux de 5 cm de tasseau de 1,5 x 2 cm

3 morceaux de 5 cm de baguette d'angle, comme ci-dessous. 



2 - Le montage

    Opération préalable : il faut découper, dans la plaque de 14 x 40 cm, 3 trous d'un diamètre de 6,5 cm.

Patron pour la découpe

Quand la découpe est terminée, inclinez les bords avec une râpe à bois.

Vous pouvez maintenant procéder à l'assemblage. Commencez par fixer les 2 côtés de 19 (hauteur) x 14 cm.

     Fixez ensuite la plaque perforée, puis la partie verticale arrière. Si vous placez une bouteille (tête vers le bas) dans l'un des trous, vous constatez qu'elle manque de stabilité.

     Pour y remédier, nous allons maintenant fixer 3 supports sur la plaque verticale, constitués par les 3 petits morceaux de tasseau et de baguette d'angle.

     Afin que ces supports soient correctement positionnés, placez d'abord la bouteille, puis faites une marque avec un crayon. Le schéma suivant vous montre comment fixer ce support : d'abord le tasseau, puis la baguette d'angle.

   Notre bouteille est maintenant stabilisée vers l'arrière, mais pas vers l'avant. D'où l'intérêt de placer un fil de fer, ou mieux encore une tige filetée que l'on tord pour qu'elle ait la bonne dimension.

   Cela suppose que l'on ait préalablement percé la plaque verticale de 2 trous pour chaque bouteille, comme le montre le schéma.

   L'avantage de la tige filetée est qu'elle permet une fixation très facile par un contrécrou de chaque côté de la plaque.

3 - Mise en route de l'expérience

     Avec un cutter ou des ciseaux, ôtez le fond des bouteilles. Avant de les remplir, n'oubliez pas de fermer le goulot avec de la gaze ou un treillis fin en plastique.

     La bouteille n° 1 est remplie avec un gravier fin. Dans la n° 2, mettez un sable grossier. Enfin, la bouteille n° 3 sera remplie de sable très fin.

     Pour la démonstration devant les élèves, j'utilise un mélange de sable rouge et de terre arable sur lequel je verse de l'eau. En remuant bien, on obtient un jus noirâtre que l'on verse dans les 3 bouteilles.

                                                           

N° 1 : liquide trouble                    N° 2 : liquide plus clair                     N° 3 : liquide limpide

  II - Porosité d'un sable

1 - Le matériel

   Même matériau que précédemment, c'est-à-dire du panneau stratifié blanc de 20 mm d'épaisseur pour la base, de 8 mm pour le reste.

*   1 x 42 x 21,8 cm pour la base, en 20 mm d'épaisseur. Tout le reste en 8 mm d'épaisseur.

*   2 trapèzes pour les côtés (schéma) - on peut simplifier avec des rectangles ; revoir alors les mesures en conséquence.

*   1 x 12 x 42 cm pour le renfort arrière, indispensable pour la solidité du montage.

*   1 x 10 x 42 cm pour le support des entonnoirs. 

        

     Comme pour le premier montage, il faut d'abord percer 3 trous de 6,5 cm de diamètre qui serviront de supports pour les entonnoirs. Quand les trous seront faits, inclinez les bords avec une râpe à bois (facultatif).

2 - L'assemblage

Schéma du support terminé

   C'est une opération relativement simple. On fixe d'abord les 2 côtés en forme de trapèze. Il reste à l'arrière un espace de 8 mm. C'est normal, il est prévu pour fixer la planchette de 12 x 42 qui assurera la stabilité de l'ensemble.

3 - Principe de la manipulation

Les 3 entonnoirs sont remplis à ras bord avec des matériaux différents et secs

*    Entonnoir n° 1 : gravier assez fin

*    Entonnoir n° 2 : sable grossier

*    Entonnoir n° 3 : sable fin à très fin

     On verse ensuite (il est préférable d'avoir une quatrième éprouvette graduée) la même quantité d'eau dans chaque entonnoir, soit 100 mL.

     Après quelques minutes, on lit la quantité d'eau présente dans chaque éprouvette : plus de 50 cm3 dans la première, environ 20 cm3 dans la deuxième, rien dans la troisième.

     De nombreuses applications sont possibles, notamment le pouvoir de rétention d'eau : il suffit de calculer le volume de sable (donc le volume de la partie conique de l'entonnoir) et, connaissant le volume d'eau rejeté, on peut calculer le pourcentage d'eau "gardé" par le substrat.

     Tout dépend du niveau des élèves, on peut exploiter ces résultats pour une approche de la nappe phréatique.


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