Idée d'expérience pour mon tpe ?

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Suigetsu
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idée d'expérience pour mon tpe ?

par Suigetsu » 30 Oct 2014, 03:51

Bonjour, je travail actuellement sur un tpe portant sur le sable. Cependant je n'ai pas d'idée d'expériences :/ la seule que j'ai réussi à trouver concerne le volume de "vide" d'une certaine quantité de sable que je compte ensuite comparer à la quantité totale de sable d'une plage proche de mon lycée...
Vous auriez des idées par hasard ?



Monsieur23
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par Monsieur23 » 30 Oct 2014, 11:39

Aloha,

Peut-être compliqué, mais le temps d'écoulement du sable dans un sablier, selon la forme du sablier ?
« Je ne suis pas un numéro, je suis un homme libre ! »

Mathusalem
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par Mathusalem » 30 Oct 2014, 14:24

Pour un sable donné, étudier la rigidité d'une structure 'château de sable' en fonction de l'eau qui y est ajoutée.

En gros, tu construis des pilliers de sables selon un protocole que tu fixes dès le départ, en ne variant que la quantité d'eau que tu y ajoutes. Ensuite tu compresses les pilliers de façon contrôlée - tu mets une planche dessus et tu rajoutes des poids au fur et à mesure - et tu regardes pour quel poids la colonne s'écroule.

sylvainp
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par sylvainp » 30 Oct 2014, 14:30

Bonjour,

Il y a beaucoup d'expériences à faire sur les milieux granulaires, regarde sur ce lien quelques idées

http://fr.slideshare.net/sterengiannini/tipe-les-milieux-granulaires

Black Jack
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par Black Jack » 30 Oct 2014, 17:55

Il me semble qu'on pourrait remplir à moitié un récipient de volume connu avec du "sable sec" (exemple, mettre 0,5 dm³ de sable sec dans un récipient gradué d'un litre)

On ajoute ensuite 0,5 L d'eau (qu'on mesure avec un autre récipient) dans le récipient contenant le sable.

... On mélange bien la bouille sable + eau (sans faire déborder)

Et puis on mesure le volume total occupé par l'eau et le sable. (facile puisque le mélange est dans un récipient gradué).

Ce volume devrait être très sensiblement inférieur à 1 L

Ce "delta volume" est celui qui était occupé par l'air dans le sable sec et on peut donc ainsi trouver le pourcentage volumique d'air dans les interstices des grains de sable sec.

Il faudrait probablement faire cette expérience en faisant varier le volume d'eau ajoutée pour affiner le résultat.
*****

Vérifier si cette idée n'est pas farfelue.

:zen:

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Sake
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par Sake » 30 Oct 2014, 18:20

Quelle est la problématique ?

Suigetsu
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par Suigetsu » 30 Oct 2014, 18:54

Nous n'avons pas encore de problématique, selon notre prof, celle-ci sera déterminée à la fin de notre tpe (ça me semble étonnant et pas très logique mais bon). En fait ce que nous aurions aimé faire, c'est déterminer quelque chose qui peut être utile dans le quotidien, donc l'écoulement du sable dans un sablier, je ne sais pas trop si ça peut-être intéressant. Pareil pour la solidité d'une structure en sable, je ne vois pas trop à quoi cela peut aboutir...
Ensuite sylvainp, j'ai regardé ton lien mais ça me semble un peu compliqué quand même :o je ne connait strictement rien au sujet.
Black Jack, je n'ai pas vraiment compris ton expérience, en fait tu veux montrer que la somme du volume du sable et de l'eau est supérieure au volume du sable et de l'eau mélangé ?

Merci de votre aide

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Sake
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par Sake » 30 Oct 2014, 18:58

Ton prof est pas logique du tout.
Il faut absolument un sujet et une problématique qui va être la colonne vertébrale de votre TPE. C'est elle qui va vous faire vous poser les questions : "Qu'est-ce que je fais ?", "Où est-ce que je vais ?" et "Comment j'y vais ?"

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Sake
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par Sake » 30 Oct 2014, 19:02

Moi j'aurais pensé à "Mécanique du transport du sable". On peut s'intéresser aux stries formées par le vent, analyser ces stries. On peut aussi essayer de comprendre ce qui fait qu'on puisse avoir - c'est rare - un peu de sable dans l'air lorsqu'un courant d'air chaud remonte du Sahara (tempête de sable).

Suigetsu
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par Suigetsu » 30 Oct 2014, 19:14

Je sais pas :s faudrait voir mais comme ça ça ne m'emballe pas du tout :s

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Sake
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par Sake » 30 Oct 2014, 19:16

Moi ce qui me gène, c'est que trop de gens voient le côté utilitaire des sciences, et pas leur beauté intrinsèque.
N'importe quel sujet peut être bien mené, s'il est mené avec passion et efficacité, qu'il traite un aspect utilitaire ou non.

sylvainp
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par sylvainp » 30 Oct 2014, 21:26

L'idée que tu avais sur le volume de vide est très bien pour commencer, ça consiste à déterminer la "porosité" de ton milieu, à savoir le sable. Idéalement tu pourrais trouver différents types de sables, voire même des petits graviers et comparer tout ça.
En fait c'est l'expérience que propose aussi BlackJack mais je pense qu'on peut l'améliorer pour être plus précis. Le problème dans ce que propose Blackjack c'est qu'on risque d'ajouter un volume d'eau (0,5L) supérieur au volume de vide du sable que tu mets. La solution c'est de mettre une certaine quantité de sable dans le récipient gradué et d'ajouter petit à petit de l'eau jusqu'à ce que le niveau de l'eau atteigne la surface supérieure du sable. Et bien sûr on a mesuré précisément quelle quantité d'eau on a ajouté.
Tu peux faire ça avec différents types de sables.

Sinon il y a tout un tas d'expériences accesibles pour mettre en évidence les "chaînes de forces" dans le milieu (tu peux chercher un peu sur ça), ou encore la sédimentation, qui caractérise comment des grains de différentes tailles se répartissent quand on fait tomber du sable avec des grains de plusieurs tailles.

Sinon une des propriétés du milieu c'est sa perméabilité (le sable est un milieu poreux : des grains solides + du vide), recherche sur google la loi de Darcy, qui est assez simple et accessible pour un lycéen. Elle dit que dans un milieu poreux (comme le sable), si tu fais s'écouler lentement un liquide (de l'eau pour toi), il y a un lien de proportionnalité entre le débit d'écoulement et la "pression" que tu auras exercée pour mettre en mouvement le liquide. Le coefficient de proportionnalité est la perméabilité du milieu (on la note K) et elle caractérise le milieu.

Concrètement je pense qu'il y a un truc facile à faire avec un tube rempli de sable et de l'eau qu'on ferait s'écouler sur une hauteur H (la pression hydrostatique impose l'écoulement), il faut réfléchir à quelque chose de facile à mettre en place.

Black Jack
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par Black Jack » 30 Oct 2014, 22:10

sylvainp a écrit:L'idée que tu avais sur le volume de vide est très bien pour commencer, ça consiste à déterminer la "porosité" de ton milieu, à savoir le sable. Idéalement tu pourrais trouver différents types de sables, voire même des petits graviers et comparer tout ça.
En fait c'est l'expérience que propose aussi BlackJack mais je pense qu'on peut l'améliorer pour être plus précis. Le problème dans ce que propose Blackjack c'est qu'on risque d'ajouter un volume d'eau (0,5L) supérieur au volume de vide du sable que tu mets. La solution c'est de mettre une certaine quantité de sable dans le récipient gradué et d'ajouter petit à petit de l'eau jusqu'à ce que le niveau de l'eau atteigne la surface supérieure du sable. Et bien sûr on a mesuré précisément quelle quantité d'eau on a ajouté.
Tu peux faire ça avec différents types de sables.

Sinon il y a tout un tas d'expériences accesibles pour mettre en évidence les "chaînes de forces" dans le milieu (tu peux chercher un peu sur ça), ou encore la sédimentation, qui caractérise comment des grains de différentes tailles se répartissent quand on fait tomber du sable avec des grains de plusieurs tailles.

Sinon une des propriétés du milieu c'est sa perméabilité (le sable est un milieu poreux : des grains solides + du vide), recherche sur google la loi de Darcy, qui est assez simple et accessible pour un lycéen. Elle dit que dans un milieu poreux (comme le sable), si tu fais s'écouler lentement un liquide (de l'eau pour toi), il y a un lien de proportionnalité entre le débit d'écoulement et la "pression" que tu auras exercée pour mettre en mouvement le liquide. Le coefficient de proportionnalité est la perméabilité du milieu (on la note K) et elle caractérise le milieu.

Concrètement je pense qu'il y a un truc facile à faire avec un tube rempli de sable et de l'eau qu'on ferait s'écouler sur une hauteur H (la pression hydrostatique impose l'écoulement), il faut réfléchir à quelque chose de facile à mettre en place.


Le problème dans ce que propose Blackjack c'est qu'on risque d'ajouter un volume d'eau (0,5L) supérieur au volume de vide du sable que tu mets.

Ce n'est pas grave... c'est même indispensable.

Supposons (dans mon exemple) que le volume final mesuré soit 0,7 dm³.

Le sable est saturé en eau et il y a donc le l'eau en "trop" qui reste au dessus du sable, mais cela ne rend pas (bien au contraire) l'essai bancal.

On pourra conclure de l'essai, qu'il y avait 1 - 0,7 = 0,3 dm³ d'air dans le sable de départ.

Et donc que 0,5 dm³ de sable sec est constitué de 0,2 dm³ de sable (matière) et de 0,3 dm³ d'air (contenu dans les interstices entre les grains de sable).

(Je donne évidemment ces valeurs sans savoir ce qu'on trouvera vraiment)
*****

Le fait qu'il ait un "surplus" d'eau (donc de l'eau au dessus du sable) est même obligatoire pour être sûr que le sable après mélange est bien alors sans air.

Mais ce surplus (obligatoire) ne doit pas quand même être trop grand pour éviter les imprécisions dans les mesures.
*****

:zen:

sylvainp
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par sylvainp » 30 Oct 2014, 23:09

Salut,

Le risque selon moi en ajoutant plus d'eau c'est que tu risques de casser la structure du milieu, en surface notamment, mais peut-être pas effet. C'est ce que tu disais sur le "mélange de la bouille" qui m'inspirait de faire différemment, car dans ce cas on casse totalement la structure du milieu et les grains de sable n'adhèrent plus du tout les uns aux autres.

Suigetsu
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par Suigetsu » 31 Oct 2014, 19:25

J'ai trouvé la loi de Darcy très complexe avec des formules franchement effrayentes pour une personne novice comme moi :( du coup je ne sais pas si c'est judicieux de s'orienter dans cette voie

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Sake
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par Sake » 31 Oct 2014, 19:35

Nous, on avait touché à la formule de Bernoulli en 1ère dans notre TPE en aéronautique, alors Darcy...
C'est juste l'étude de la diffusion d'un fluide en milieu poreux... On te demande pas de redémontrer la formule, mais de savoir expliquer à quoi elle rime. Et ça, c'est très intéressant pour l'esprit physique.

Edit : En plus, ça a des applications concrètes, comme l'extraction du pétrole. Ce serait franchement bien joué de se servir du sable comme d'un prétexte pour une telle étude.

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par sylvainp » 31 Oct 2014, 20:30

http://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Darcy

Le schéma et la formule dans l'onglet "formulation" sont accessibles pour des lycéens. Et c'est sûrement faisable de mettre en place une manip semblable.
Il n'y aura pas de voie simplissime quoi qu'il arrive tout à l'air effrayant au début !

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Ben314
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par Ben314 » 31 Oct 2014, 22:08

Suigetsu a écrit:...En fait ce que nous aurions aimé faire, c'est déterminer quelque chose qui peut être utile dans le quotidien...
Si tu veut absolument pouvoir dire que ton truc est "utile au quotidien", tout les calculs concernant la quantité de "vide" qu'il y a dans les différents types de sables (en fonction de la granulométrie, mais aussi de la provenance du sable...) sont utiles dans le bâtiment pour la confection des différents mortiers (=sable+ciment+eau) et des différents bétons (=gravier+sable+ciment+eau).
Qui n'entend qu'un son n'entend qu'une sonnerie. Signé : Sonfucius

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par Suigetsu » 01 Nov 2014, 21:34

Oui, le bâtiment ça pourrait être très intéressant à évoquer aussi :) mais je continue de pense que cette fameuse loi de Darcy serait un risque bien trop grand sachant que nous ne la maitrisons pas, donc pour l'expliquer :s c'est peut-être tenter le diable je pense

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Sake
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par Sake » 02 Nov 2014, 00:30

On t'aidera à la comprendre t'inquiète. Mes camarades et moi avons été livrés à nous-même devant certains théorèmes de mécanique des fluides, et nous avons passé des heures à essayer de comprendre ce dont il s'agissait, notamment en regardant des vidéos explicatives sur le net. Avec de l'envie et un peu de motivation, c'est largement faisable.

 

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