Les sables mouvants 

Expériences

Dans un premier temps, nous avons essayé de reproduire un sable mouvant en utilisant de l’argile naturelle, du sable et de l’eau salée. Nos recherches nous ont amenés à penser que les quantités étaient de 40% de sable, 50% d’eau et 10% d’argile, mais nous avons été très déçus : cette expérience a échoué.

Donc nous avons décidé de faire nos expériences à partir d’amidon de maïs ou maïzena qui est un fluide non newtonien

 

Sa formule chimique est C6 H10 O5 ; sa densité est de 1,2.

 

Quand on applique une force au mélange, il devient solide et dès qu’on arrête, il devient liquide.

 

Le mélange maïzena–eau  n’est pas un fluide thixotrope mais un fluide rhéoépaississant. 

 

    Un fluide rhéoépaississant est un fluide liquide et solide. Lorsque le fluide rhéoépaississant est au repos (c'est à dire que l'on exerce aucune force sur lui) le fluide est liquide, mais reste assez visqueux.

 

    Maintenant, lorsque l'on n'exerce une force sur ce fluide, il va se solidifier. (Quand on agite fortement la solution liquide, elle devient plus visqueuse et peut se gélifier)

 

    Comme vous pouvez le constater, les sables mouvants sont constitués de petites billes d’argile (en marron) et de sable (en jaune et blanc) en suspension dans de l’eau. C’est la structure lorsqu’aucune force n’est exercée sur le sable mouvant en question. Le mélange est ici au repos, à ce moment-là, le fluide est liquide.

    La structure microscopique des sables mouvants est la même que la structure du mélange maïzena-eau, les grains de sable et d'argile sont les grains de fécule de maïs dans le mélange maïzena-eau.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cette vidéo prouve qu’un fluide non newtonien réagit en fonction de la masse, de la surface, du volume, de la densité .

De plus, dès qu’on applique une force sur le mélange, il devient plus visqueux et tend à se solidifier et dès qu’on arrête, il devient liquide .

 

 

 

Structure microscopique du sable mouvant

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

Maintenant, lorsque nous exerçons une pression sur les sables mouvants, les billes vont se resserrer entre elles, se compacter et ainsi créer une surface solide. Comme les billes se resserrent entre elles, le mélange va devenir solide.

    Mais lorsqu'il n'y a plus de pression, les billes vont s'espacer entre elles et l'eau va revenir entre les billes, comme sur l'image montrée juste au-dessus.

 

Structure microscopique du sable mouvant sous pression

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ensuite

Nous avons ensuite testé sur un mélange de 40% de sable, 50% d’eau et 10% d’argile et cela a fonctionné !

 

Comment a t-on réussi : Le protocole expérimental

1- Remplir un bécher de 500 mL d'eau

2- Chauffer l'eau et la saler 

3- Prélever 400 grammes de sable fin et le verser dans un second bécher

4- Prélever 100 grammes d'argile dans un autre bécher

5- Mélanger l'eau , l'argile et le sable fin dans un grand récipient 

6- Laisser le mélange décanter et enlever le surplus d'eau à la surface du sable mouvant à l'aide

d'une éponge par exemple

 

 

1) L’enfoncement en fonction de la masse

 

Hypothèse:    Plus la masse est élevée, plus le corps s'enfonce rapidement.  

Dans cette expérience, nous avons utilisé deux objets de masses différentes .

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nous constatons alors que l’objet plus léger s'enfonce moins. 

Notre hypothèse est prouvée. Effectivement, d'après cette expérience nous observons que plus une masse est grande, plus elle s'enfoncera vite dans un sable.

 

2) L’enfoncement en fonction de la surface

 

 

Hypothèse: Si deux solides de même masse mais de surfaces différentes sont placés sur un sable mouvant, celui dont la surface est la plus réduite s’enfoncera plus vite que l’autre

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Notre hypothèse est prouvée.

Plus la surface de contact augmente, plus le poids est réparti. La structure du sable mouvant est faiblement altérée en de multiples endroits. Cela vaut mieux que d'être fortement altérée en un point précis. Quand la pression exercée sur le sable est intense, le solide coule vite. Quand la pression exercée sur le sable est répartie, le solide coule très peu

C'est pour cela qu'il est recommandé de s'allonger sur le dos pour ralentir la vitesse d'enlisement. Notre hypothèse est confirmée.

 

 

3) Expérience en fonction de la densité

 

Hypothèse: Plus la densité est importante, plus le corps s'enfonce rapidement. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cette expérience a été réalisée pour découvrir si la densité d'un corps influe sur l'enfoncement de celui-ci. C'est à dire que nous avons dû utiliser des objets de densités différentes.

Notre hypothèse est confirmée à partir des deux tubes, l’un rempli d’eau et l’autre de sable.

Le tube rempli de sable s’enfonce plus rapidement.

 

 

 

4) Peut-on se noyer dans les sables mouvants ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5) Bouger empire t-il la situation ?

 

Hypothèse : L'objet que nous allons mettre dans les sables mouvants va s'enfoncer un petit peu mais dés que nous allons commencer à agiter le récipient son enfoncement va accélérer. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6) Peut-on en ressortir ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Résultat :  

 

Dans un sable classique,  pour sortir un poids de 500 grammes il faut tirer avec une force de 2 Newton.

Dans un sable mouvant, pour sortir un poids de 500 grammes il faut tirer avec une force de 3,5 Newton. 

 

On peut donc sortir des sables mouvants, à condition d'être fortement tiré.

 

 

Bilan: Nous avons vu que la masse, la surface en contact avec le sable mouvant et aussi la densité sont des facteurs intervenant dans l'enfoncement. En effet, plus ces facteurs sont importants, plus le corps s'enlise rapidement et profondément.