Projet - Cylcones et bulles de savon

CyCLONES et Bulles de savon

Aide extérieure : M. Bégon d'Explorarium

L'équipe : Maffre Rosalie 4ème Dall’occhio Ezio 4ème Colmant Mathieu 4ème Laur Mathieu 4ème Ceneda Sara 3ème Julien Charlotte 3ème Amalric Flavien 3ème

Une partie de l'équipe

index

Chauffer

Présentation

La recette

Faire tourner

Le plateau tournant

Sens de rotation

Les autres planètes

Les conditions pour observer

Conclusion

Premier bilan

Présentation

Nous sommes 7 élèves de 4ème et 3ème. Nous avons travaillé sur ce projet 30 min par semaine durant l’atelier scientifique. L’équipe "Instabilités et Turbulence" du Laboratoire Ondes et Matière d’Aquitaine a travaillé sur les points communs entre les couleurs que l’on peut voir à la surface d’une bulle de savon et les phénomènes météo. Cette méthode serait donc intéressante pour mieux comprendre la météo et le réchauffement climatique. Nous avons donc décidé de travailler nous aussi sur cette expérience. Nous avons donc deux objectifs : - Mettre en place un dispositif pour étudier les bulles de savons. - Travailler sur les points communs entre les couleurs à la surface des bulles de savon et les phénomènes météo. Comme point de départ, notre professeur nous a montré une petite vidéo du phénomène, traité par les chercheurs de bordeaux. On y voit une demi-bulle tourner sur une plaque. Pour notre projet, notre professeur ne nous a rien montré de plus et il nous a interdit de faire des recherches sur internet, pour se concentrer plutôt sur nos propres idées.

La recette

Pour commencer, nous nous sommes reparti le travail. Un groupe a travaillé sur une recette de bulle de savon pour qu’elles durent le plus longtemps possible. Pour cela, notre professeur nous a proposé une recette trouvée sur le magazine science et vie, pour faire des bulles de savon géantes avec beaucoup d’ingrédients. Cependant, les bulles que nous allons faire ne sont pas forcément géantes, et nous nous sommes vite rendu compte qu’avec simplement du liquide vaisselle, les bulles durent assez longtemps. Nous avons donc juste étudié la quantité de liquide vaisselle à verser dans 100 mL d’eau pour que les bulles durent le plus longtemps possible. Nous travaillons avec des bulles de 10 cm. Nous faisons l’expérience plusieurs fois et nous faisons une moyenne. Nous traçons alors un graphique.

A l’aide du graphique, nous voyons qu’il faut travailler avec 10mL de liquide vaisselle pour 100 mL d’eau.

LE PLATEAU TOURNANT

En même temps que le travail sur la recette, un groupe a commencé à fabriquer un plateau tournant pour copier la vidéo des chercheurs. Pour cela nous avons fabriqué un dispositif pour faire tourner un plateau à la vitesse que l’on souhaite, en brique de lego programmable EV3. Le programme est très simple puisqu’il faut juste faire tourner un moteur. Nous filmons avec le camescope du club. Nous prévoyons ce qu’il faut pour le fixer sur le plateau tournant mais au final nous retenons la solution où le camescope est posé sur la table.

LES CONDITIONS POUR OBSERVER

Il a fallu aussi trouver comment observer au mieux les bulles.Nous avons travaillé sur l’orientation de la lampe. En effet, les couleurs ne sont pas toujours bien visibles.Nous trouvons que le mieux est lorsque la lampe est au-dessus de la bulle.Nous avons travaillé sur le type de lampe. En effet, avec notre lampe de bureau, il y a des gros reflets sur la bulle.Nous trouvons que le mieux est lorsque l’on utilise une lampe placée derrière un grand écran blanc, comme celles utilisées par les photographes. Toujours pour bien faire apparaitre les couleurs, nous avons travaillé sur la couleur de fond.Après plusieurs expériences, nous trouvons que le mieux est lorsque la bulle est devant un fond noir.

LES CONDITIONS POUR OBSERVER

1ER BILAN TRES DECEVANT

Au final, nous avons une bulle qui dure longtemps, tourne à la vitesse que l’on veut, et dont les couleurs sont bien visibles. Cependant c’est très décevant, car quelle que soit la vitesse on n’observe pas de tourbillon mais plutôt des lignes de couleurs…

CHAUFFER LA BASE DE LA BULLE

En réfléchissant tous ensemble, nous avons eu des idées (changer la recette, mettre la bulle au chaud…) au bout d’un moment l’une d’entre elle a fonctionné : comme sur Terre il fait plus chaud à l’équateur qu’aux pôles, nous avons chauffé la base de notre bulle. Pour cela plutôt que de gonfler la bulle sur une plaque, nous la gonflons sur de l’eau chaude, et cela a enfin fonctionné, les tourbillons sont apparus !

Nous travaillons avec de l’eau chaude dans une boite de Petri car c’est la seule solution que nous avons trouvée pour chauffer la base de la bulle en utilisant en même temps le plateau tournant. Au passage, nous plaçons sous la boite de Petri une feuille blanche, cela fait mieux apparaitre les couleurs. Une fois ce dispositif en place, nous avons décidé de voir à quelle température cela fonctionnait le mieux.

C’est compliqué : - Pour commencer, l’eau refroidit très vite. Sur ce point-là, notre professeur nous a aidé : il a proposé que nous fassions des mesures pour voir comment la température chutait au fur et à mesure que le temps passe. Nous utilisons ensuite ce graphique pour faire le lien entre le temps qui passe et la température.

Pour différentes températures, nous mesurons le nombre de tourbillons. Pour cela, sur 30 secondes de film, tout le groupe compte le nombre de bulles. La méthode n’est cependant pas très précise, il faudra trouver comment l’améliorer.

Nous observons que plus la base de la bulle est chaude est plus il y a de tourbillons.Nous trouvons cette expérience très intéressante car cela semble en lien avec le réchauffement climatique : une augmentation de température favorise la création de tourbillons.

FAIRE TOURNER LA BULLE

Nous n’avons pratiquement pas de connaissances en météo. Pour nous aider, M. Begon de l’association Explorarium est venu nous voir pour parler de la météo et du réchauffement climatique. Nous avons compris que la rotation de la Terre est importante dans la formation des anticyclones et des dépressions. Nous décidons de revenir sur ce point. Nous faisons donc tourner un liquide à 50°C sur son plateau pour simuler la rotation de la Terre. Pour trouver la bonne vitesse, nous avons eu l’idée de faire un calcul de proportionnalité entre le rayon de la Terre et notre bulle. Pour la Terre : 6 371 000 m --> 1440 min pour faire un tour sur elle-même. Pour la bulle : 0,05 m --> 0,0000113 min pour faire un tour sur elle-même. Selon cette idée, il faudrait que la bulle fasse un tour sur elle-même en 0,0006 seconde. Ce n’est pas possible ! Nous avons donc choisi de faire tourner la bulle à des vitesses différentes plus raisonnables et de voir ce que cela donne. Nous travaillons comme pour l’expérience sur la température.

Nous obtenons le graphique suivant :

C’est très surprenant, il y a une vitesse de rotation où nous observons plus de tourbillons.Notre professeur cependant nous a dit que cette expérience avait aussi été faite à Bordeaux et que nous avons presque le même résultat qu’eux.

SENS DE ROTATION DE LA BULLE

A cause de la rotation sur Terre, les cyclones tournent toujours dans le même sens (dans le même hémisphère). Nous vérifions si cela fonctionne avec les bulles de savon. Nous observons qu’en effet, la grande majorité des tourbillons qui se forment dans les bulles tournent toujours dans le même sens. C’est surtout visible aux pôles.

ETUDIER D’AUTRES PLANETES

L’atmosphère de la Terre, grâce à ses très nombreux satellites, est bien étudiée. Ce n’est pas le cas des autres planètes du système solaire. Nous pensons donc que l’étude des bulles de savon pourrait aider les astronomes à mieux comprendre ces phénomènes. Citons quelques exemples en images :

Saturne :

Juno sur Jupiter :

Mars :

Pour le moment, nous essayons de modifier notre recette pour voir si on peut observer quelque chose comme sur Saturne.

CONCLUSION

Nous avons vu que les tourbillons sur la bulle de savon ressemblaient beaucoup sur Terre aux cyclones. Nous pensons donc que pour mieux les étudier, les bulles de savon pourraient être utiles. Nous avons vu aussi que lorsque la température augmente, le nombre de tourbillons augmente. Cela nous semble en lien direct avec le réchauffement climatique et peut-être que les bulles de savon pourraient donc permettre de mieux comprendre ce phénomène. Nous pensons aussi que ces bulles pourraient permettre d’étudier l’atmosphère d’autres planètes, qui sont bien entendu beaucoup moins faciles à observer que la Terre. Le projet n’est pas fini, nous avons encore beaucoup de choses à voir : - Mieux compter les tourbillons, et les classer par taille. - Etudier les déplacements des tourbillons. - Essayer de modifier la recette ou les conditions extérieures de la bulle pour se rapprocher de ce que l’on peut observer sur d’autres planètes.