5 activités scientifiques à essayer avec ses élèves du primaire

Les marqueurs effaçables sont un incontournable dans les salles de classe. Grâce à cette expérience, vos élèves comprendront mieux le secret de l’encre effaçable et s’amuseront à faire des dessins sympathiques à repêcher dans l’eau.

Matériel nécessaire :

• Un grand bol rempli d’eau tiède (ou plusieurs, si la classe est grande)

• Des marqueurs effaçables à sec (un ou deux par élève)

• Quelques cuillères en métal (idéalement une par élève)

• Des morceaux de papier cartonné pour chaque élève (deux ou trois par élève)

Mode d’emploi :

Invitez les élèves à dessiner, avec un marqueur effaçable, un poisson, un animal sous-marin, un bonhomme, etc., sur une cuillère. Il faut essayer de dessiner d’un trait continu, sans retirer le marqueur, et sans appuyer trop fort. Ensuite, plongez délicatement la cuillère dans le bol d’eau tiède. En quelques secondes, le dessin se décolle de la cuillère et flotte à la surface de l’eau.

L’expérience est déjà assez surprenante à cette étape, mais elle peut l’être encore plus si vous encouragez les élèves à placer un morceau de papier cartonné en dessous du dessin pour essayer de le récupérer. L’encre flottante va se transférer instantanément sur le papier! Petit truc : laissez sécher les dessins quelques heures avant de les afficher.

Quelques astuces pour mieux réussir cette expérience :

• Certaines marques de marqueurs, dont la marque Expo, fonctionnent mieux que d’autres;

• Plus le dessin est simple, plus ça a des chances de fonctionner;

• Vous pouvez encourager les élèves à essayer différentes démarches en cours de route : baisser la cuillère plus doucement dans l'eau, changer la température de l'eau, changer de cuillère, etc.

Explications :

L'encre des marqueurs à sec est un mélange de deux substances : des substances colorées solides et molles appelées résines, puis des alcools transparents.

Les résines se dissolvent dans les alcools et produisent une encre liquide colorée. Lorsque l'on trace un trait sur un tableau blanc, l'encre sèche très rapidement. Cela correspond à l'évaporation rapide des alcools. Les traces sur le tableau sont donc des couches de résine collées sur le tableau.

Lorsque l’on efface les traces, la brosse détache facilement la couche de résine de la surface lisse en acrylique (sauf si on appuie très fort sur le marqueur).

Il en va de même pour le métal de la cuillère. Le dessin s'enlève simplement parce que les résines flottent sur l'eau. Cela montre aussi à quel point les résines adhèrent peu au métal.

Pourquoi les dessins gardent-ils leur forme? Parce que les résines se dissolvent mal dans l'eau. Ils restent donc en un seul morceau, à l'exception de certaines couleurs de résine qui sont légèrement solubles dans l'eau.

Une façon très ludique et simple de surprendre ses élèves avec peu de matériel et une bonne touche de science est de gonfler des ballons sans utiliser son souffle.

Matériel nécessaire :

• du bicarbonate de soude (« petite vache »)

• une cuillère à thé

• un ballon en caoutchouc (« ballounes de fête ») par élève

• une bouteille transparente par élève

• des entonnoirs (à partager) ou des cornets en papier

• du vinaigre

Mode d’emploi :

Gonflez et dégonflez un ballon pour le détendre. Remplissez le fond de la bouteille avec du vinaigre. À l’aide de l’entonnoir, mettez trois cuillères à thé de bicarbonate de soude dans le ballon. Fixez le bout du ballon au goulot de la bouteille en faisant attention de ne pas laisser tomber tout de suite le bicarbonate à l’intérieur de la bouteille. Après un petit décompte pour ajouter un peu d’émotion à l’expérience, les élèves peuvent secouer doucement le ballon pour que le bicarbonate de soude tombe dans la bouteille. Le bicarbonate de soude et le vinaigre font des bulles, puis, TADAM!, le ballon se gonfle tout seul!

Explications :

La façon la plus ordinaire de gonfler un ballon est en soufflant dedans avec de l’air de ses poumons. Dans certains évènements festifs, on peut voir des ballons remplis à l'hélium. L’air et l'hélium sont des gaz. ​​​​​Les bulles de dioxyde de carbone dans l’eau pétillante, l’air qu’on respire et les bulles dans le mélange à l’intérieur de la bouteille sont des exemples de substances à l’état gazeux. Le gaz produit dans la bouteille vient de la réaction chimique entre le bicarbonate de soude et le vinaigre.

Un gaz prend beaucoup de place, car ses particules sont très peu liées entre elles et bougent beaucoup. Alors, il a besoin de sortir de la bouteille pour prendre de l’expansion. Cependant, étant donné que le ballon l’empêche de s’échapper, le gaz n’a pas d’autre choix que de remplir tout le volume dont il dispose, gonflant ainsi le ballon.

Casser un œuf, c’est du gâteau. Si on pose la question aux élèves, à savoir « est-ce que les œufs sont fragiles? », ils vont généralement répondre que oui! Mais quoi de mieux que de le tester? Pour ce faire, vous pouvez essayer cette expérience.

Matériel nécessaire :

• Des œufs crus

• Une planche à découper ou une surface plate et rigide

• Huit rouleaux de ruban adhésif (ou n’importe quels supports identiques pouvant faire tenir un œuf en position verticale, par exemple des coquetiers, etc.)

• Des poids (p. ex. : haltères, briques, gros livres, roches, boites de conserve, etc.)

• Un gros sac en plastique ou une nappe pour garder la table de travail propre si jamais un des œufs se casse

• Une balance

Mode d’emploi :

Placez un œuf à la verticale (le bout pointu vers le haut) à l’aide d'un rouleau de ruban adhésif ou d’un autre support. Placez un deuxième rouleau de ruban adhésif sur le dessus de l'œuf. Pesez les briques (ou d’autres poids) sur la balance jusqu’à ce que vous obteniez 4 kg. Pour éviter de casser et de gaspiller l'œuf, ne dépassez pas 4 kg. Placez la planche à découper (ou une surface rigide et plate comme un livre mince) sur le rouleau de ruban supérieur, puis déposez délicatement les briques dessus. L'œuf ne casse pas!

Demandez ensuite aux élèves combien de poids ils pensent que quatre œufs, placés en formant les coins d’un carré, peuvent supporter. Si les poids sont bien centrés, les œufs supporteront jusqu’à 16 kg sans se briser.

Une façon d’introduire (ou d’approfondir) la distinction entre la masse et le poids est de demander aux élèves ce qui se passerait si on faisait l’expérience sur la Lune, où la force gravitationnelle est 6 fois plus faible que sur Terre.

Explications :

En architecture, les arches (ou arcs) et les dômes se retrouvent parmi les formes géométriques les plus solides pour supporter des charges. Cette petite expérience peut illustrer le phénomène : si on prend une feuille de papier et qu’on l’enroule pour former un tube, elle devient pratiquement un corps rigide. Il en va de même pour l'œuf : sa forme allongée lui confère une bonne résistance à la compression dans le sens de sa longueur.

Cette forme permet de répartir le poids des briques sur l'ensemble de la coquille. Ainsi, chaque petit morceau de coquille ne supporte qu'une fraction du poids des briques.

Sous le poids des briques et de l'œuf, la table exerce une force de résistance. Cette force est répartie dans toute la coquille, comme le poids des briques. L'œuf est donc comprimé entre les briques et la table, comme dans un étau.

La résistance de la table et le poids des briques se rencontrent à l'équateur de l'œuf. C'est là qu'il se cassera si le poids des briques devient trop important.

Avec l’expérience des quatre œufs, on démontre la notion de pression, c’est-à-dire une force appliquée sur une surface. Étant donné que le poids des briques est réparti entre les quatre œufs, on peut donc mettre quatre fois plus de poids que sur un seul œuf.

C’est également ce principe qui explique pourquoi, en utilisant des raquettes, nos pieds ne s’enfoncent pas dans la neige : leur surface de contact est plus grande que celle des semelles.

Si vous osez faire une expérience encore plus épatante avec vos élèves, vous pouvez placer deux rangées de cartons d’œufs sur le plancher (il vaut mieux le recouvrir avec une bâche ou une nappe), les aligner pour former un petit chemin, puis marcher dessus à pieds nus comme le fait le prof dans cette vidéo.

Les jujubes sont une friandise très prisée par les enfants, mais ils peuvent aussi s'avérer très intéressants quand ils donnent leurs corps à la science. En faisant cette expérience (qui se déroule sur deux jours), un groupe d’oursons en gélatine prendra un bain salé, un deuxième groupe prendra un bain sucré, tandis qu’un troisième prendra un bain d’eau douce (pour une mise en situation un peu sympa, vous pouvez faire des parallèles avec le conte de Boucle d’or). Certains oursons vont rapetisser, tandis que les autres vont grandir. Un groupe contrôle (des oursons qui ne prendront pas de bain) servira à comparer les changements de taille des oursons qui ont été immergés dans les bains.

Matériel nécessaire :

• Des jujubes (oursons gélifiés), au moins une douzaine par expérience pour faire quatre ensembles de trois oursons chacun

• De l’eau chaude (à manipuler par le prof seulement) et de l’eau à la température ambiante

• Du sel (au moins 8 cuillères à soupe par tasse d’eau)

• Du sucre (au moins 8 cuillères à soupe par tasse d’eau)

• Une tasse à mesurer avec bec verseur

• Une cuillère

• Trois bols ou contenants

Mode d’emploi :

Ajoutez du sel dans un bol d’eau chaude et remuez avec la cuillère pour le dissoudre. Rajoutez du sel jusqu'à ce que vous ne puissiez plus le dissoudre complètement et qu’un dépôt se forme dans le fond. Répétez le processus avec le sucre en le dissolvant dans un deuxième bol. Enfin, remplissez le troisième bol avec de l’eau douce (de l’eau du robinet). Vous avez maintenant trois bains différents.

Laissez refroidir l’eau à la température ambiante. Lorsque l'eau des bols a atteint la température ambiante, placez quelques oursons dans chaque bol. Laissez-en quelques-uns hors de l'eau pour pouvoir comparer leur taille plus tard.

Laissez les oursons dans l'eau pendant plusieurs heures, idéalement une nuit complète. Surprise! Certains grossissent un peu (solution sucrée), d’autres grossissent beaucoup (eau douce), puis d'autres rapetissent (solution salée).

Explications :

Cette expérience explore l'osmose. Ce terme désigne le mouvement de l'eau à travers une barrière (comme un jujube). Un jujube en gélatine contient des molécules d'eau. Les molécules d'eau se déplacent vers la zone la plus concentrée en sel ou en sucre. Au fur et à mesure que l'eau entre ou sort des jujubes, ils grandissent ou rétrécissent.

Dans le bol qui contient de l’eau douce, de l'eau pénètre dans le jujube et l'ourson grandit beaucoup. En effet, l'eau s'infiltre à l'intérieur de l'ours. Pourquoi? L'eau se déplace pour égaliser les concentrations des substances dissoutes dans l'eau. À l'extérieur de l'ourson, il y a de l'eau qui ne contient ni du sel ni du sucre. À l'intérieur de l'ourson (emprisonné dans les poches de gélatine), il y a de l'eau et du sucre. Comme la concentration de sucre est plus élevée à l'intérieur de l'ourson, l'eau se déplace dans l'ours pour essayer de faire en sorte que la proportion de molécules de sucre par rapport à l'eau soit la même aux deux endroits.

(On peut comparer cela à un morceau de sucre qui se dissout dans une tasse d'eau. Si vous le laissez reposer suffisamment longtemps, l'eau dans le haut de la tasse sera aussi sucrée que celle dans le bas.)

Qu'en est-il de l'eau salée? À l'intérieur de l'ours, il y a toujours de l'eau et du sucre. Mais, à l'extérieur de l'ours, il y a de l'eau et du sel. Les molécules de sel sont beaucoup plus petites que les molécules de sucre, de sorte qu'elles se dissolvent en plus grande quantité dans l'eau. Cela signifie que la concentration dans l'eau est plus élevée qu'à l'intérieur de l'ours. Cette fois, l'eau sort de l'ours pour essayer d'égaliser les concentrations. Conséquence? L’ours rapetisse dans l’eau salée.

L'eau sucrée est un cas intéressant, car cette fois-ci, on voit l'eau se déplacer vers l'intérieur de l'ourson, et non vers l'extérieur. Cela nous indique qu'il doit y avoir plus de sucre à l'intérieur de l'ours qu'il n'y en a dans l'eau à l'extérieur.

Et les autres bonbons?

On peut se demander pourquoi les oursons en gelée grossissent alors que d'autres bonbons (comme les menthes) se dissolvent. En effet, les jujubes, contrairement aux bonbons à la menthe, contiennent de la gélatine (qui ne se dissout pas dans l'eau) ainsi que du sucre (qui s'y dissout). Au niveau microscopique, dans la gélatine, il y a de minuscules poches où le liquide peut être piégé. Comme on peut le voir dans cette expérience, ces poches peuvent contenir beaucoup de liquide!

Tout comme les humains et les animaux, les plantes ont besoin d’eau pour survivre. Elles cherchent l’eau dont elles ont besoin avec leurs racines. Les racines apportent l’eau vers la surface et le xylème (tissu conducteur de la plante, formé de minuscules vaisseaux) distribue l’eau ailleurs dans la plante. Avec cette expérience (elle se déroule sur deux jours), vos élèves pourront explorer et visualiser la façon dont l’eau monte dans les plantes.

Matériel nécessaire :

• Des feuilles de chou nappa (chou chinois) ou des branches de céleri avec les feuilles (un seul chou peut être partagé entre 4 élèves environ)

• Des verres ou des bocaux transparents (au moins un par élève si les quantités disponibles sont restreintes)

• Du colorant alimentaire (de préférence des teintes différentes à celles des plantes, donc le vert et le jaune seraient à éviter afin d’avoir un effet plus impressionnant)

• De l’eau

Mode d’emploi :

Remplissez les bocaux aux trois quarts avec de l’eau. Ajoutez à l’eau environ 10 gouttes de colorant alimentaire. Mettez la feuille de chou ou la branche de cèleri dans le bocal. Laissez les plantes dans l’eau colorée toute la nuit et étudiez-les le lendemain. Vous observerez que les feuilles seront teintées avec l’eau colorée. Des choux « à la mode, à la mode… », comme dit la comptine « Savez-vous planter des choux »!

Explications :

Les racines acheminent l'eau à la surface et de très fins tuyaux (ce qu’on appelle le xylème) distribuent l'eau ailleurs dans la plante. Les vaisseaux du xylème forment un système de tubes creux qui agissent comme des pailles, permettant à la plante de transporter l'eau vers le haut et vers le bas de sa tige et de ses feuilles.

Lorsque vous plongez un tube étroit dans un liquide, comme une paille dans un verre d'eau, vous pouvez voir le niveau de l'eau monter légèrement dans le tube. C'est ce qu'on appelle la capillarité. Les fibres que l'on trouve dans le cèleri sont constituées de plusieurs vaisseaux du xylème regroupés. Saviez-vous qu'une tige de céleri n'est pas une tige? Il s'agit en fait d'une partie de la feuille appelée pétiole.

Lorsque l'eau atteint le sommet de la plante, elle s'évapore par de petits trous dans les feuilles. Ce processus s'appelle la transpiration végétale. La transpiration de la plante entraine l'évaporation de l'eau au sommet des vaisseaux de xylème. Pendant cette évaporation, de nouvelles quantités d'eau sont aspirées par les racines pour maintenir les vaisseaux du xylème pleins.