Un œuf qui flotte entre deux eaux

Pour montrer que ce sont les densités relatives du liquide et d’un objet immergé dans ce liquide qui déterminent si l’objet va flotter à la surface, se stabiliser à mi-hauteur ou couler, on peut observer le comportement d’un œuf plongé dans un liquide constitué par la superposition d’une couche d’eau salée et d’une couche d’eau pure.


Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • un récipient transparent d’environ 0,5 l ;

  • un récipient contenant au moins 0,2 l possédant si possible un bec verseur ;

  • du gros sel (environ 70 g) ou du sucre (environ 100 g) ;

  • un œuf de poule cru ou une pomme de terre.

Montage et réalisation

Remplir d’eau jusqu’au tiers un récipient transparent. Dissoudre du gros sel dans l’eau jusqu’à l’obtention d’une solution saturée (concentration : environ 350 g.l-1). Si l’on remplace la solution de sel par une solution de sucre, il faut compter 50 g de sucre pour 100 ml d’eau. Le sel se dissolvant plus rapidement dans l’eau chaude que dans l’eau froide, utiliser de préférence de l’eau chaude. Vérifier que les densités conviennent bien en plongeant un œuf cru jusqu’au fond dans la solution ainsi préparée : une fois lâché, il doit remonter rapidement à la surface.
Il faut ensuite procéder avec beaucoup de soin pour réaliser une couche d’eau qui reste au-dessus de la solution précédente sans s’y mélanger. Verser lentement et d’une hauteur aussi faible que possible un mince filet d’eau dans une cuillère tenue horizontalement juste au-dessus de la surface du liquide. On peut aussi faire couler l’eau directement sur l’œuf préalablement placé dans la solution. Troisième possibilité : placer une planchette de bois sur la couche d’eau salée, verser doucement l’eau pure le long d’une baguette placée au-dessus de cette planchette ; la planchette permet à l’eau de s’écouler horizontalement et de venir se placer au-dessus de la couche d’eau salée sans en crever la surface. Laisser alors l’œuf descendre doucement jusqu’à la surface de séparation des deux couches.
Dans ces conditions, l’œuf flotte à mi-hauteur dans le récipient (voir la figure 1). Cet équilibre peut se conserver plusieurs jours, voire plusieurs semaines, si l’on évite de bousculer le récipient, car le mélange des deux solutions par diffusion est un processus très lent. On peut plonger l’œuf auparavant dans l’eau pour montrer qu’il coule dans l’eau pure. Ceci permet également de vérifier si l’œuf n’est pas trop vieux. Dans ce cas il flotte à la surface de l’eau car ses constituants ont subi des réactions chimiques développant des gaz qui se sont échappés à travers la coquille poreuse.
On peut réaliser une version simplifiée de cette expérience en prenant deux liquides non miscibles. Remplir le récipient à mi-hauteur avec de l’eau et compléter par un volume égal de pétrole lampant. Immerger une bougie chauffe-plats dans le mélange de liquides. Une fois les liquides séparés par décantation (le pétrole lampant, moins dense, se trouvant au-dessus), la bougie se stabilise à une hauteur intermédiaire proche de l’interface entre les deux liquides. Cette deuxième expérience est plus facile à réaliser que la première, mais elle est moins spectaculaire car les observateurs voient bien qu’on a utilisé deux liquides différents.

 

Explications

Avec beaucoup de soin, on peut réaliser une couche d’eau pure qui reste au-dessus d’une solution d’eau salée ou d’eau sucrée en formant une couche intermédiaire de très faible épaisseur car les masses volumiques de ces solutions sont supérieures à celle de l’eau pure (voir à ce propos l’expérience n° 11 « Superposition de liquides »). Dans la couche intermédiaire, la concentration de l’espèce dissoute varie de la valeur zéro (eau pure) à celle de la solution concentrée qu’on a préparée. C’est parce que sa densité est intermédiaire entre celle de l’eau et celle de la solution concentrée qu’on peut stabiliser un œuf à la hauteur de la couche de transition entre les liquides, donc à mi-hauteur dans le dispositif décrit ci-dessus.

 

Remarques

En colorant l’une des deux solutions (par exemple avec de l’encre), on pourra visualiser la couche de transition. Avec de l’eau sucrée, cette transition est visible même sans colorant lorsqu’on regarde le dispositif de côté, car l’eau sucrée a un indice de réfraction supérieur à celui de l’eau pure (voir à ce propos l’expérience « Comment courber un rayon lumineux ? ».

cette fiche a été vue 8462 fois

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

*