Contenu de la page

Le cycle de l'eau en microgravité

Objectif de cette activité

Dans cette activité, l’élève est amené, en partant du cycle de l’eau, à réfléchir sur des phénomènes considérés comme normaux sur Terre, mais qui ne fonctionnent plus ou fonctionnent différemment dans l’espace.

Contexte

Dans une combinaison spatiale, l’humidité provenant entre autres de la sueur des astronautes peut devenir problématique. La présente activité propose aux élèves de faire une réflexion plus approfondie sur les aspects dont il faut tenir compte dans la conception d’une combinaison spatiale.

Marche à suivre

• La matière peut être présentée par l’éducateur ou imprimée afin que l’élève la consulte par lui-même;
• Les élèves, seuls ou en équipes, tentent par la suite de répondre aux questions posées;
• Un solutionnaire est disponible.

Là où il y a de l'eau sur Terre, celle-ci est généralement en mouvement. Ce mouvement assure les conditions propices au développement de la vie.

Des océans aux continents, en passant par l'atmosphère, il y a aussi d'importants échanges d'eau.

Le cycle de l'eau océans-atmosphère-continents est fait de cinq étapes

En bref :

L'eau s'évapore des lacs et de la mer sous l'effet du Soleil. Cette vapeur d'eau monte dans l'atmosphère. C'est l'évaporation.

En haute atmosphère, où l'air est frais, l'eau se condense en fines gouttelettes : les nuages. C'est la condensation.

Les vents (qui naissent à cause du réchauffement inégal du sol) poussent alors les nuages au loin. C'est le transport.

Quand les nuages rencontrent des masses d'air plus froid, les fines gouttelettes se regroupent en plus grosses gouttes et il pleut (ou il neige). Ce sont les précipitations.

Quand les précipitations atteignent le sol, elles forment, selon la géographie, des bassins hydrographiques, qui ramènent lentement l'eau dans les lacs et les mers. C'est le ruissellement.

Transparent

En détail :

L'évaporation

Le Soleil réchauffe l'eau, particulièrement là où la profondeur est faible. Comme un liquide chaud ne peut pas dissoudre autant de gaz qu'un liquide froid, le gaz forme des microbulles. Parce que ces microbulles sont plus légères que des volumes d'eau équivalents, elles cèdent leur place à l'eau et montent vers la surface (à cause de la gravité). La vapeur d'eau se mélange à l'air. Celui-ci s'est également réchauffé au contact de l'eau et comme l'air chaud est moins dense que l'air froid, il cède sa place à l'air froid et monte. La vapeur d'eau monte avec l'air chaud. L'évaporation peut aussi se produire lorsque le sol est humide et que l'air est chaud.

La condensation

L'air refroidit en montant et, contrairement à un liquide, ne peut contenir autant de vapeur d'eau que l'air chaud. La vapeur d'eau forme alors de très fines gouttelettes qui réfléchissent la lumière dans toutes les directions : ce sont les nuages. Ces gouttelettes sont si fines que leur faible poids ne les tire pas suffisamment vers le bas pour vaincre la résistance de l'air. Ces fines gouttelettes restent donc en suspension. L'altitude des nuages varie selon les conditions atmosphériques, ce qui explique les différentes sortes de nuages que l'on connaît. La condensation peut aussi se faire quand l'air chaud chargé d'humidité se refroidit (ex. : le brouillard) ou rencontre un objet froid (ex. : la rosée).

Le transport

Les vents naissent parce que la pression atmosphérique varie à différents points de la Terre. Au-dessus d'une ville, d'une forêt, d'un désert ou d'une étendue d'eau peu profonde, l'air est plus chaud qu'au-dessus d'un champ, d'une étendue d'eau profonde ou d'une zone couverte de neige. L'air chaud monte, l'air frais voisin vient le remplacer, et ainsi, les vents commencent à souffler. La Terre tourne et des tendances générales au mouvement apparaissent. Les nuages qui se sont formés précédemment se déplacent donc, poussés par les vents.

Les précipitations

Quand les nuages rencontrent des masses d'air plus froid (à cause d'autres vents ou parce que des montagnes forcent l'air à monter brusquement), les gouttelettes se regroupent en plus grosses gouttes. L'air froid, on l'a déjà vu, contient moins de vapeur d'eau que l'air chaud. Les grosses gouttes ne pouvant alors plus se maintenir en suspension, elles réussissent à vaincre la résistance de l'air et tombent alors vers le sol. Les conditions atmosphériques varient beaucoup selon les endroits et selon l'altitude, ce qui fait que l'eau peut arriver au sol sous forme de neige, de grésil, de verglas, de pluie ou de grêle. Pour les précipitations qui tombent dans les mers, le cycle s'achève (et recommence) ici.

Le ruissellement

Pour les précipitations qui tombent en altitude, elles vont rester en place s'il fait froid, s'infiltrer dans le sol s'il est poreux ou ruisseler si le sol est imperméable ou déjà saturé d'eau. Ainsi naissent la couverture saisonnière ou permanente de neige, les nappes phréatiques et les ruisseaux. Le printemps fait fondre la neige, les nappes phréatiques élevées donnent naissance à des sources en aval et les ruisseaux se regroupent en rivières, puis en fleuves qui retournent l'eau à la mer.

Dans les régions froides, les glaciers – des rivières de glace – retournent l'eau à la mer sur des périodes très longues. Comme l'eau met du temps à descendre les bassins versants, comme certains terrains ont une faible pente et comme les précipitations reviennent régulièrement, certains endroits restent humides et favorisent la vie sous toutes ses formes.

Si on se trouvait dans un environnement de très faible gravité...

Tu as pu lire précédemment des explications à propos du cycle de l'eau. À quelques endroits, on a parlé clairement du rôle de la gravité, mais on ne l'a pas mis en évidence partout. Ce que tu dois maintenant faire, c'est t'imaginer que la gravité est très fortement réduite. Ce n'est pas évident pour personne. Qu'est-ce qui arriverait? Essaie de répondre aux quelques questions suivantes. Nos réponses à nous se trouvent plus loin.

Y aurait-il de l'évaporation sous l'effet du Soleil?
Y aurait-il condensation en haute atmosphère?
Y aurait-il des vents pour déplacer les nuages?
Les précipitations pourraient-elles se produire?
Le ruissellement et l'infiltration auraient-ils lieu quand même?
La vie serait-elle possible?
Que se passerait-il?

Réponses

Y aurait-il de l'évaporation sous l'effet du Soleil?

Oui et non. Le gaz s'échapperait quand même du liquide réchauffé, et il y ferait probablement des plus grosses bulles. Pour que le gaz ainsi libéré se place au-dessus du liquide, il faut de la gravité. Sans gravité, la bulle de gaz ne trouverait pas dans quelle direction aller. Et d'ailleurs le liquide formerait une boule, pas un lac. Avec une très faible gravité, la bulle de gaz finira par « monter ».

Concentrons-nous sur la vapeur d'eau qui se formerait tout près de la surface. Le problème n'est pas réglé : la vapeur d'eau ne montera pas dans l'atmosphère. En effet, la vapeur d'eau monte parce qu'un volume d'air chaud chargé de vapeur d'eau est moins lourd qu'un volume d'air froid équivalent. Mais qui dit lourd, dit poids, donc gravité. S'il n'y a pas de gravité, rien ne bouge. S'il y a une très faible gravité, la montée se fait alors très, très lentement.

Y aurait-il condensation en haute atmosphère?

Oui, si la température y est faible. En supposant que l'air humide puisse arriver en haute altitude et qu'il y fasse plus froid, la condensation s'y fera et des nuages apparaîtront. Maintenant, il n'est pas certain que l'atmosphère aurait la même épaisseur si la gravité était très faible. En effet, les molécules de l'atmosphère iraient plus haut du fait de la faible gravité et pourraient s'échapper parce que la vitesse de libération est réduite ou parce que les collisions avec les particules du vent solaire l'arracheraient lentement. C'est probablement ce qui est arrivé avec les gaz qui se sont échappés du sol lunaire : ils ont fini par échapper à sa gravité.

Y aurait-il des vents pour déplacer les nuages?

Il y aurait probablement peu de vent en altitude. L'air se réchaufferait au niveau du sol, comme on l'a dit précédemment, et les différences de pression locales seraient les plus importantes sources de vent. S'il y avait une faible gravité, le vent n'irait pas loin, puisque l'air monterait très lentement. Les déséquilibres atmosphériques seraient rapidement comblés.

Les précipitations pourraient-elles se produire?

Oui, mais elles seraient probablement très rares et de faible intensité.

Le ruissellement et l'infiltration auraient-ils lieu quand même?

Oui, mais très lentement. Les marécages se multiplieraient, les ruisseaux se regrouperaient probablement beaucoup moins et les grandes rivières et fleuves seraient moins nombreux et auraient un débit très lent.

La magie de l'oeuf et de la bouteille

Objectif de cette activité

Au cours de cette activité, l’élève est appelé à comprendre les variations de pression occasionnées par les changements de température des gaz, en observant qu’un oeuf dur peut être aspiré à travers le goulot d’une bouteille lorsque l’air contenu dans celle-ci refroidit.

Contexte

La loi de Gay-Lussac énonce que, lorsque la pression est constante, le volume occupé par un gaz est directement proportionnel à sa température. Le corollaire de cela est qu’à volume fixe, la pression d’un gaz est directement proportionnelle à sa température. Quand, dans un environnement clos, la température d’un gaz augmente, sa pression augmente aussi lorsque le gaz tente de prendre de l’expansion. Inversement, si la température diminue, la pression chute à mesure que le gaz se contracte.

Ce phénomène a de l’importance pour les astronautes. En effet, on peut considérer la combinaison spatiale comme étant un environnement clos de volume relativement constant (la flexibilité du vêtement de la combinaison est contrôlée pour en limiter l’expansion sous la pression interne). De façon à maintenir une pression constante pour le confort de l’astronaute, la température dans la combinaison doit absolument être stable. Pour assurer cette stabilité, l’isolation de la combinaison doit être optimisée et son atmosphère contrôlée à l’aide de systèmes sophistiqués de climatisation.

Matériel requis

• Un oeuf dur sans sa coquille
• Une bouteille dont le diamètre du goulot est légèrement inférieur à celui de la partie large de l’oeuf
• Des allumettes en bois

Temps nécessaire à la réalisation de l’expérience 

Dix minutes

Marche à suivre

• Enlevez la coquille de l’oeuf;
• Placez la bouteille sur une table;
• Allumez trois ou quatre allumettes et laissez-les tomber dans la bouteille;
• Placez rapidement l’oeuf sur le goulot de la bouteille;
• Attendez que les allumettes s’éteignent et que l’air commence à refroidir dans la bouteille, puis observez ce qui se produit.

Observations

Les allumettes réchauffent l’air présent dans la bouteille, ce qui provoque son expansion. Ici, l’oeuf agit, en quelque sorte, comme une valve à sens unique. Une partie de l’air chaud, qui est sous pression, sort de la bouteille en se frayant un passage entre le goulot et l’oeuf. Une fois les allumettes éteintes, l’air à l’intérieur de la bouteille commence à refroidir et à se contracter. Cette contraction correspond à une baisse de la pression dans la bouteille qui, au bout d’un moment, devient inférieure à la pression atmosphérique. Résultat : l’oeuf, relativement flexible, est aspiré dans la bouteille.

Sujet de discussion

Comment vous y prendriez-vous pour faire sortir l’oeuf de la bouteille?

Les pèse-personnes de Pascal

Objectif de cette activité

Dans cette activité, l’élève est appelé à comprendre le fondement des principes de la pression et à constater que le poids d’un objet, tel qu’indiqué sur un pèse-personne, diminue lorsque ce poids est réparti sur plusieurs pèse-personnes.

Contexte

L’un des concepts très importants de la science des combinaisons spatiales est la pression qui doit être artificiellement maintenue à l’intérieur de la combinaison spatiale. Mais, en fait, qu’est-ce exactement que la pression? Cette activité permet de démontrer les bases de ce concept, ce qui permettra à l’élève de mieux comprendre les notions qui suivront.

Matériel requis

• Deux pèse-personnes, identiques si possible
• Deux morceaux de bois de 10 x 10 cm et de 2 cm d’épaisseur
• Une planche de bois d’environ 1 m de longueur

Temps nécessaire à la réalisation de l’expérience 

Cinq minutes

Marche à suivre

• Pesez-vous sur chaque pèse-personne et prenez en note les résultats;
• Placez les pèse-personnes côte à côte mais séparés d’environ 70 cm;
• Placez un morceau de bois sur chaque pèse-personne;
• Positionnez la planche sur les morceaux de bois de façon à former un pont entre les deux pèse-personnes;
• Montez au centre de la planche et demandez à un ami de prendre en note les poids indiqués sur chaque pèse-personne.

Observations

La pression est le rapport entre une force et la surface sur laquelle cette force est appliquée. Le poids – ou masse – est une force causée par l’application de la pesanteur sur un objet. Dans cette expérience, nous constatons que la force due au poids résulte en une pression deux fois moins grande lorsque cette force est répartie sur deux pèse-personnes.

Sujet de discussion

Pourquoi est-il possible de marcher sur la neige, à l’aide de raquettes, sans s’enfoncer?

Fabriquer son baromètre

Objectif de cette activité

Au cours de cette activité, l’élève fabriquera un baromètre de Torricelli fonctionnant à l’eau (au lieu du mercure) puis il observera sur une période de plusieurs jours les fluctuations de la pression atmosphérique. En plus d’en démontrer l’existence, l’élève devra être amené à comprendre que l’air sous pression exerce une force bien réelle sur les surfaces avec lesquelles il est en contact, surtout lorsqu’il est confiné dans un espace clos.

Contexte

Il n’y a (pratiquement) pas d’atmosphère dans l’espace, à l’extérieur d’une combinaison spatiale. Toutefois, on maintient artificiellement, à l’intérieur de celle-ci, une pression dont la présence vise à reproduire la pression atmosphérique ressentie sur Terre. Même si cette pression est environ trois fois inférieure à celle que nous connaissons au sol, elle suffit à assurer un niveau de confort adéquat à l’astronaute et à l’empêcher de souffrir de certaines pathologies. En revanche, cette pression est aussi responsable du « gonflement » de la combinaison. Ce phénomène rend celle-ci plus rigide, et restreint la liberté de mouvements de l’astronaute.

Matériel requis

• Un bécher ou un verre aux côtés droits
• Une règle en plastique transparent de 30 cm
• Trente cm de tubage d’aquarium transparent de faible diamètre
• Du ruban adhésif transparent
• De la pâte à modeler ou de la gomme à mâcher
• De l’eau
• Du colorant alimentaire

Temps nécessaire à la réalisation de l’expérience

Construction : 15 minutes
Observation : 10 jours

Marche à suivre

• Collez la règle verticalement contre la paroi intérieure du bécher ou du verre en vous assurant que la graduation est visible;
• À l’aide du ruban adhésif, fixez le tubage sur le côté de la règle donnant sur l’intérieur du verre en vous assurant de laisser 1 cm d’espace entre le fond du verre et le bout du tubage;
• Remplissez à moitié le verre d’eau et ajoutez-y une ou deux gouttes de colorant;
• Aspirez un peu d’eau dans le tube; lorsque son niveau atteint environ 20 cm sur la graduation de la règle, bloquez le bout du tubage avec votre langue; obstruez ensuite l’orifice du tubage de façon permanente avec un morceau de pâte à modeler ou de gomme;
• Prenez note du niveau précis de l’eau dans le tube ainsi que du temps qu’il fait à l’extérieur (chaud ou frais, ensoleillé ou couvert, calme ou venteux);
• Chaque jour, à la même heure, prenez à nouveau en note le niveau de l’eau dans le tubage ainsi que le temps qu'il fait à l'extérieur.

Observations

Les fluctuations de la pression atmosphérique ne surviennent pas assez rapidement pour qu’elle puissent être observées pendant de courtes périodes. Toutefois, des changements notables devraient pouvoir être observés toutes les vingt-quatre heures. De façon générale, quand il fait mauvais temps, le « poids » de l’air diminue au-dessus du baromètre. La pression exercée à la surface de l’eau diminue en conséquence, et le niveau d’eau baisse. À l’inverse, quand le beau temps est de retour, la pression atmosphérique augmente, tandis que la colonne d’eau monte dans le tubage.

Sujets de discussion

Qu’arriverait-il à la colonne d’eau du baromètre si on l’apportait au sommet du mont Everest? Et si on l’apportait dans l’espace, à l’altitude de la Station spatiale internationale?

Fabriquer son thermomètre

Objectif de cette activité

Au cours de cette activité, les élèves fabriqueront un thermomètre à réservoir fonctionnant à l’eau (plutôt qu’au mercure) et observeront comment les échanges de chaleur entre deux corps affectent l’état des liquides, notamment le volume qu’ils occupent. Par association, l’élève devrait être amené à comprendre que les variations provoquées par l’ajout ou la soustraction de chaleur à un corps s’appliquent aussi aux gaz.

Contexte

La température d’un corps est une représentation de sa chaleur à un moment donné. La chaleur est un phénomène physique relié, entre autres, à l’activité des molécules de ce corps. Plus ses molécules sont agitées, plus le corps est chaud et plus sa température – que l’on mesure à l’aide d’un thermomètre – augmente. Mais comment le thermomètre mesure-t-il la température? L’énergie calorifique d’un corps (sa chaleur) se manifeste surtout lorsque celui-ci est mis en relation avec un autre corps d’une température différente. Dans ce cas, une partie de la chaleur du corps le plus chaud est transférée à l’autre. Ce transfert se poursuit en théorie jusqu’à ce que la température des deux corps soit identique. Sans ce phénomène, un thermomètre ne fonctionnerait pas.

Un thermomètre à réservoir contient normalement une petite quantité de mercure à une certaine température. Lorsqu’on place le thermomètre dans un évier rempli d’eau chaude, l’équilibre entre les deux corps commence à prendre place. L’eau transfert une partie de son énergie au mercure (elle le réchauffe) tandis que le mercure transfert une partie de son « absence » d’énergie à l’eau (il la refroidit). En pratique, la quantité de mercure contenue dans un thermomètre est si infime que le refroidissement qu’il provoque sur l’eau est négligeable. En revanche, l’apport de chaleur de l’eau au mercure est bien perceptible. Sous l’effet de l’énergie calorifique reçue de l’eau, les molécules de mercure commencent à s’agiter et de ce fait, la température augmente. Cette augmentation de température a pour effet que le mercure se dilate (augmente en volume), provoquant sa montée dans le tube de verre. Le même phénomène se produit lorsque le thermomètre est placé dehors, à l’air libre. Dans ce cas, c’est l’air ambiant plutôt que l’eau qui interagit avec le mercure.

Il n’y a pas que l’énergie calorifique qui provoque l’agitation des molécules d’un corps. Le rayonnement direct, comme celui du Soleil, a aussi cet effet. Un thermomètre exposé directement au Soleil affichera une température plus élevée que celle de l’air ambiant.

Dans l’espace, il n’y a pas d’atmosphère, donc il n’y a pas d’air ambiant. À l’abri de tout rayonnement direct, les températures avoisinent, en théorie, le zéro absolu. Le zéro absolu peut être décrit comme étant l’absence complète de chaleur ou encore la température à laquelle toute activité moléculaire cesse dans la matière. Par contre, un corps peut atteindre des températures voisines des 150 ^oC lorsqu’il est exposé au rayonnement solaire. Ces écarts de température posent des problèmes bien réels aux ingénieurs chargés de développer les matériaux entrant dans la fabrication des combinaisons spatiales. Il faut protéger ces dernières des effets des variations extrêmes de températures qui existent à l’extérieur. Il faut aussi s’assurer que ces variations n’affectent pas la température de l’atmosphère présente à l’intérieur de la combinaison.

Matériel requis

• Un contenant de verre de faible diamètre muni d’un couvercle étanche
• Une perceuse ou un marteau et un gros clou
• Une paille transparente ou translucide du plus petit diamètre possible
• De la pâte à modeler ou de la gomme à mâcher
• De l’eau (très froide et très chaude)
• Du colorant alimentaire

Temps nécessaire à la réalisation de l’expérience

Construction : 15 minutes
Observation : 15 minutes

Marche à suivre

• Percez un trou dans le couvercle du contenant à l’aide de la perceuse ou au moyen du marteau et du clou (le diamètre du trou devant simplement permettre d’y insérer la paille);
• Insérez la paille, jusqu’à la moitié de sa longueur, dans le trou; scellez le contour de la paille à l’aide de la pâte à modeler ou de la gomme sur le dessus et le dessous du couvercle;
• Emplissez d’eau très froide (presque glacée) le contenant jusqu’au bord, ajoutez-y quelques gouttes de colorant, puis remuez;
• Serrez le couvercle sur le contenant; un peu d’eau pourrait monter dans la paille;
• Placez le contenant dans un évier bouché, puis faites couler l’eau chaude.

Observations

La différence de température entre l’eau du contenant et celle de l’évier est assez marquée. Dès que le contenant est plongé dans l’eau chaude, le transfert de chaleur commence à s’effectuer. L’eau du contenant se réchauffe graduellement tandis que celle de l’évier refroidit légèrement. Le nouvel apport de chaleur vers l’eau du contenant fait en sorte que celle-ci augmente de volume et monte dans la paille.

Les gants gonflés

Objectif de cette activité

L’élève est appelé à comprendre les obstacles auxquels font face les astronautes qui doivent travailler dans une combinaison pressurisée en tentant d’effectuer des manipulations alors qu’ils portent des gants à vaisselle contenant de l’air sous pression.

Contexte

Le corps humain est conçu pour fonctionner normalement à la pression présente au niveau de la mer, soit environ 101 kPa. L’absence de toute pression atmosphérique à l’altitude à laquelle les astronautes évoluent au cours des activités extravéhiculaires doit être palliée. Les combinaisons spatiales sont donc pressurisées de façon à maintenir un environnement où l’on peut vivre. Même si la pression appliquée mécaniquement à l’intérieur de la combinaison est environ trois fois inférieure à celle qui est présente au sol, elle est suffisante pour avoir un effet assez indésirable. Puisque la combinaison est faite de matériaux relativement flexibles, elle a tendance à prendre de l’expansion, ou à gonfler, lorsqu’une pression positive est appliquée à l’intérieur. Ceci fait en sorte que l’astronaute évolue d’une certaine manière comme dans un ballon gonflé, ce qui rend les gestes courants d’autant plus complexes à réaliser.

Matériel requis

• Deux gants à vaisselle
• Deux gros élastiques
• Deux petites pailles

Temps nécessaire à la réalisation de l’expérience

Environ 15 minutes

Marche à suivre

• Enfilez un des gants;
• Placez un élastique autour de votre poignet de façon à ce que le gant soit bien serré;
• Insérez une paille dans le gant, sous votre poignet, de façon à ce qu’une extrémité parvienne jusqu’à la paume et que l’autre reste hors du gant;
• Soufflez dans la paille de façon à gonfler le gant et retirez rapidement la paille;
• Avec l’aide d’un ami, répétez maintenant l’expérience sur l’autre main;
• Avec vos deux mains gantées, posez des gestes courants : prenez un crayon et écrivez, manipulez des outils, serrez un boulon, etc.

Observations

Nous savons qu’il n’est pas aisé de poser des gestes simples lorsque nous portons, par exemple, des gants d’hiver. Cette expérience démontre que cela est encore plus difficile si une pression positive est appliquée à l’intérieur des gants. À l’heure actuelle, il s’agit pourtant d’un mal nécessaire dans le cas des combinaisons spatiales.

Sujet de discussion

Quels sont, d’après vous, les moyens pouvant être mis en oeuvre pour minimiser les effets négatifs de l’application d’une pression positive à l’intérieur d’une combinaison spatiale?

Notes

Il est préférable de réaliser cette activité en équipe afin de se faire aider à gonfler les gants et à retirer les pailles.

Si les gants sont disponibles en plusieurs tailles, prenez un format « large ». Bien que les élèves soient normalement plus à l’aise avec une taille « petite », le format large permet de gonfler les doigts alors que le petit format risque d’être trop ajusté.

Plus les élastiques sont serrés, moins il y a de perte de pression. Cependant, il y a des risques de bloquer la circulation sanguine. Il est donc important de veiller à ce que les élèves ne portent pas ces gants trop longtemps.

Les ballons grimaçants

Objectif de cette activité

Au cours de cette activité, l’élève est appelé à comprendre les effets d’une décompression sur le corps humain ainsi que les symptômes du mal des caissons.

Contexte

Un corps est soumis à une décompression quand la pression à laquelle il est soumis chute. Ce phénomène est potentiellement dangereux pour le corps humain lorsqu’il survient rapidement. Un plongeur sous-marin, par exemple, est soumis à une décompression chaque fois qu’il remonte des profondeurs à la surface de l’eau. Si sa remontée est trop rapide, il risque de souffrir d’un malaise grave : la maladie des caissons, aussi appelée mal de décompression.

La maladie des caissons est caractérisée par la formation de bulles d’azote dans les tissus et les liquides organiques. Ces bulles sont issues de l’expansion de l’azote qui sature le corps lorsque celui-ci est soumis à une décompression trop rapide. En effet, les gaz ont cette propriété d’augmenter en volume lorsque la pression qui leur est appliquée diminue.

La maladie des caissons peut aussi affecter les astronautes : ces derniers sont soumis à une décompression importante lorsqu’ils quittent l’environnement de l’orbiteur ou de la station spatiale pour effectuer des activités extravéhiculaires dans l’espace. En effet, la pression qui existe dans la combinaison est environ trois fois inférieure à celle qui est maintenue dans la navette ou la station. Des mesures doivent donc être prises pour que l’astronaute soit soumis à une décompression graduelle qui peut s’échelonner sur plusieurs heures.

Matériel requis

• Un ballon gonflable
• Une bouteille dont l’ouverture est assez grande pour permettre de gonfler le ballon
• Une paille
• De la pâte à modeler

Temps nécessaire à la réalisation de l’expérience

10 minutes

Marche à suivre

• Si vous le voulez, dessinez des yeux et une bouche sur les côtés du ballon à l’aide d’un crayon-feutre;
• Gonflez le ballon à l’intérieur de la bouteille en le soufflant par le goulot, puis faites un noeud et laissez-le tomber dans la bouteille;
• Formez un anneau assez large et épais autour de la paille à l’aide de la pâte à modeler, puis placez l’anneau sur l’orifice de la bouteille;
• Travaillez la pâte à modeler de façon à bien sceller la bouteille – il ne devrait y avoir aucun moyen pour l’air d’entrer ou de sortir de la bouteille autrement que par la paille;
• Placez-vous devant un miroir pour pouvoir observer le ballon; maintenant, en vous assurant qu’il n’y a pas de fuite, aspirez vigoureusement l’air hors de la bouteille à l’aide de la paille.

Observations

En aspirant vigoureusement l’air hors de la bouteille, on soumet le ballon à une décompression rapide. L’air contenu dans le ballon prend de l’expansion lorsque la pression à laquelle est soumise le ballon diminue. Cette expansion fait en sorte que le ballon semble se gonfler.

Notes

Cette activité peut être réalisée en équipe, car l’élève qui aspire l’air peut difficilement en voir le résultat simultanément s’il n’a pas de miroir.

Nous suggérons une variante qui permet d’augmenter l’effet.

Avant d’aspirer l’air, on peut commencer par souffler (ce qui augmente la pression et diminue le volume du ballon) puis en aspirant d’un coup, on augmente la dépressurisation et la prise de volume.