Un modèle analogique simple pour expliquer la forme du géotherme publié le 27/04/2016  - mis à jour le 23/06/2017

Géothermie - Terminale S - Modélisation

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Modélisation expérimentale des transferts énergétiques dans deux milieux différents.

Les élèves travaillent en binôme, au total, leur temps de manipulation n’est que de 20 minutes, mais ils n’ont droit qu’à un seul essai, le protocole distribué doit donc être suivi très scrupuleusement pour garantir des résultats exploitables.

Matériel pour le TP sur le géotherme

Le protocole expérimental

Vous disposez de deux béchers contenant l’un de la pâte Slime à 5%, l’autre de la pâte à 10%.

  1. Allumer le réchaud et placer le thermostat sur la position n°3. Attendre quelques minutes qu’il chauffe (60-70°C max).
  2. Si les graduations ne sont pas visibles (présence de bulles dans la pâte), marquer/souligner au feutre les graduations des deux béchers.
  3. Placer un des deux béchers sur le réchaud et faire chauffer exactement 5 minutes. Observer le contenu du bécher pendant le réchauffement.
  4. Placer ensuite le bécher sur la plaque isolante en liège. Mesurer la température à la surface, puis de plus en plus profondément pour chaque graduation du bécher (en enfonçant progressivement la sonde dans la pâte). Attendre 5 secondes pour relever chaque mesure puis passer à la graduation suivante.
  5. Procéder à l’identique pour le 2ème bécher.
  6. Construire sur un même graphique (papier) l’évolution des températures en fonction de la profondeur pour les deux béchers.

Préparation de la pâte Slime

Pour ce TP, nous avons acheté des béchers de 100 mL relativement hauts, pour augmenter le nombre de valeurs prises.

 Le Slime® est une pâte gluante composée de polymères et de borax.
 La "recette" qui suit provient du site Eduscol Culturescienceschimie
 C’est le PVA en poudre qui donne la densité du Slime® (5% ou 10%).
 Il est important d’avoir un PVA avec une masse molaire supérieure à 80000 g/mol pour avoir un bon Slime®, celui que nous avons utilisé pour nos tests de concentration est à M > 130 000 g/mol

Solution aqueuse d’alcool polyvinylique :

  • Chauffer 100 mL d’eau à 80°C (ne pas porter l’eau à ébullition) dans un Erlenmeyer de 250 mL.
  • Ajouter très lentement 5 g (ou 10 g) d’alcool polyvinylique (PVA) à l’eau chaude tout en agitant vigoureusement la solution. La solution doit être homogène (Cela dure environ 30 minutes).
  • Une fois homogène, faîtes refroidir la solution à température ambiante (en s’aidant éventuellement d’un bain d’eau froide).

Solution de tétraborate de sodium (appelé également borax) :

  • Préparer environ 10 mL d’une solution aqueuse contenant 400 mg de borax par dissolution. La solution obtenue est une solution dite saturée, c’est-à-dire que l’on ne peut pas solubiliser davantage ce solide dans l’eau. Elle est conservée dans ce bécher.

Préparation du Slime®

  • Ajouter lentement la solution de borax à la solution aqueuse de PVA tout en agitant à l’aide d’une baguette en verre ou d’une spatule. Cela prend en masse : c’est le Slime® !

Si les préparations sont réalisées la veille du TP, les pâtes à 10% renferment de très nombreuses bulles, celle à 5%, nettement moins. Quand les béchers sont remplis 3 jours à l’avance, pratiquement toutes les bulles sont remontées en surface et pour éviter le dessèchement, les béchers sont recouverts de parafilm.