La combustion et la pression
Antoine Warnier		Accompagnateur scientifique	juin 2000

Cycle: 3 (CM1)

Pré requis : Connaître les dangers de la combustion de certains combustibles (gaz, alcool, etc…).
Concepts : Définition de la combustion et connaître les réactifs et les produits de la combustion. Définition de la pression et connaître la provenance et le comportement d'un gaz.

Séance 1

Organisation : TRAVAIL PAR GROUPES DE 4 à 5 ÉLÈVES

Question : Qu'est ce que la combustion et de quoi a t-elle besoin ?
Définition de combustibles par les élèves (liste au tableau).

Question : L'air est-il absolument nécessaire à la combustion ?
Inventer une expérience permettant de trouver la réponse.
Expérience de la bougie dans le bocal.

Matériel :
   - un bocal avec son couvercle
    - une bougie et des allumettes

Réalisation de l'expérience : Les élèves allument une bougie sur le couvercle d'un bocal et la recouvrent avec le bocal. La bougie s'éteint au bout de quelques secondes.

Conclusion des élèves : La combustion a besoin d'air.

Question : Observe-t-on des différences entre les groupes ? Si oui, quels sont les paramètres qui changent ?
Observation de différences au niveau de la durée de combustion de la bougie dans le bocal
Les paramètres proposés :
    La longueur de la bougie
    La longueur de la mèche
    Le volume du bocal.

Réalisation d'expériences permettant de trouver le rôle des paramètres sur la durée de combustion.
Expériences réitérées en ne faisant varier qu'un seul paramètre à la fois.

Conclusion : La longueur de la mèche et le volume du bocal font varier la durée de combustion de la bougie avant son extinction totale.

Séance 2

Organisation : : TRAVAIL PAR GROUPES DE 4 à 5 ÉLÈVES

Travail de recherche à la maison sur la composition de l'air.

Question : Qu'est ce que consomme la flamme ?
Réponse : de l'air.
Discussion sur la composition de l'air : Oxygène, Azote, traces d'autres gaz.

Question : Quel composé de l'air la combustion consomme t-elle ?
Discussion et rapprochement avec la respiration animale.
Conclusion : La combustion utilise de l'oxygène.

Question : Que reste t-il dans le bocal à la fin de l'expérience ?
Discussion : Reste t-il un gaz ? Si oui, lequel ?
Réponse : Définition du gaz carbonique.

Essai d'un résumé de la combustion par une réaction chimique : Combustible + Oxygène Gaz carbonique + Autres (chaleur, traces d'eau, …).

Séance 3

Organisation : classe en deux activités différentes sur la pression - la compressibilité des gaz.

Pré requis : Comprendre qu'une bouteille "vide" est tout de même remplie d'air.
                 Comprendre la notion de "vide total".

1ère ACTIVITÉ :
½ classe en 2 groupes
Matériel : - une plaque chauffante
               - une casserole (bain-marie)
               - une bouteille en verre à demi remplie d'eau
               - un ballon de baudruche.
Expérience : Une bouteille en verre mise au bain-marie est surmontée d'un ballon de baudruche dégonflé.
Observation des enfants : La bouteille chauffe et le ballon se gonfle et si on laisse refroidir la bouteille, le ballon se dégonfle. Question : Trouver une explication à ces phénomènes.
Interprétation : L'eau en se chauffant dans la bouteille se transforme en vapeur et tend à pousser l'air déjà contenu dans la bouteille. Ce gaz va, au fur et à mesure de sa formation, faire gonfler le ballon.
Effet inverse, la vapeur d'eau qui se refroidit va se transformer en eau liquide donc l'air va pouvoir reprendre sa place initiale et le ballon va se dégonfler.

2ème ACTIVITÉ :
½ classe en 2 groupes
Matériel : - une bouteille en verre
               - un tube en verre transparent
               - une marmite pour le bain-marie
               - un verre de récupération d'eau
               - quelques gouttes de colorant.
Expérience : Une bouteille d'eau à moitié remplie est mise au bain-marie. Un tube de verre plonge à l'intérieur de la bouteille munie d'un bouchon en liége percé et l'autre extrémité arrive dans un verre contenant du colorant.
Attention : Le tube en verre doit absolument plonger dans l'eau de la bouteille, sinon nous n'observerons qu'un échappement d'air par le tube.
Observation : Au fur et à mesure que l'eau contenue dans la bouteille chauffe, on observe une montée d'eau à l'intérieur du tube qui va jusque dans le colorant. Si on arrête de chauffer, l'eau refroidit et on observe un retour d'eau coloré par le tube vers la bouteille.
Interprétation - Conclusion : L'eau en ébullition dans la bouteille se transforme en vapeur qui se mélange à l'air de la bouteille Ce gaz, en production compressé dans la bouteille, tend à appuyer à la surface de l'eau qui n'a qu'autre solution que de sortir par la seule issue : le tube en verre. Cette eau sortie arrive dans le verre et se colore. Au refroidissement de l'eau de la bouteille, la vapeur d'eau va se condenser en eau liquide donc l'air ne sera plus compressé (appel d'air), de l'eau colorée va être aspirée vers la bouteille.
Conclusion : Un gaz chauffé se dilate, il prend donc plus de place qu'initialement. Tandis que si on le refroidit, un gaz peut se compresser en un volume minimum : COMPRESSIBILITÉ DES GAZ.