Stalactite dans un congélateur

Stalactite dans un congélateur
Par , le (édité le 15/08/2014)

Ce qu'il te faut

  • Un bocal en verre avec son joint en caoutchouc
  • Une petite soucoupe
  • Des ciseaux

Introduction

Cette expérience permet de réaliser une stalactite de glace (pointe vers le bas) et peut-être même une stalagmite (pointe vers de haut).

Stalactite
Stalactite formée en deux heures dans un congélateur.

Expérience

Le but est de réaliser un montage qui va faire couler de l'eau liquide au goutte-à-goutte très lentement. Dans le congélateur, celle-ci va se solidifier pendant qu'elle coule et former la stalactite.

  • Coupe le joint du bocal en deux à l'endroit de la languette comme sur l'image ci-dessous.

Pot et joint coupé
Pot et joint coupé
  • Remplis un lavabo d'eau et plonge le bocal et le joint dedans.

  • Ferme le bocal de manière à ce qu'il y ait le moins d'air possible à l'intérieur. Le joint doit être placé tel qu'il laisse une ouverture de quelques millimètres de long.

Pot dans le lavabo
Pot dans le lavabo. Le pot doit être refermé sous l'eau limiter la quantité d'air à l'intérieur.
  • Retourne le pot. Si de l'eau s'écoule par le trou en laissant rentrer des bulles dans le bocal, ce n'est pas bon. Recommence alors la procédure de fermeture du pot en laissant un trou plus petit.

  • Un fois que le pot est prêt, place la soucoupe dans le congélateur et le pot à l'envers sur une grille au dessus de la soucoupe:

Pot dans le congélateur
Pot dans le congélateur
  • Laisse le pot refroidir et observe toutes les demi-heures ce qu'il se passe. Au bout de deux heures environ, la stalactite devrait atteindre sa taille maximale. Enlève alors le pot avant que toute l'eau à l'intérieur ne gèle. Le pot risque en effet d'exploser car la glace prend plus de volume que l'eau liquide!

Stalactite en formation
Stalactite en formation. De l'eau coule le long de la colonne de glace déjà formée et laisse au bout une goutte liquide qui se solidifie alors lentement. Dans l'expérience sur cette photo, l'eau était salée.

Que s'est-il passé?

Lorsque l'eau commence à geler à l'intérieur du pot, elle prend plus de volume et éjecte de l'eau liquide par le trou. Comme ceci se produit lentement, l'eau qui sort forme une goutte qui va congeler au contact de l'air froid du congélateur. Les gouttes suivantes peuvent descendre le long du morceau de glace formé par les gouttes précédentes puis congeler à leur tour. Une colonne de glace se forme.


Comment faire une stalagmite

C'est normalement possible. Il suffit de faire en sorte que les gouttes d'eau qui coulent le long de la stalactite n'aient pas le temps de se solidifier entièrement et tombent alors dans la soucoupe. La soucoupe étant très froide, c'est là que l'eau va entièrement geler et former un pic qui va grandir vers le haut.

Une possibilité pour y arriver est de changer les propriétés de solidification du liquide, par exemple en utilisant de l'eau salée: Avant de refermer le pot dans le lavabo, verse (sous l'eau) une ou deux cuillères à café de sel dans le bocal. Une fois fermé, bouche le trou (par exemple avec un chewing-gum) et secoue pour dissoudre le sel. Enlève le bouchon et place le tout dans le congélo.

Ce qui se passe est alors assez compliqué: L'eau qui se solidifie dans le bocal va être moins salée que l'eau liquide dont la concentration en sel va donc augmenter (car le sel ne disparait pas, même dissous). Or, plus l'eau est salée, plus elle doit être refroidie pour congeler. L'eau qui sort par le trou va donc pouvoir rester liquide plus longtemps en descendant le long de la stalactite en formation, et éventuellement tomber dans la soucoupe. Dans mes expériences, l'eau tombait bien, mais la stalagmite formée est très petite:

Stalagmite
Minuscule stalagmite. Il est probable que l'eau ait ici fait des "splashs" en tombant ce qui donne un stalagmite un peu trop étalé. Peut-être que réduire la hauteur de chute des gouttes permet d'améliorer le résultat.