Apprivoiser une Tornade ou Comment Créer un Vortex en Bouteille

Nous présentons dans cet article une expérience en science amusante qui consiste à transvaser un liquide d’une bouteille à une autre en créant un vortex.

Ce vortex, véritable entonnoir permettant un échange optimal entre l’air et l’eau des contenants est un modèle “en bouteille” d’une tornade dont la formation -en météo, résulte de la rencontre favorable de masses d’air chaud humide et d’air froid sec.

Ce phénomène fascinant que nous pourrons répéter à volonté, propose également une approche démonstrative pour illustrer la distinction entre le mouvement centrifuge -qui fuit le centre et le mouvement centripète -qui tend à rapprocher du centre.

Apports pédagogiques

• Recyclages malins
  Expérience 100% recyclage, ne nécessitant aucune dépense
• Observations scientifiques
  Accélération centripète, énergie potentielle, énergie cinétique…
• Fabrication et Travaux manuels
  Manipulations à la portée d’adolescents encadrés
• Jeux de concentration
  Nombreuses applications telle que l’entraînement à l’attention

Éléments de compréhension

Une tornade est un phénomène météorologique qui se manifeste par un tourbillon de vents violents se formant à la base d’un cumulonimbus. Également appelé Cyclone dans les régions tropicales ou Ouragan dans le Pacific Nord-Est et l’Atlantique Nord, ce système résulte d’une confrontation de zones de basse pression et des zones de haute pression et plus la différence de pression est importante, plus les vents sont forts.

Dans l’hémisphère Nord, les tornades ont une rotation dite cyclonique -sens contraire des aiguilles d’une montre, tandis que dans l’hémisphère Sud, leur rotation est anticyclonique -sens des aiguilles d’une montre.

 

 

Ce tourbillon est visible sous la forme d’un vortex lorsque la pression chute de manière significative. Tandis que le cisaillement des vents amorcera le tourbillon, la dilatation de l’air chaud et sec et son refroidissement au contact de la zone de basse pression produit une condensation de la vapeur d’eau prise dans le tourbillon qui a pour effet de le rendre visible.

 

 

Dans notre Vortex en bouteille, c’est l’impulsion du tour de poignet qui offre le passage à la colonne d’air qui monte verticalement, tandis que l’eau s’écoule le long des parois de la bouteille inférieure.

Ce que nous allons réaliser

Nous allons bricoler un dispositif simple permettant de transvaser l’eau d’une bouteille à l’autre en créant un vortex. Ce montage consiste à assembler deux bouchons de bouteilles de soda et à faire y un trou de 1,3cm environ pour permettre l’écoulement de l’eau.

Ce qu’il nous faut

• Deux bouteilles de limonade en plastique
• Plusieurs bouchons de bouteilles
• Un vieille poêle en teflon
• Une perceuse

Les étapes de fabrication

 

Première étape, nous allons à la pêche aux bouchons. Pour cela, rien de mieux que les snack-bar et les cafétérias qui ont des stocks des bouchons isolés pour le recyclage. Après avoir lavé et trié notre pêche, nous nous retrouvons avec un formidable lot de bouchons bleus!

 

Même si on peut observer que la plupart des bouchons de sodas ont le même diamètre et le même pas de vis, on pourra également noter des différences appréciables entre ces différents bouchons. Beaucoup sont bombés ce qui ne favorise pas un collage uniforme des surfaces. Notre choix s’et porté vers le bouchon d’eau de Quézac qui est bien plat et qui présente un petit trou central qui va faciliter le perçage.

 

Pour notre thermocollage, rien de mieux qu’une vieille poêle en teflon bien spacieuse pour permettre une meilleure manipulation des bouchons. Nous avons essayé d’autre moyens de collage, mais celui-ci est de loin le plus efficace. Poser les bouchons dans la poêle et surveiller la fusion. Quelques secondes suffisent lorsque la poêle est bien chaude.

 

Nous retirons les bouchons de la poêle dès qu’ils commencent à accrocher un peu. Ils présentent une face légèrement fondue ; ils sont à point! Attention, c’est très chaud!

 

Nous appliquons les bouchons face contre face en évitant qu’il se décalent. Ils doivent former une colonne bien droite. Nous exerçons une très légère pression afin d’éviter qu’ils ne se déforment.

 

Dès que l’assemblage est en place, nous parachevons la soudure en baignant les bouchons contrecollés dans de l’eau froide. Psshhhh!!!

 

Voilà à quoi ça ressemble. Nous en profitons pour réaliser une bonne dizaine de ces assemblages afin de pouvoir partager cette expérience!

 

Il s’agit à présent de percer un trou de passage d’environ 1,3/1,4cm. Nous commencons d’abord par percer un trou guide puis nous terminons avec une mèche à métaux du diamètre souhaité.

 

Voilà le précieux élément! Avec une mèche à meule, nous avons ébarbé notre trou de part et d’autre du bouchon pour éliminer les copeaux de plastique.

 

Nous remplissons un de nos contenants avec une eau colorée pour une meilleure visualisation de l’effet.

 

Voilà notre kit à Vortex complet : un contenant plein et un contenant vide identique. Nous allons les joindre grâce à notre bouchon magique!

 

1. Assembler les deux contenants. 2. Retourner le montage pour avoir le liquide dans le contenant supérieur et amorcer le vortex avec un mouvement de rotation énergique. 3. Ta-daaaaa!!!!!

 

On peut trouver dans des boutiques en ligne, des manchons appelés “Tornado tubes”, spécialement conçus pour ces expérimentations de vortex en bouteille :

Tornado tubes
Steve Spangler Science

Note de sécurité

Le thermocollage tels que nous le décrivons dans cet article doit être réservé aux éducateurs, la proximité de la poêle en teflon et les bouchons en fusion pouvant causer de graves brûlures en cas de défaut de vigilance.