Fabriquer une boussole avec un trombone aimanté
« La boussole de l'explorateur »
- ÂgeDès 8 ans
- Durée25 min
- AdulteAdulte dans la pièce
- OùSur une table
Avec un trombone, un gros aimant et un bol d’eau, tu peux fabriquer la boussole de l’explorateur. Dès 8 ans, avec un adulte dans la pièce, tu peux observer comment un objet libre de tourner retrouve une direction. Prévois 10 minutes de préparation et 15 minutes d’expérience sur une table stable et protégée.
La question
Comment les explorateurs trouvaient-ils le nord ?
Ton idée
Que va-t-il se passer, à ton avis ? Choisis une idée avant de commencer.
Le matériel
- 1, d’au moins 8 cm de long et trop gros pour entrer dans un bouchon de bouteille Gros aimant scolaire en barreau, en un seul morceau et non fissuré
- 1 Trombone en acier déplié, bien droit, avec des extrémités arrondies
- 1, d’environ 3 cm de diamètre et 5 mm d’épaisseur Rondelle de bouchon en liège, préparée par l’adulte
- 1 bol large contenant 250 ml d’eau Bol en plastique contenant de l’eau à température ambiante
- 1 Plateau pour poser le bol et recueillir l’eau renversée
- 2 Torchons, l’un pour protéger la table sous le plateau, l’autre pour essuyer l’eau renversée
L’expérience
- 1Étape de l’adulte
L’adulte coupe une rondelle de bouchon en liège d’environ 5 mm d’épaisseur. L’adulte vérifie que ses deux faces sont assez plates et que les extrémités du trombone sont arrondies.
- 2
Protège une table stable et sèche avec un torchon, puis installe le plateau au milieu et pose dessus le bol contenant 250 ml d’eau. Garde le second torchon à portée avant de commencer, pour essuyer immédiatement toute eau renversée. Éloigne les objets métalliques mobiles de la zone d’observation.
Une table sans structure métallique proche du bol donne généralement de meilleurs résultats.
- 3
Pose le gros aimant à plat et maintiens-le avec une main. Fais glisser le trombone sur une même extrémité de l’aimant, toujours du même bout du trombone vers l’autre, 40 fois.
Après chaque passage, soulève le trombone pour revenir au point de départ : ne fais pas d’allers-retours contre l’aimant. - 4
Éloigne le gros aimant d’au moins un mètre du bol. Pose la rondelle de liège sur l’eau, puis dépose doucement le trombone à plat au centre de la rondelle, avec ses deux bouts qui dépassent de façon équilibrée.
- 5
Sans toucher la table ni le bol, observe le trombone pendant une à deux minutes. Repère la direction de ses deux extrémités par rapport aux bords de la table.
Si le liège touche le bord du bol, ramène-le doucement au centre avec un doigt, puis retire ta main et attends que l’eau se calme.
- 6
Avec un doigt, fais tourner doucement la rondelle d’environ un quart de tour, sans déplacer le trombone sur le liège. Retire ta main et observe la direction retrouvée lorsque le mouvement s’arrête.
- 7
Répète cette dernière manipulation deux fois, en laissant l’eau se calmer entre les essais. Compare les trois directions finales à l’aide des mêmes repères sur la table.
Observe
Le liège porte le trombone à la surface de l’eau. Après la pose, l’ensemble peut tourner et hésiter un peu avant de s’arrêter. Lorsqu’il flotte loin du bord, il retrouve généralement une direction proche de la précédente après chaque déplacement. Cette direction correspond approximativement à l’axe nord-sud, si aucun objet voisin ne perturbe l’essai. L’expérience ne permet pas, à elle seule, de savoir lequel des deux bouts indique le nord.
À noter dans ton carnet
- La direction de départ du trombone par rapport aux bords de la table.
- La direction finale pour chacun des trois essais.
- La présence éventuelle de petits mouvements de va-et-vient avant l’arrêt.
- Les difficultés rencontrées : liège contre le bord, trombone déséquilibré ou eau encore en mouvement.
Comprendre
Le gros aimant transforme le trombone en petit aimant. Comme il peut tourner sur l’eau, le trombone s’oriente grâce au magnétisme de la Terre, à peu près dans la direction nord-sud.
Les navigateurs et les explorateurs ont utilisé des boussoles pour retrouver une direction, notamment quand les repères du paysage manquaient. Une boussole contient un élément aimanté qui peut tourner facilement. Ici, le trombone remplace cet élément, tandis que le liège le porte sur l’eau. Le montage est moins précis qu’une boussole de navigation, mais il permet d’en découvrir le principe.
Dans l’acier du trombone, de minuscules régions possèdent chacune une orientation magnétique. Avant la préparation, leurs effets se compensent en grande partie. Les passages contre une même extrémité de l’aimant favorisent une orientation commune : le trombone devient aimanté. Ce n’est pas le frottement tout seul qui produit cet effet, mais l’action de l’aimant pendant les passages. Un aimant de réfrigérateur attire lui aussi certains objets en acier grâce à cette action magnétique.
La Terre possède un champ magnétique : c’est une influence invisible capable d’orienter un aimant. Un trombone aimanté libre de tourner tend à s’aligner sur la direction de ce champ dans le plan horizontal. Cette direction est généralement proche de l’axe nord-sud géographique, mais les deux ne coïncident pas exactement. Le nord géographique est la direction du pôle Nord sur les cartes ; l’écart avec la direction indiquée par une boussole dépend du lieu.
L’eau ne donne pas la direction au trombone. Elle permet au support de tourner avec peu de résistance, alors que le même montage posé directement sur une table serait freiné par le contact. Les mouvements de l’eau ralentissent progressivement la rotation et les petits va-et-vient. Si le liège touche la paroi, ce contact peut empêcher le trombone de retrouver sa direction.
Le gros aimant de préparation peut agir beaucoup plus fortement sur le trombone que le champ terrestre s’il reste à proximité. Certains objets en acier peuvent aussi modifier la direction observée : c’est pourquoi l’emplacement du bol compte. Enfin, sans repère extérieur connu, retrouver un axe ne suffit pas à nommer ses deux côtés. Tu as construit un dispositif qui montre une orientation, mais tu n’as pas encore identifié avec certitude le bout dirigé vers le nord.
- Aimantation
- Transformation qui rend un objet capable de se comporter comme un aimant.
- Champ magnétique
- Influence invisible produite notamment par un aimant ou par la Terre, capable d’orienter un autre aimant.
- Axe nord-sud
- Ligne qui relie les deux directions opposées du nord et du sud.
- Nord géographique
- Direction du pôle Nord de la Terre, utilisée comme repère sur les cartes.
Nouveau défi : Une direction retrouvée malgré des départs différents ?
Avec le même montage et les mêmes 250 ml d’eau, compare un départ parallèle au grand bord de la table et un départ perpendiculaire. Pour chaque essai, tourne doucement le liège, retire ton doigt et laisse l’eau se calmer. Le trombone retrouve-t-il la même direction finale dans les deux cas ? Garde le gros aimant au même endroit, à au moins un mètre du bol.
Autres idées à tester
- Observe le montage depuis un autre côté de la table, sans déplacer le bol. Vérifie si le changement de point de vue modifie la direction réelle du trombone ou seulement la façon dont tu la décris.
Ranger et jeter
Retire le trombone et la rondelle de liège de l’eau, puis sèche-les avec un torchon. Vide le bol et le plateau, essuie la table et range l’aimant, le trombone ainsi que la rondelle de liège dans un endroit inaccessible aux petits enfants. Range le bol, le plateau et les torchons.
L’eau seule peut aller à l’évier. Garde le liège, le trombone et l’aimant pour une autre séance ; si le liège est abîmé et doit être jeté, mets-le à la poubelle, jamais dans l’évier.
Pour les enseignants et les animateurs
- Classes
- Cycle 3 : CM1, CM2 et 6e ; dès 8 ans
- Notion
- Actions magnétiques, orientation dans l’espace et mise en œuvre d’une démarche expérimentale.
- Compétences
- Formuler une hypothèse et la confronter à des observations répétées.
- Réaliser un dispositif simple en suivant un protocole.
- Décrire une direction à partir de repères fixes.
- Distinguer une observation de son interprétation.
- En classe
- Pour 25 élèves, organisez cinq groupes de cinq et prévoyez, par groupe, le matériel et les quantités indiqués. Préparez vous-même les cinq rondelles pendant les 10 minutes de préparation. Durant les 15 minutes d’expérience, faites aimanter les trombones successivement, puis rassemblez les gros aimants à au moins un mètre des bols et davantage si les orientations restent perturbées. Répartissez les rôles entre manipulation, observation et prise de notes, puis comparez les directions obtenues par les groupes sans attendre une précision parfaite.
- À la fin, l’élève sait…
- L’élève doit pouvoir expliquer que l’aimant a aimanté le trombone, que l’eau lui permet de tourner et que le champ magnétique terrestre lui donne une orientation approximativement nord-sud. Il doit aussi reconnaître que les deux extrémités ne sont pas identifiées comme nord et sud par cette seule manipulation.
Questions fréquentes
Pourquoi le trombone ne tourne-t-il pas ?
Vérifiez d’abord que le liège ne touche pas le bord et que le trombone ne glisse pas dans l’eau. Attendez ensuite que la surface soit calme. Éloignez davantage l’aimant et les objets métalliques mobiles. Si nécessaire, reprenez la préparation avec 40 passages dans le même sens : tous les trombones ne conservent pas aussi bien leur aimantation.
Comment savoir quel bout montre le nord ?
Cette expérience montre surtout qu’une direction est retrouvée. Elle ne permet pas de nommer les deux extrémités sans une direction de référence connue. Vous pouvez donc parler d’un axe approximativement nord-sud, plutôt que d’affirmer qu’un bout particulier indique le nord. Cette limite fait partie du résultat scientifique.
Pourquoi choisir un trombone en acier ?
L’acier peut être attiré par un aimant et conserver une aimantation après son passage contre celui-ci. Tous les métaux ne possèdent pas ces propriétés. Même parmi les aciers, la facilité à s’aimanter et à garder cette aimantation varie. Si le résultat reste faible malgré une préparation correcte, le matériau du trombone peut être en cause.
Vérifiée avant publication
Cette expérience a été relue le 15 octobre 2026 par notre contrôle de sécurité et notre contrôle scientifique : 60 phrases relues une à une, dont 22 appuyées par une citation des sources ci-dessous ; aucune erreur restante.
