Tour de densité : superposer des liquides
« Le gratte-ciel de liquides »
- ÂgeDès 6 ans
- Durée25 min
- AdulteAdulte dans la pièce
- OùSur une table
Construis un gratte-ciel de liquides pour observer leur densité : le miel, le liquide vaisselle, l’eau colorée et l’huile y forment des étages. Dès 6 ans, avec un adulte dans la pièce, tu peux comparer leur place et comprendre pourquoi cette tour de densité ne reste pas forcément intacte très longtemps. Prévois 5 minutes de préparation et 20 minutes d’expérience sur une table protégée.
La question
Pourquoi certains liquides restent-ils au-dessus des autres ?
Ton idée
Que va-t-il se passer, à ton avis ? Choisis une idée avant de commencer.
Le matériel
- 5 cl, soit 50 ml, préparés à l’avance Miel ou sirop
- 5 cl, soit 50 ml, préparés à l’avance Liquide vaisselle
- 5 cl, soit 50 ml, préparés à l’avance Eau colorée
- 5 cl, soit 50 ml, préparés à l’avance Huile alimentaire
- 1, d’une capacité d’au moins 30 cl Grand gobelet transparent haut en plastique
- 1 Cuillère
- 1 Grain de raisin sec, facultatif
- 1 Bouchon en plastique, facultatif
- 1 Plateau pour protéger la table
- Quelques feuilles pour les petites coulures et le nettoyage Essuie-tout
L’expérience
- 1
Pose le plateau sur une table stable, puis place le grand gobelet transparent haut en plastique au centre. Dispose les quatre portions de 5 cl à côté et vérifie avec l’adulte que le gobelet est propre.
- 2
Verse les 5 cl de miel ou de sirop dans le fond du gobelet. Laisse le liquide s’étaler avant de poursuivre.
Vise le fond plutôt que la paroi : tu verras mieux la limite de la première couche.
- 3
Place le dos de la cuillère près de la paroi intérieure, juste au-dessus du miel. Verse lentement les 5 cl de liquide vaisselle sur le dos de la cuillère, sans remuer.
- 4
Essuie la cuillère, puis replace son dos près de la paroi, juste au-dessus du liquide vaisselle. Verse les 5 cl d’eau colorée très doucement sur la cuillère.
Un filet lent perturbe moins les couches qu’un versement d’un seul coup. - 5
Essuie encore la cuillère et place-la juste au-dessus de l’eau. Verse doucement les 5 cl d’huile sur son dos, puis retire la cuillère sans remuer.
- 6
Regarde le gobelet de côté, les yeux à la hauteur des couches. Observe les limites entre les liquides juste après le versement, puis après 5 minutes et après 10 minutes.
- 7
Si tu utilises les objets facultatifs, dépose le raisin sec à la surface, tout près du liquide, puis observe son trajet. Dépose ensuite le bouchon de la même façon et regarde où il reste.
Dépose les objets un par un, sans les pousser avec la cuillère.
Observe
Tu devrais distinguer le miel ou le sirop au fond, puis le liquide vaisselle, l’eau colorée et enfin l’huile. Certaines limites peuvent être nettes, tandis que d’autres deviennent floues ou colorées. Le résultat dépend aussi de la composition du sirop et du liquide vaisselle : quatre étages parfaitement séparés ne sont pas garantis. Le raisin sec peut traverser plusieurs couches et ralentir ou s’arrêter plus bas ; le bouchon reste généralement près de la surface. Au fil des minutes, les couches du bas peuvent se mélanger progressivement, même sans mouvement visible du gobelet.
À noter dans ton carnet
- L’ordre des liquides, du fond vers la surface, juste après le versement.
- Les limites qui sont nettes et celles qui sont déjà floues.
- Les changements visibles après 5 minutes et après 10 minutes.
- Si les objets sont utilisés, leur trajet et leur position finale.
Comprendre
À volume égal, certains liquides pèsent plus que d’autres : ils ont tendance à se placer en dessous. L’huile reste au-dessus de l’eau parce qu’elle est moins dense et qu’elle ne se mélange pas facilement avec elle.
Tu as utilisé le même volume de chaque liquide : 5 cl. Pourtant, ces portions n’ont pas toutes la même masse. La masse volumique indique la masse d’un volume donné de matière. Le miel a généralement une masse volumique plus grande que l’eau ; l’huile alimentaire en a une plus petite. On dit aussi, pour comparer simplement ces liquides, que le miel est plus dense que l’eau et que l’huile est moins dense.
Verser doucement aide à installer les liquides les moins denses au-dessus des plus denses sans trop les brasser. Le dos de la cuillère ralentit le filet et répartit son arrivée. Le liquide vaisselle est généralement un peu plus dense que l’eau, mais sa composition varie selon les produits. Un sirop très dilué peut aussi donner une séparation moins nette qu’un miel bien concentré. Pour savoir ce qui se passe dans ta tour, fie-toi donc davantage à ton observation qu’à une image où les étages sont parfaitement séparés.
La masse volumique ne suffit pas à expliquer la durée des étages. Deux liquides sont miscibles lorsqu’ils peuvent se mélanger pour former un liquide uniforme. L’eau se mélange avec le miel, le sirop et le liquide vaisselle : leurs couches ne sont donc que temporaires. Peu à peu, leurs constituants se répartissent entre les couches voisines. Sans agitation, ce changement peut être lent, surtout dans le miel épais.
L’huile et l’eau sont non miscibles : elles ne forment pas spontanément un mélange uniforme. Tu peux voir la même séparation dans un assaisonnement contenant de l’huile et un liquide à base d’eau. Ici, le liquide vaisselle peut toutefois aider de petites gouttes d’huile à se disperser si les couches sont brassées. Une zone trouble ne signifie donc pas forcément que l’huile s’est dissoute dans l’eau.
Les objets apportent une autre comparaison. Leur position dépend de leur masse volumique moyenne, mais aussi de leur forme et de l’air qu’ils peuvent retenir. Un bouchon peut flotter, tandis qu’un raisin sec traverse certaines couches. Un liquide épais ralentit aussi la descente : avancer lentement ne signifie pas toujours flotter. Il faut observer si l’objet continue à descendre ou reste durablement à la même place.
- Volume
- Place occupée par une matière ; ici, chaque portion occupe 5 cl.
- Masse volumique
- Masse d’un volume donné de matière. À volume égal, la matière qui a la plus grande masse est la plus dense.
- Miscibles
- Se dit de liquides qui peuvent se mélanger pour former un liquide uniforme.
- Non miscibles
- Se dit de liquides qui ne forment pas spontanément un mélange uniforme, comme l’eau et l’huile.
Nouveau défi : Quelles frontières résistent le mieux ?
Avec la même tour, sans rien ajouter et sans la remuer, prédis quelle limite restera la plus nette jusqu’à la fin des 20 minutes d’expérience. Compare surtout la limite entre l’eau et l’huile avec celle entre l’eau et le liquide vaisselle. Dessine les changements et vérifie si ta prédiction correspond à ce que tu vois.
Autres idées à tester
- Réalise la tour sans les objets facultatifs pour observer uniquement les changements entre les liquides.
- Si tu as utilisé les deux objets, compare leurs trajets : traversent-ils les mêmes couches et s’arrêtent-ils au même endroit ? Utilise seulement les objets déjà présents, sans en ajouter.
Ranger et jeter
Avec l’adulte, récupère le bouchon, essuie-le et range-le. L’adulte recueille les liquides dans de l’essuie-tout, puis essuie soigneusement le gobelet, la cuillère et le plateau avant un rinçage final à l’eau. Nettoie la table et lave-toi les mains.
Le raisin sec utilisé et l’essuie-tout imbibé vont dans la poubelle des déchets ménagers. Ne verse pas la tour dans l’évier : l’huile et le miel sont récupérés avec l’essuie-tout, sans rejet en quantité dans les canalisations. Seule l’eau du rinçage final, après essuyage soigneux, va à l’évier. Le bouchon est nettoyé et conservé.
Pour les enseignants et les animateurs
- Classes
- Cycle 3 : CM1, CM2 et 6e ; découverte accompagnée possible dès 6 ans.
- Notion
- Comparer des matières à volume égal ; aborder la masse volumique et distinguer cette propriété de la miscibilité des liquides.
- Compétences
- Formuler une hypothèse et la confronter à des observations.
- Suivre un protocole en respectant les quantités et les règles de sécurité.
- Décrire une évolution à l’aide de dessins et de repères temporels.
- Distinguer une observation d’une interprétation.
- En classe
- Pour 25 élèves, formez cinq groupes de cinq et prévoyez, par groupe, un gobelet, une cuillère, un plateau et les quatre portions de 5 cl. Les objets restent facultatifs ; vous pouvez les omettre pour faciliter la gestion collective. Réservez 5 minutes à l’installation et 20 minutes aux manipulations, aux observations et à une courte mise en commun. Répartissez les rôles : versement, surveillance du protocole, observation, dessin et compte rendu oral. Comparez les résultats des groupes sans présenter les interfaces floues comme des échecs.
- À la fin, l’élève sait…
- L’élève doit pouvoir expliquer qu’à volume égal les liquides peuvent avoir des masses différentes, et que des couches visibles ne prouvent pas que tous les liquides sont non miscibles. Il doit aussi décrire un changement réellement observé.
Questions fréquentes
Pourquoi n’obtenons-nous pas quatre couches bien nettes ?
La composition du liquide vaisselle et la concentration du sirop influencent leur masse volumique. Un versement rapide entraîne aussi les liquides voisins et brouille leurs limites. Enfin, l’eau, le miel ou le sirop et le liquide vaisselle peuvent se mélanger progressivement. Vous pouvez donc exploiter une tour imparfaite pour distinguer la formation initiale des couches de leur évolution.
Le miel reste au fond : est-ce simplement parce qu’il est épais ?
Non : son emplacement s’explique principalement par sa masse volumique, généralement supérieure à celle des autres liquides utilisés. Son épaisseur explique surtout qu’il coule et se mélange lentement. Ces deux propriétés sont différentes. Vous pouvez aider votre enfant à distinguer la place d’un liquide de la vitesse à laquelle il s’écoule.
Pouvons-nous conserver la tour pour le lendemain ?
Cette activité est prévue pour une séance de 25 minutes, nettoyage non compris. Les couches peuvent évoluer et le contenu doit rester inaccessible aux plus jeunes. Nous vous conseillons de conserver plutôt les dessins et les observations, puis de nettoyer le matériel à la fin de la séance. Une photographie peut aussi garder la trace du résultat sans conserver le mélange.
Vérifiée avant publication
Cette expérience a été relue le 15 octobre 2026 par notre contrôle de sécurité et notre contrôle scientifique : 64 phrases relues une à une, dont 6 appuyées par une citation des sources ci-dessous ; aucune erreur restante.
