Le verre d'eau retourné qui ne se vide pas
« Le verre têtu »
- ÂgeDès 7 ans
- Durée20 min
- AdulteAdulte dans la pièce
- OùPrès d’un évier
Un gobelet retourné, un carton dessous… et l'eau reste en place pendant quelques instants ! « Le verre têtu » est une expérience de verre d'eau retourné avec un carton, à faire dès 7 ans, avec un adulte dans la pièce. Prévois 5 minutes de préparation et 15 minutes d'expérience, toujours au-dessus d'un évier ou d'une bassine.
La question
Pourquoi l'eau ne tombe-t-elle pas quand on retourne le gobelet et qu'un carton couvre son ouverture ?
Ton idée
Que va-t-il se passer, à ton avis ? Choisis une idée avant de commencer.
Le matériel
- 1 Gobelet en plastique rigide, avec un bord lisse et intact
- 1 Carré de carton fin, plat et assez rigide, de type carte postale, un peu plus grand que l'ouverture du gobelet
- 1 gobelet rempli à ras bord par essai Eau à température ambiante
- 1 Évier ou bassine placée sous toute la manipulation
- 1 Torchon à garder à portée de main
L’expérience
- 1
Installe-toi devant l'évier dégagé, ou devant une bassine posée bien à plat. Place le torchon à portée de main et le carton sur une surface sèche.
- 2
Tiens le gobelet au-dessus de l'évier ou de la bassine. Remplis-le doucement d'eau à température ambiante jusqu'à ras bord.
Garde le gobelet droit pour limiter les débordements.
- 3
Pose le carton bien à plat sur l'ouverture du gobelet, en le centrant. Vérifie qu'il dépasse tout autour et pose une main à plat dessus.
- 4
Tiens le gobelet avec l'autre main, sans le déformer. En maintenant le carton contre le bord, retourne l'ensemble doucement, juste au-dessus du fond de l'évier ou de la bassine.
- 5
Garde le gobelet immobile, ouverture vers le bas et carton horizontal. Retire lentement la main placée sous le carton, sans tirer celui-ci sur le côté.
Si l'eau coule immédiatement, repose l'ensemble dans l'évier ou la bassine.
- 6
Observe le carton et le bord du gobelet pendant quelques secondes. Regarde si des gouttes apparaissent ou si des bulles entrent dans l'eau.
- 7
Replace une main sous le carton et maintiens-le contre l'ouverture. Remets doucement le gobelet à l'endroit, puis enlève le carton et vide l'eau dans l'évier ou la bassine.
Observe
Quand tu retires ta main, le carton peut rester plaqué contre le gobelet et retenir l'eau pendant quelques secondes, parfois davantage. Il peut se courber légèrement ou devenir humide. Une petite goutte au bord ne signifie pas forcément que toute l'eau va tomber aussitôt. Si de l'air entre par le bord ou si le carton se déforme trop, le maintien peut cesser et l'eau s'écoule.
À noter dans ton carnet
- Le carton reste-t-il en place après le retrait de ta main ?
- Tiens-tu le temps de compter lentement jusqu'à cinq avant de remettre la main ? Ce comptage donne seulement un repère approximatif.
- Vois-tu des gouttes au bord ou des bulles qui entrent dans le gobelet ?
- Le carton est-il encore plat à la fin de l'essai ?
Comprendre
L'air autour de toi pousse sur le carton : cette poussée aide à retenir l'eau dans le gobelet. Au bord, une fine couche d'eau aide aussi à empêcher l'air d'entrer.
L'air est invisible, mais il exerce une poussée sur les objets dans toutes les directions. Cette action sur une surface s'appelle la pression. Sous le carton, l'air pousse donc vers le haut, même si tu ne sens pas cette poussée avec ta main. Comme pour une ventouse sur une surface lisse, l'air extérieur peut aider à maintenir un objet en place.
Mais dire que « l'air est plus fort que l'eau » ne suffit pas. À l'intérieur du gobelet aussi, l'eau appuie sur le carton. Quand tu retires ta main, le carton et l'eau peuvent bouger très légèrement. La pression dans le haut du gobelet diminue alors : elle devient plus faible que celle de l'air extérieur. Si une petite poche d'air est présente, elle peut se dilater un peu, c'est-à-dire occuper davantage de place.
Pour comprendre ce qui tient le carton, il faut comparer les poussées des deux côtés. L'air extérieur pousse vers le haut ; l'eau à l'intérieur et le poids du carton agissent vers le bas. Quand l'ensemble reste immobile, ces actions se compensent. La pression plus faible dans le haut du gobelet permet cet équilibre malgré le poids de l'eau. L'eau n'a donc pas perdu son poids, et le carton ne l'a pas absorbée.
Le contact au bord compte beaucoup. L'eau forme un petit joint entre le carton et le bord du gobelet. La tension superficielle, une propriété de la surface de l'eau qui tend à rester réunie, aide ce joint à résister à l'entrée de l'air. C'est aussi cette propriété qui contribue à former des gouttes arrondies sur une surface. Le carton doit donc être plat et couvrir toute l'ouverture.
Si de l'air entre suffisamment, la différence de pression ne peut plus retenir l'ensemble : le carton se détache et l'eau coule. Un carton ramolli ou un bord irrégulier favorisent les fuites. Un essai qui ne tient pas reste intéressant : les gouttes, les bulles et la forme du carton donnent des indices sur ce qui s'est passé.
- Pression
- Action d'une poussée répartie sur une surface. L'air et l'eau exercent une pression sur les objets qu'ils touchent.
- Poids
- Force avec laquelle la Terre attire un objet vers le bas.
- Tension superficielle
- Propriété de la surface de l'eau qui tend à rester réunie et contribue à la forme des gouttes.
- Joint
- Zone de contact qui limite le passage de l'air ou de l'eau entre deux objets.
Nouveau défi : Repérer les premiers signes d'une fuite
Si le carton est encore plat et rigide, refais un essai avec le même gobelet rempli à ras bord, toujours au-dessus de l'évier ou de la bassine. Prédis d'abord ce que tu verras : un bord sec, quelques gouttes ou des bulles. Observe pendant cinq secondes au maximum, puis remets la main sous le carton et termine comme à la dernière étape. Compare tes observations sans chercher à faire durer davantage.
Ranger et jeter
Vide le gobelet et, si nécessaire, la bassine dans l'évier. Essuie le plan de travail et le sol, puis fais sécher le gobelet et la bassine avant de les ranger. Étale le torchon pour qu'il sèche.
L'eau peut aller dans l'évier. Garde le carton s'il reste utilisable ; sinon, laisse-le sécher et trie-le selon les consignes locales applicables aux cartons et papiers traités. Le gobelet et la bassine sont conservés pour être réutilisés.
Pour les enseignants et les animateurs
- Classes
- Cycle 3 : CM1, CM2 et 6e ; découverte accompagnée possible dès 7 ans.
- Notion
- Mettre en évidence une action mécanique de l'air et comprendre le rôle d'une différence de pression. Distinguer cette action de l'absorption de l'eau par le carton.
- Compétences
- Formuler une hypothèse et la confronter à une observation.
- Suivre un protocole en respectant les conditions de sécurité.
- Décrire précisément un résultat, y compris lorsqu'il diffère du résultat attendu.
- Construire une explication en distinguant observation et interprétation.
- En classe
- Pour 25 élèves, prévoyez cinq groupes de cinq, avec un gobelet, un carton, un torchon et une bassine par groupe, ainsi que de l'eau à température ambiante. Consacrez 5 minutes à la préparation et 15 minutes aux essais, en faisant alterner manipulation et observation. Installez chaque bassine sur une surface stable et gardez une vue sur tous les groupes ; si cela n'est pas possible, organisez des passages successifs à l'évier. Lors de la mise en commun, comparez les essais réussis et les fuites, sans classer les groupes selon la durée de maintien.
- À la fin, l’élève sait…
- L'élève doit pouvoir dire que l'air extérieur pousse sur le carton, que l'eau conserve son poids et qu'un bon contact au bord limite l'entrée de l'air. Pour les plus avancés, demandez pourquoi la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur est nécessaire à l'explication.
Questions fréquentes
Pourquoi le carton tombe-t-il immédiatement chez nous ?
Vérifiez d'abord que le carton est plat, assez rigide et plus grand que l'ouverture sur tout son pourtour. Le bord du gobelet doit être lisse, et le gobelet ne doit pas se déformer sous les doigts. Un mouvement brusque ou une entrée d'air au bord peut suffire à interrompre le maintien. Reprenez seulement si le carton reste en bon état, au-dessus de l'évier ou de la bassine.
Faut-il absolument remplir le gobelet à ras bord ?
Conservez le remplissage à ras bord : c'est la condition prévue par le protocole. Elle limite la poche d'air initiale et facilite le contact de l'eau avec le carton. Une toute petite bulle n'empêche pas forcément la réussite. La présence d'air à l'intérieur ne signifie donc pas, à elle seule, que l'essai va échouer.
Cette expérience est-elle adaptée à un enfant de 7 ans ?
Oui, dès 7 ans, avec un adulte dans la pièce et uniquement si l'enfant tient confortablement le gobelet et le carton. Faites-lui répéter le mouvement avec le gobelet vide si nécessaire. L'objectif est d'observer quelques secondes, pas de tenir longtemps. Si le geste reste difficile, vous pouvez manipuler pendant que l'enfant observe.
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 13 appuyées par une citation des sources ci-dessous ; aucune erreur restante.
