Fabriquer une voiture ballon
« Le bolide à air »
- ÂgeDès 8 ans
- Durée45 min
- AdulteAdulte dans la pièce
- OùSur une table, Au sol, avec de la place
Pour fabriquer une voiture ballon, transforme un rectangle de carton en petit bolide propulsé par de l’air. Dès 8 ans, avec un adulte dans la pièce, tu peux construire cette voiture à ballon, observer son départ et chercher ce qui l’empêche de rouler plus loin. Prévoyez 25 minutes de préparation et 20 minutes d’expérience, sur une table dégagée puis sur un sol plat et sec.
La question
Comment de l’air peut-il faire avancer une voiture ?
Ton idée
Que va-t-il se passer, à ton avis ? Choisis une idée avant de commencer.
Le matériel
- 1 rectangle de 10 × 15 cm Rectangle de carton
- 4 Bouchons de bouteille de même diamètre
- 2, de même longueur Pailles droites servant de guides pour les axes
- 2, suffisamment longs pour dépasser de chaque côté des pailles et recevoir les roues Pics à brochette dont les pointes sont coupées par l’adulte
- 1 Ballon de baudruche
- 1 rouleau, pour fixer les éléments Ruban adhésif
- 1, assez souple pour entourer le carton sans le courber Élastique
L’expérience
- 1Étape de l’adulte
L’adulte perce le centre des quatre bouchons et retire les éventuelles aspérités. Il ajuste les trous pour que les bouchons tiennent fermement sur les pics : les roues doivent entraîner les axes plutôt que glisser dessus.
Un trou bien centré évite que la voiture se soulève puis retombe à chaque tour de roue.
- 2Étape de l’adulte
L’adulte coupe les pointes des deux pics et vérifie que leurs extrémités sont lisses. Il contrôle que chaque pic peut traverser une paille et recevoir un bouchon à chaque bout, sans dépasser à l’extérieur des roues.
- 3
Pose le carton avec sa longueur de 15 cm devant toi et place les deux pailles en travers, sous le carton, près de ses deux extrémités. Fixe-les avec du ruban adhésif : elles doivent être parallèles et leurs ouvertures doivent rester dégagées.
Les pailles peuvent dépasser sur les côtés : ce n’est pas gênant si les axes sont assez longs.
- 4
Glisse un pic dans chaque paille, puis emboîte les quatre bouchons aux extrémités des pics. Laisse un petit espace entre chaque roue et la paille, puis pousse doucement le châssis sur la table pour vérifier que les axes tournent librement.
Si une roue frotte, demande à l’adulte de vérifier son emboîtement et le centrage du trou. - 5
Passe doucement l’élastique autour du carton dans le sens de la longueur, pour maintenir les deux pailles contre le dessous du châssis. Vérifie qu’il ne courbe pas le carton, ne touche pas les roues et ne bouche pas les pailles.
- 6
Pose le ballon dégonflé sur le dessus du carton, avec son ouverture dépassant légèrement du bord arrière et dirigée vers l’arrière. Fixe les côtés de son col au carton avec deux petites bandes adhésives, sans entourer ni aplatir le passage de l’air.
Le corps du ballon doit pouvoir se gonfler au-dessus du carton sans toucher les roues. - 7Étape de l’adulte
L’adulte gonfle modérément le ballon fixé sur la voiture, sans le tendre fortement, puis pince son ouverture pour retenir l’air. Il vérifie que le ballon reste centré et qu’aucune fixation ne gêne sa sortie d’air.
- 8
Sur un sol plat, sec et dégagé, maintiens l’ouverture pincée pendant que l’adulte pose la voiture, puis ouvre les doigts sans pousser le châssis. Observe le sens du départ, le trajet et l’arrêt ; repère le départ et l’arrivée avec de petits morceaux de ruban adhésif, sans les placer sous les roues.
Reste à côté du trajet pour voir la voiture sans lui barrer le passage.
Observe
Quand tu libères l’ouverture, de l’air sort vers l’arrière et la voiture peut partir vers l’avant, sans poussée de la main. Le ballon diminue de volume pendant le déplacement et tu peux entendre un souffle. Le trajet n’est pas forcément droit : des roues mal alignées ou un col tourné sur le côté peuvent faire dévier la voiture. Quand la poussée devient insuffisante, les frottements ralentissent le véhicule jusqu’à son arrêt ; avec des roues qui frottent trop, il peut même rester immobile.
À noter dans ton carnet
- Le sens de sortie de l’air et le sens du déplacement de la voiture.
- La distance entre les repères, estimée en longueurs du carton de 15 cm.
- La forme du trajet : presque droit, courbé à gauche ou courbé à droite.
- Les contacts visibles entre le ballon, les roues, les pailles et le carton.
Comprendre
Le ballon pousse l’air vers l’arrière ; en réaction, l’air exerce une poussée vers l’avant sur le ballon et la voiture à laquelle il est fixé. Les frottements s’opposent au mouvement et finissent par arrêter le véhicule.
Quand le ballon est gonflé, son enveloppe élastique est étirée et l’air intérieur est à une pression supérieure à celle de l’air extérieur. Lorsque l’ouverture est libérée, cette différence de pression fait sortir l’air. L’enveloppe se rétracte à mesure que le ballon se vide.
Pour envoyer de l’air vers l’arrière, le ballon exerce une force sur cet air. L’air exerce en retour une force de même intensité et de sens opposé sur le ballon : c’est le principe d’action-réaction, aussi appelé troisième loi de Newton. Ces deux forces ne s’annulent pas sur la voiture, car elles s’exercent sur deux objets différents : l’air éjecté d’un côté, le ballon de l’autre.
Le ruban adhésif relie le ballon au châssis : la poussée peut donc entraîner l’ensemble du véhicule. L’air n’a pas besoin de toucher les roues ni de prendre appui sur le sol pour produire cette poussée. Les roues servent surtout à permettre au carton de se déplacer avec moins de résistance que s’il glissait directement sur le sol.
Une partie du mouvement est freinée par les contacts entre les axes et les pailles, par le roulement des roues et par la résistance de l’air. Une roue qui touche le carton ajoute encore du frottement. Comme sur un vélo dont une roue frotte contre une autre pièce, un petit défaut de réglage peut rendre le déplacement beaucoup plus difficile.
- Poussée
- Force qui peut mettre un objet en mouvement ou modifier son mouvement.
- Action-réaction
- Principe selon lequel deux objets qui agissent l’un sur l’autre exercent des forces de même intensité et de sens opposés.
- Essieu
- Axe qui porte les roues ; ici, chaque pic joue ce rôle.
- Frottement
- Interaction au contact de deux surfaces, qui peut s’opposer à leur mouvement relatif.
- Châssis
- Structure qui porte les éléments du véhicule ; ici, le rectangle de carton.
Nouveau défi : Un réglage peut-il améliorer le trajet ?
Après un premier essai, choisis un seul réglage : recentrer le ballon ou dégager une roue qui touche une paille. Avec l’adulte, refais un essai au même endroit, avec un gonflage modéré aussi semblable que possible au précédent. Compare les trajets et les distances, sans conclure trop vite : deux gonflages réalisés à la bouche ne sont jamais parfaitement identiques.
Autres idées à tester
- Avant le gonflage, fais rouler doucement la voiture dans les deux sens avec la main : cela permet de repérer un axe qui coince sans confondre ce problème avec celui de la propulsion.
- Compare un essai sur un sol lisse et un essai sur un sol légèrement plus rugueux, tous deux plats, secs et dégagés. Garde les mêmes réglages et un gonflage modéré comparable.
Ranger et jeter
Retirez les repères adhésifs du sol et récupérez toutes les pièces. Rangez les pics, les bouchons, les pailles et l’élastique dans un rangement hors de portée des petits enfants ; essuyez la table et le sol si nécessaire.
Évier : non, aucun élément du montage ne doit y être jeté. Déposez le ballon usagé et les morceaux de ruban adhésif dans la poubelle des déchets résiduels ; triez le carton propre selon les consignes locales et conservez les pièces réutilisables.
Pour les enseignants et les animateurs
- Classes
- Cycle 3 : CM1, CM2 et 6e ; dès 8 ans.
- Notion
- Actions mécaniques, propulsion par éjection d’air et rôle des frottements ; première approche qualitative de la troisième loi de Newton.
- Compétences
- Formuler une hypothèse et la confronter à une observation.
- Réaliser et régler un objet technique à partir d’un protocole.
- Comparer des essais en ne modifiant qu’un paramètre.
- Communiquer des résultats à l’aide d’un dessin légendé et de relevés.
- En classe
- Pour 25 élèves, constituez cinq groupes de cinq, avec un lot complet de matériel par groupe et des rôles tournants : montage, vérification, observation, relevé et présentation. Préparez vous-même les bouchons et les pics, puis réservez 25 minutes au montage et 20 minutes aux essais et à la mise en commun. Pour l’hygiène, vous assurez le gonflage des ballons et vous ne faites pas circuler les ouvertures entre les élèves. Organisez les départs un groupe à la fois sur une zone au sol dégagée, puis comparez les observations en distinguant défaut de roulement et défaut de propulsion.
- À la fin, l’élève sait…
- L’élève doit pouvoir indiquer que l’air sort vers l’arrière tandis que la voiture reçoit une poussée vers l’avant, expliquer que les roues ne sont pas entraînées directement par le souffle et citer un frottement susceptible de freiner le véhicule.
Questions fréquentes
Pourquoi notre voiture à ballon ne démarre-t-elle pas ?
Vérifiez d’abord qu’elle roule facilement lorsque vous la poussez très doucement, ballon dégonflé. Une roue peut toucher une paille, un axe peut être coincé ou les pailles peuvent être mal alignées. Vérifiez ensuite que le ruban adhésif n’aplatit pas le col du ballon et que l’ouverture est dirigée vers l’arrière. Corrigez ces points plutôt que d’augmenter le gonflage.
Pourquoi ne pas utiliser une paille pour la sortie d’air ?
Les deux pailles de ce montage servent de guides aux axes des roues. Le col du ballon assure directement la sortie d’air, ce qui évite d’ajouter du matériel. Il doit dépasser du bord arrière, rester libre et ne pas toucher le sol. Sa souplesse peut rendre le souffle moins régulier : c’est une limite intéressante à observer.
Peut-on vraiment comparer les distances sans instrument de mesure ?
Vous pouvez utiliser le carton de 15 cm comme unité après avoir marqué le départ et l’arrivée. Une fois les essais terminés et le ballon dégonflé, reportez approximativement cette longueur le long du trajet. Notez un résultat comme « environ quatre longueurs de carton », plutôt qu’une valeur trop précise. Cette estimation suffit pour repérer une différence importante, mais pas pour départager deux trajets presque identiques.
Vérifiée avant publication
Cette expérience a été relue le 15 octobre 2026 par notre contrôle de sécurité et notre contrôle scientifique : 50 phrases relues une à une, dont 11 appuyées par une citation des sources ci-dessous ; aucune erreur restante.
