Kit pédagogique : Manips grains

Matériel pédagogique

Cet atelier scientifique est composé de manips à expérimenter pour mieux comprendre la physique des grains, appliquée aux matières à construire disponible juste sous nos pieds, comme la terre crue.

Qu’est-ce donc que la terre ? Un mélange chaque fois unique de plusieurs catégories de grains, qui lui confèrent une grande diversité d’aspects, de couleurs, de textures – autant d’atouts pour s’adapter aux multiples techniques de construction. La terre fait donc partie de la grande famille des matériaux granulaires, c’est un mélange de grains infiniment variés : c’est ce qui fait toute sa complexité !

Pour le comprendre, simplifions ce matériau. Voyons, dans un premier temps, ce que nous enseigne le sable sec, Autrement dit la physique du tas de sable. Après tout, la terre peut s’assimiler à un sable dont la granulométrie est très étalée. Ensuite, on remarque qu’en présence d’eau, de nouvelles interactions apparaissent et s’ajoutent aux seules forces de contact et de frottement qui régissent le comportement d’un milieu granulaire sec. Les châteaux de sable tiennent grâce aux forces capillaires entre grains, liés par de petits ponts d’eau dus à la tension superficielle du liquide. Ces forces ne sont pas spécifiques au sable mouillé : elles sont aussi présentes dans la terre et dans le béton où elles jouent un rôle prépondérant.

Un kit de 22 expériences scientifiques

Le kit pédagogique “Manips Grains” rassemble 22 expériences scientifiques étonnantes à découvrir à travers un parcours dans lequel les participants sont actifs et en interaction constant avec l’animateur pour comprendre les principaux comportements de cette matière. Avec pour objectif de créer des ponts entre la physique de la matière et l’architecture, ces expériences nous apportent un nouveau regard sur la matière en grains. Elles se répartissent en 3 thématiques :

Qu’est-ce que la terre ?
La physique du tas de sable
La physique du château de sable

Contenu du kit pédagogique

Le kit « Manips grains » comporte, en plus du matériel, d’une fiche pédagogique explicative décrivant l’objectif et la manière dont chaque manipulation doit être développée. Ce kit réutilisable permet d’encadrer 5 à 15 participants et s’adapte à tous les niveaux de publics et d’enseignement.

Il est composé des expériences suivantes :

Diversité des terres : Observer la diversité des terres
Granulométrie : Observer les différentes tailles de grains qui composent une terre
Le tas, liquide ou solide ? : Observer comment tantôt le sable s’écoule comme un liquide ou supporte un poids comme un solide
Des grains et de l’air : Observer comment la présence d’air change le comportement de la poudre
1 + 1 = 2 ? : Observer comment les petits grains remplissent les espaces entre les plus gros grains
Remplir les vides : Observer comment les petits grains remplissent les espaces entre les plus gros grains
Empilement apollonien : Construire un modèle d’empilement dense de grains
Angles de repos et d’avalanche : Observer l’écoulement des grains, l’angle de repose et l’angle d’avalanche
Gouttelettes de poudre : Observer comment s’écoule une poudre sur un plan incliné
Effet volcan : Observer comment les vibrations peuvent structurer des paysages de sable
La bétonnière : Observer le phénomène de ségrégation des grains suivant leur taille
Le sapin de sable : Observer le phénomène de ségrégation des grains suivant leur taille
Les arcs de billes : Observer la formation d’arc dans un tas de billes
Chaînes de force : Observer la présence de chaînes de forces dans un milieu granulaire soumis à des forces de compression
La balance magique : Observer une conséquence des efforts de poussée latérale dans les milieux granulaires
Bâton béton : Observer et sentir les forces de frottement dues à la formation d’arcs et de voûtes dans un milieu granulaire
De l’eau pour coller les grains : Observer comment l’eau peut coller des billes verre
Les plaques de verre : Observer l’action des forces capillaires
La stalagmite : Observer les effets des phénomènes capillaires dans un tas de sable
La tour de gouttes de sable : Observer une manifestation des forces capillaires dans le sable
Un château étonnant : Découvrir comment les fibres ont le pourvoir de renforcer une structure faite de grains
La dilatance : Observer les manifestations du phénomène de dilatance dans le sable mouillé

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