Kidi’science : la fontaine de Héron

Hero_of_AlexandriaJ’espère que vous connaissez déjà tous Kidi’Science, le blog collaboratif créé et animé par des membres du C@fé des Sciences pour promouvoir la découverte de la science par les plus jeunes.

J’ai déjà eu l’occasion d’y écrire deux billets dans la catégorie « Expériences à la maison« , pour apprendre à faire pousser des cristaux de sel, ou à faire une crème glacée en quelques minutes. Aujourd’hui je vous propose un autre billet issu des expériences que je réalise avec mes filles : la fontaine de Héron. Bien sûr, je vous encourage à aller lire tout cela directement sur le site de Kidi’Science !

Au départ de cette expérience, ma fille voulait faire une fontaine dans le jardin. Mais je lui ai expliqué que mettre une pompe électrique tout ça tout ça … c’était compliqué ! C’est alors que je me suis souvenu d’une démo que mon prof de physique de seconde nous avait faite, et dont je ne suis pas sûr que je l’aie véritablement comprise à l’époque.

C’est le montage que je vous propose de faire aujourd’hui ! Il a été inventé il y a 2000 ans par le savant grec Héron d’Alexandrie, et il permet de faire fonctionner une petite fontaine, sans pompe ni électricité  (ce qui tombe bien puisque cette dernière n’avait bien sûr pas été découverte à l’époque).

Voici ce à quoi le montage va ressembler à la fin :

DSC_0081

Vous pouvez voir qu’il n’y a aucune pompe, et que pourtant l’eau coule bien du tuyau dans la bouteille du haut.

Le matériel à utiliser

Pour réaliser cette expérience, il vous faudra :

  • 3 bouteilles en plastique vides, bien étanches et munies de leur bouchon
  • 2 mètres de tuyau en plastique flexible, de diamètre environ 5mm
  • De l’eau

Tout d’abord, commencez par couper en deux l’une des bouteilles, puis percez dans son bouchon un trou du diamètre de votre tube, voire légèrement inférieur. Coupez le tube pour avoir un premier segment assez long, et insérez le dans le trou. Vous devriez obtenir quelque chose de ce genre :

DSC_0085

Maintenant prenez les deux autres bouteilles, ne les coupez pas ! Mais dans chaque bouchon, percez deux trous.

DSC_0088

Ensuite assemblez les bouteilles et les morceaux de tuyau de la manière suivante :

fontaine heron vide

La mise en route de la fontaine

Pour mettre en route la fontaine, disposez d’abord les bouteilles à des hauteurs différentes, comme sur le schéma. L’important est que la bouteille du bas soit suffisamment en dessous des deux autres.

Pour que la fontaine démarre, il faut ensuite faire deux choses. Tout d’abord, vous devez remplir d’eau la bouteille du milieu. Assurez vous comme sur le schéma que l’un des deux tuyaux plonge bien dans l’eau.

Ensuite il vous faut amorcer la fontaine en versant de l’eau dans la demi-bouteille du haut. Si tout se passe bien, le mécanisme devrait se mettre en route et s’auto-entretenir, comme sur la vidéo ci-dessous.

Voilà ce à quoi devrait ressembler la fontaine en fonctionnement :

schema fontaine de Heron

Si ça ne marche pas, il est important de vérifier que tout soit bien étanche : la manière dont les bouchons ferment les bouteilles, mais aussi l’insertion des tuyaux dans les trous. Si ça n’est pas le cas, un peu de pâte à modeler peut permettre de faire un joint.

L’explication du phénomène

Le schéma ci-dessus illustre la manière dont fonctionne la fontaine. L’eau tombe de la bouteille du haut dans celle du bas, la pression dans cette dernière augmente et l’air (symbolisé par une flèche rouge) remonte dans le deuxième tuyau, pour augmenter à son tour la pression dans la bouteille du milieu. Sous l’effet de cette pression, l’eau de la bouteille du milieu remonte pour se déverser dans celle du haut et entretenir le mouvement.

Tout cela peut donner une impression de mouvement perpétuel, mais ça n’est pas le cas ! Si vous laissez tourner la fontaine suffisamment longtemps, vous allez voir que la bouteille du milieu se vide progressivement, et que celle du bas se remplit ! Le dispositif ne peut donc pas tourner indéfiniment !

L’énergie nécessaire au fonctionnement de la fontaine vient du fait qu’initialement, l’eau de la bouteille du milieu est à une altitude plus élevée que la bouteille du bas. Pour augmenter la puissance de la fontaine, vous pouvez augmenter l’écart de hauteur entre la bouteille du haut et celle du bas, et mettre celle du milieu au même niveau que celle du haut.

Expérimentez !

Pour une fontaine qui dure longtemps, utilisez des grandes bouteilles, et remplissez au maximum celle du milieu au début de l’expérience.

Faites nous part de vos records de durée !

14 réflexions sur “Kidi’science : la fontaine de Héron

  1. Excellent billet, comme à votre habitude.
    C’est toujours agréable de se frotter à l’expérience, on s’y amuse beaucoup, autant les enfants que les grands. Continuez sur cette voie, j’espère que la partie Expérience sera bientôt remplie d’aussi bons articles.
    ( et si nous pouvons vous aider dans ces projets, n’hésitez pas à le faire savoir )

  2. Pingback: Kidi’science : la fontaine de Héro...

  3. Intéressant oui.
    En fait c’est comme avoir une réserve d’eau sur-élevée, une fontaine au niveau 0 et un bassin de déversement en contre-bas avec une simple canalisation qui relie les 3… Sauf qu’avec la fontaine de Héron l’astuce du montage (système de pressurisation) permet de placer la réserve en dessous du niveau 0.

  4. Merci, ça marche très bien!

    Les deux principales difficultés: percer les trous bien « ronds » (d’abord avec une vis puis une perceuse) et l’étanchéité (deux boules de pâte à modelée bien humide).

    Claude Coulombe
    Montréal

  5. Oups, des fautes!

    Merci, ça marche très bien!

    Les deux principales difficultés: percer des trous bien « ronds » (d’abord amorcer avec une vis puis une perceuse) et l’étanchéité (pâte à modeler bien humide).

    Claude Coulombe
    Montréal

  6. Si le tuyau entre le réservoir inférieur et le réservoir intermédiaire plonge jusqu ‘au fond du réservoir bas, c’est lui qui amènera le fluide dans le réservoir intermédiaire et de cette façon le mouvement sera perpétuel jusqu’à ce qu’on va couper l’arrivée de l’eau dans le réservoir bas (en fermant une vanne par exemple)

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  8. « Pour une fontaine qui dure longtemps, utilisez des grandes bouteilles, et remplissez au maximum celle du milieu au début de l’expérience »
    … et un diamètre de tuyau très fin pour limiter le débit☺

  9. Bonjour, je voudrais faire une fontaine dans mon jardin, est ce que ce mechanisme est viable ? Combien de temps dure la fontaine ?

  10. Pingback: Atelier sciences | Pearltrees

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