La consistance optimale

- Une  nécessaire présence d’eau…    

    Il convient donc de vérifier si, comme notre hypothèse le suggère, l’eau est bien l’élément indispensable à la construction d’une structure sableuse solide.

        Pour cela, nous réalisons l’expérience suivante :

Expérience:

Matériel :

- 50 cL d'un sable quelconque sec(sable de la carrière de Biot par exemple :voir caractéristiques des sables)

- 50 ml d’eau

- entonnoir

- deux coupelles

Expérimentation* : www.youtube.com/watch?v=IUFsE1yEAXo&feature=youtu.be 

        Ainsi, d’après l’expérience réalisée, en présence d’eau, la pyramide de sable s’élève à une hauteur bien supérieure à celle de la pyramide de sable sec (voir caractéristiques d’une pyramide de sable sec). En effet, pour 50 cL de sable, la pyramide sèche forme un angle de 30° avec le sol contre 55° pour le sable humidifié. La hauteur de la première pyramide est donc de 5.5 cm contre 8 cm pour la seconde.
Le même résultat est observable pour tous les types de sable.

En conclusion partielle, l’eau apparait responsable du maintien du sable : c’est donc un élément indispensable à la cohésion des grains.

- Un rapport optimal entre proportion d’eau et granulométrie ?

        Cependant afin de pouvoir réaliser un tas de sable extrêmement solide, la proportion d’eau la plus appropriée doit être déterminée. De même il convient d’apprécier cette solidité au regard de sables de grains de diamètres différents.

        En effet nous émettons comme hypothèse que la granulométrie** est un paramètre à ne pas négliger.

        Ainsi votre magazine a réalisé pour vous l’expérience suivante, visant à déterminer la meilleure combinaison eau-sable, que vous pourrez recommencer à votre convenance chez vous.

Expérience :

Matériel :

-  De l’eau,

-  Un entonnoir,

-  0.25 L de trois catégories de sables monodisperses**de dimension différente, obtenues artificiellement par tamisage :

 Expérimentation* :    youtu.be/tfulRTKFdtc            

        Ainsi, si l’eau est certes un élément primordial pour faire un pâté de sable qui se maintient, il ne faut pas négliger pour autant la qualité du sable qui influe sur sa solidité.

        Ces deux paramètre apparaissent donc indispensables pour que le château de sable acquière une structure cohérente et résistante, et doivent en conséquence être en accord.

         A partir de l’expérience réalisée, les résultats suivants ont été obtenus :

                                 Evolution de l’angle de talus de la pyramide en fonction de la proportion d’eau et du diamètre du sable

(Le détail des résultats est disponible en annexe ***)

            La meilleure granulométrie correspond donc, d’après les résultats de l’expérience, à un sable fin: plus le diamètre du sable est grand, moins la cohésion sera efficace.

            La quantité d’eau permettant la meilleure cohésion est commune à tous les types de sable: elle doit représenter 2 % du volume de sable utilisé.

            Ainsi, la combinaison optimale pour notre château de sable apparait constituée d’un sable de diamètre inférieur à 0.25 mm associé à 2% d’eau.

            Par ailleurs, il nous a semblé que compte tenu du diamètre relativement faible des sables utilisés, l’origine de ces derniers, leur forme et l’état de leur surface apparaissent comme négligeables et sans impact majeur pour la résistance d’un château de sable.

                                Cependant, dans un souci de rigueur, cela nécessiterait à l'occasion une étude plus poussée nécessitant un matériel sophistiqué.

     Nous allons à présent nous attacher au sable sec, qui apparait malgré tout comme le principal composant du château de sable.

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TPE 2015