Design et prise de mesures d'une expérience choisie

Je suis parti sur l'explosion de ballons. Premièrement, parce que les ballons sont attirants, cela fait penser à quelque chose de joyeux, de festif, d'amusant, ... Et deuxièmement, parce que l'explosion de ballon apporte un peu d'animation dans le laboratoire.
Le but de cette expérience est d'obtenir une relation entre le temps de vie d'un ballon et son volume.

Intuitivement, au plus le volume du ballon augmente, au plus l'explosion aura lieu rapidement. Lorsqu'on augmente son volume, le ballon s'étire de plus en plus. Donc l'épaisseur de sa surface diminue. Il faut donc moins de temps pour que cette épaisseur soit brisée. Nous allons vérifier si cette hypothèse est correcte.


1) Design expérimental

J'ai d'abord utilisé un bec bunsen comme source de chaleur. Mais cette idée ne fût pas concluante car plusieurs facteurs ne permettaient pas d'avoir les mêmes conditions de mesures pour chaque ballon :

- La puissance de la flamme n'était pas la même pour chaque ballon (impossible de régler la même puissance, du moins très difficile).

- Malgré que le ballon était attaché, il était instable dû à l'air ambiant (et également au flux de chaleur qui venait par dessous). Cela modifiait la surface chauffée par le bec bunsen avant l'explosion.

Il m'est alors venu à l'idée d'utiliser une plaque chauffante comme source de chaleur. Pour éviter que des morceaux du ballon restent collés à la plaque lorsqu'il fond, j'ai placé un morceau d'aluminium sur la plaque chauffante.

2) Prises de mesures

Après plusieurs tests pour déterminer une bonne température, j'ai choisi d'utiliser une température de 200°C. J'ai commencé par gonfler plusieurs ballons de volume différent. Voici les résultats :

Grosso modo, les résultats obtenus semblent concorder avec l'hypothèse de départ puisque pour des grands volumes (~ 4000cm³, 8000cm³ et 12000cm³), le temps de vie est très faible par rapport aux petits volumes. Cependant, pour des petits volumes, le temps de vie varient très fort. Il faut également mentionner qu'il y avait certains ballons qui n'explosaient pas ; j'ai arrêté le chronomètre après plusieurs minutes (5-10 min) pour ces ballons.

J'ai pensé que ces variations étaient dues à la couleur du ballon. J'ai donc refait des mesures avec des ballons approximativement de même volume mais de couleur différente. Le volume était environ de 2500cm³.

(PS : Les ballons ayant un symbole infini dans le tableau sont ceux pour lesquels j'ai arrêté le chrono après 5 minutes. Soit ils explosent après un très long moment, soit ils n'explosent jamais).

Tout le monde sait qu'en été, lorsqu'il fait chaud, il est préférable de porter des vêtements clairs car les couleurs foncées absorbent plus d'énergie que les couleurs claires. On pourrait donc penser que dans le cas des ballons, ceux qui ont une couleur claire auront un temps de vie plus grand que ceux ayant une couleur foncée.

Cependant, les résultats obtenus ne concordent pas avec cette intuition. Sur les 7 couleurs testées, 3 sont claires (blanc, jaune et rose) et 4 sont foncées (vert, rouge, orange, bleu). On peut observer que 2 couleurs claires sur 3 (blanc et rose) ont un temps de vie plus petit que des couleurs sombres (vert et bleu).

L'hypothèse de la couleur des ballons n'est pas très concluante pour cette expérience.

J'ai donc réfléchi à d'autres facteurs qui pourraient intervenir comme paramètres. Et en regardant des plus près les ballons gonflés, on peut remarquer que la surface du ballon n'est pas homogène. Il y a des endroits où le ballon est plus sombre. Je pense que la composition chimique et l'homogénéité du ballon interviennent fortement dans son temps de vie.

3) Conclusion

L'idéal pour déterminer une relation entre volume, couleur et temps de vie d'un ballon serait d'avoir des ballons de même composition chimique, homogène sur toute la surface et avec une source de chaleur dont la puissance est identique pour chaque mesure. Dans ces conditions, je pense qu'il est possible d'obtenir cette relation.

Une autre expérience qui peut être réalisée est d'utiliser un pousse-seringue électrique pour déterminer la distance qu'il faut appliquer sur le ballon pour le faire exploser.