La centrifugeuse

L’essoreuse à salade est une façon simple et pratique de présenter la centrifugation aux élèves. Toutefois on atteint vite les limites : solidité, fatigue, efficacité et encombrement.

Après cette approche, l’utilisation d’une véritable centrifugeuse pourrait montrer l’efficacité de cette technique de séparation. Seulement les prix sont prohibitifs pour le budget d’un collège même si les fournisseurs font des efforts et parfois des promotions. Si les centrifugeuses les moins chers se situent aux alentours de 300 euros, avec 8 groupes on atteint 2400 euros. Autant dire que c’est impossible d’en acquérir.

Frustré de ne pas pourvoir montrer l’efficacité de cette technique aux élèves, j’ai essayé de fabriquer une petite centrifugeuse à moindre coût. Pour environ 30 euros, il me semble qu’elle remplit pleinement son rôle :

Á quoi ça sert ?

  • Á présenter une autre technique de séparation.
  • Á étudier un circuit électrique simple et le schématiser.
  • Á parler de la force centrifuge.
  • Á étudier un mouvement de rotation.
  • Á mesurer une vitesse de rotation.

Matériels nécessaires

La fabrication de la centrifugeuse nécessite davantage de pièces que ce que je propose d’habitude. J’ai préféré, alors, réaliser une page dédiée à sa fabrication pour ne pas alourdir cette présentation : fabriquer la centrifugeuse.

Réglages et précautions

  • Choisir du jus d’ananas, non filtré. Il doit être frais sinon la séparation n’est pas efficace.
  • Le microrupteur assure la sécurité. Le couvercle doit être fermé afin de pouvoir mettre en fonctionnement la centrifugeuse.
En réalité, même sans, il n’y a pas de danger. Mais un apprentissage de la sécurité ne fait jamais de mal 😉
  • Les tubes s’insèrent de la façon suivante :
Il faut ensuite appuyer légèrement sur le tube pour “l’enclencher” dans la deuxième arche.
  • Les fiches bananes femelles sont sur le côté. Elles permettent de transmettre la tension fournie par le capteur infrarouge.
Sur le côté, elles ne perturbent pas l’attention des élèves de 6e.
Le réflecteur optique détecte le passage du support jaune. Le calcul de la vitesse de rotation est alors possible.
  • Le moteur chauffe un peu au bout de 4/5 minutes mais ne brûle pas les doigts. Je l’ai fait fonctionner pendant 15 minutes et le moteur tient sans problème. Selon de temps d’utilisation de la centrifugeuse, la séparation est bien sûr de meilleure qualité. Mais avec seulement 3 minutes, le résultat est satisfaisant et évite aux élèves d’attendre trop longtemps :
Au delà de 3 ou 4 minutes, les bénéfices sont minimes.

Combien ça coute ?

Tout compris : découpe laser, matériaux, alimentation, composants, … il faut compter environ 30 euros. Il doit être possible de grappiller quelques euros. Si vous avez des bons plans, partagez-les dans les commentaires. Merci.

Pour tous les détails : fabriquer la centrifugeuse.

Exploitations possibles avec les élèves

Avec les élèves de 6e – testé en classe

Après un cours sur les mélanges et avoir expérimenter la filtration et la décantation, j’aborde la centrifugation. L’essoreuse à salade et/ou le panier permet d’aborder le sujet parfaitement. Un débat s’amorce, les questions fusent et la présentation de la centrifugeuse devient naturelle et évidente.

Les élèves sont ensuite en activité autour d’un document à compléter. (voir plus bas pour le télécharger). Le questionnement permet de :

  • décrire les éléments constituants l’appareil. Le moteur n’est pas forcement bien connu, la DEL aussi et les différents types d’interrupteurs.
  • d’aborder les signaux avec l’utilité de la DEL.
  • de préciser le type d’énergie nécessaire au moteur pour son fonctionnement.
  • de schématiser le circuit électrique.
  • de schématiser les tubes à essais, écrire une observation et conclure.
  • de représenter la (pseudo)force centrifuge.
  • de tracer une trajectoire.
  • d’aborder la notion de vitesse de rotation.

Bien évidemment, j’avais déjà étudié les circuits électriques avant dans l’année. On retrouve donc l’esprit “spiralaire” du programme avec ces activités.

C’est ambitieux, certes ! Mais ne faut-il pas l’être ?

Mon sentiment avec mes 6e : selon le niveau des élèves, certaines questions sont assez difficiles mais en les accompagnants/ les débloquants tout se déroule vraiment bien.

J’ai regretté qu’une seule chose : c’est de n’avoir pas eu le temps d’en fabriquer plusieurs cette année. En groupe, les élèves étaient autour de moi et utilisaient à tour de rôle la centrifugeuse. L’attractivité de cet objet m’a franchement étonné et les “Ohhhhh” quand on a sorti les tubes de la centrifugeuse ont conforté le bien fondé de cette objet.

Document pédagogique à télécharger

Il est encore à peaufiner, mais je vous le propose afin de le critiquer dans les commentaires ou en me contactant.

Avec les élèves de 3e – PAS encore testé en classe

On peut reprendre le cheminement pris avec les élèves de 6 mais en plus rapide, le mouvement de rotation peut être étudié ou révisé puis une mesure de la vitesse de rotation est possible à l’aide du réflecteur infrarouge :

3 séquences : 1 – test 2 – sans tubes 3 – avec tubes remplis d’eau

L’Exao est donc nécessaire mais avec un microcontrôleur de type Arduino la mesure de la période est tout à fait possible et assez simple à réaliser et peu cher. Je mettrais mon avis et mes tests avec les élèves ici prochainement.

Ainsi, les points suivants peuvent être abordés :

  • mouvement circulaire
  • vitesse de rotation, vitesse linéaire
  • période et fréquence
  • comparer les deux vitesses de rotation, en charge ou non.
  • réaliser un diagramme de conversion d’énergie. Le moteur qui chauffe permet de bien montrer les pertes calorifiques
  • puissance électrique pour le moteur

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