II/ Un phénomène physique.
A) La nucléation
Protocole : Dans le but de trouver quelles étaient les réactions physiques qui entraient en jeu lors de la réaction coca/mentos, nous avons pris la photo d’un mentos pour pouvoir faire le rapprochement avec le fort dégagement de bulles lors de la réaction.
Nous avons observé la surface d'un mentos à la loupe binoculaire
Observations :On peut constater la présence d’une multitude de petites aspérités.
Représentation schématique du mentos
Nous supposons que ces aspérités contiennent des micro bulles de dioxyde de carbone, et qu'elles se libèrent lorsque le mentos se dissout dans le coca. Le brusque apport de ce gaz contribuerait au geyser. Nous savons que certains mentos aux fruits contiennent les mêmes ingrédients que les mentos à la menthe que nous utilisons, mais qu'ils possèdent en plus une couche de glaçage. Cette dernière empêcherait la dissolution immédiate de la couche supérieure du mentos, donc la libération du CO2 et un grand geyser.
Protocole : Pour vérifier cette hypothèse, nous allons effectuer deux expériences avec les mêmes bouteilles de coca (bon marché) et deux mentos : un fruité et un « normal ». Logiquement la réaction avec le mentos fruité serait plus petite que celle avec le mentos à la menthe.
Réaction Coca / mentos
Réaction Coca / mentos (avec une couche de glaçage)
Observations : Nous voyons bien que la réaction est moins efficace avec la couche de glaçage, notre hypothèse est donc vérifiée: les aspérités jouent un rôle important dans la réaction Coca Cola / mentos.
Conclusion : Les aspérités à la surface du mentos contiennent des micro bulles de CO2. Au contact du Coca-Cola ou de l'eau gazeuse, la couche extérieure du mentos se dissout, libérant ainsi toutes les bulles de CO2, qui remontent naturellement vers le haut. Ce phénomène s'appelle la nucléation.
B) L’effet Venturi
La caféine ainsi que l'aspartame contenu dans le coca réagissent avec la gomme arabique et produisent également un fort dégagement de bulles. Le mentos ayant coulé rapidement, la poussée produite par les bulles qui remontent se fait à partir du fond de la bouteille. Elle remontent dans la bouteille et arrivent au goulot, leur zone de circulation rétrécit et elles accélèrent, ce phénomène de la dynamique des fluides se nomme l'effet Venturi (du nom du physicien italien Giovanni Battista Venturi). En sortant à toute vitesse, les bulles produisent le geyser.
Illustration de l’effet Venturi
Pour vérifier que l'effet Venturi influe sur le geyser, nous avons modifié le diamètre de la sortie du cola en perçant un trou dans le bouchon de la bouteille. Nous avons fait un mécanisme avec de la ficelle, qui permet de suspendre les mentos au dessus du cola tout en refermant le bouchon. Il ne reste qu'à couper la ficelle pour déclencher la réaction.
Observations : Durant cette manipulation, le jet obtenu fût bien plus important que les précedents par sa taille et sa puissance. En effet le resultat est environ 3 fois plus grand que les geysers auxquels nous étions habitués.
Conclusion : L’effet Venturi joue un rôle important dans la réaction.
C) Influence de la température sur le geyser
Nous nous sommes posé la question de savoir si la température intervenait sur la réaction.
Protocole : Pour vérifier cela, nous avons procédé à deux expériences:
-une expérience témoin: une bouteille de cola light 2L avec 2 mentos:
-une bouteille de cola light 2L que nous avions précédemment chauffée au bain-marie (environ 60°C), avec 2 mentos.
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Observations : Le geyser produit lors de la seconde expérience est bien plus grand que celui produit lors de l'expérience témoin.
Conclusion : La température influe fortement sur la taille du geyser. Elle ne prend pas directement part à la réaction mais joue en quelques sortes le rôle de catalyseur. Plus la température augmente plus les molécules à l'intérieur de la bouteille s'agitent, alors la pression augmente et donc le geyser est plus grand.
Bilan : Les phénomènes physiques tels que la nucléation, l’effet Venturi et la température du liquide sont des facteurs très importants dans la réaction Coca-Cola mentos. Sans eux la réaction serait impossible. Pour mieux résumer la situation nous avons fait un schéma récapitulatif:
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