Dans un grand verre, on verse du miel, de l’eau, de l’huile, de l’alcool. Les liquides ne se mélangent pas : ils se rangent en couches bien séparées, comme les étages d’une tour. Cet atelier reproduit l’expérience de classe, en plus libre. On attrape un flacon sur l’étagère, on le penche au-dessus du verre, et on regarde le liquide couler : il traverse les couches plus légères en les faisant onduler, puis il s’étale exactement à sa place.
En sciences, au cycle 3, le programme demande de caractériser la matière par quelques-unes de ses propriétés, dont la densité. À l’école, on l’aborde par l’observation : quel liquide passe dessous, lequel reste dessus ? Au collège, en 4e, la même idée prend un nom et un nombre : la masse volumique, en grammes par millilitre. Deux liquides qui ne se mélangent pas se superposent toujours de la même façon : celui qui a la plus grande masse volumique se place en dessous.
À volume égal, un liquide plus lourd descend sous un liquide plus léger. C’est pour ça que l’huile remonte toujours au-dessus de l’eau, même si on la verse en premier.
Une règle graduée, à côté du verre, relie chaque couche à sa masse volumique en g/mL : plus le nombre est grand, plus la couche est basse.
Du plus lourd au plus léger : le miel (1,40 g/mL), le sirop (1,33), la glycérine (1,26), l’eau très salée (1,20), le liquide vaisselle (1,05), l’eau (1,00), l’huile (0,92) et l’alcool à 90° (0,82). En classe, on colore l’eau et l’alcool pour bien voir les couches : c’est ce que fait l’atelier.
L’huile et l’eau ne se mélangent jamais : on peut secouer le verre, l’huile finit toujours par remonter. Le miel, le sirop, le liquide vaisselle et l’alcool, eux, finiraient par se mélanger à l’eau si on remuait longtemps. C’est pour cela qu’en vrai on les verse très lentement, le long de la paroi. Dans l’atelier, ce qui décide de la place d’un liquide, c’est ce qu’il pèse pour la même quantité.
Pour continuer, l’enfant peut revoir les états de la matière et les changements d’état. Au collège, le jeu Calculer une masse volumique fait passer au calcul, avec la formule.
Avant de verser, on devine : ce liquide va-t-il descendre au fond, rester en haut, ou se glisser entre deux couches ? Puis on verse, et on regarde.
Commencer par l’huile, puis ajouter le miel : il traverse l’huile et va se poser au fond. L’ordre dans lequel on verse ne change rien à l’ordre final de la tour.
Remplir le verre de plusieurs liquides, puis remuer très vite. Tout se mêle en gouttes de couleur. On lâche, et on regarde les gouttes remonter ou redescendre : la tour se reforme toujours dans le même ordre.
Mettre de l’eau et de l’huile, puis verser du liquide vaisselle : il passe sous l’huile et sous l’eau. Avec l’eau très salée, c’est pareil, mais encore plus bas.
Verser trois fois de l’huile, puis un peu de miel : la grosse couche d’huile reste au-dessus, et le miel file au fond. La quantité ne change pas la place.
Poser le sirop et l’eau sur la balance : le sirop pèse plus lourd pour la même quantité. Puis, avant de le verser dans une tour d’eau et d’huile, se demander où il va se ranger.
Avec les masses volumiques affichées, on vérifie la règle : plus le nombre est grand, plus la couche est basse. 1,26 est plus grand que 1,05, donc la glycérine passe sous le liquide vaisselle.
L’atelier accompagne le programme de sciences du CE2 au CM2, où l’on observe que certains liquides flottent sur d’autres, et celui de la 4e, où l’on parle de masse volumique.
« À ton avis, où va aller le sirop ? » Faire deviner avant de verser transforme l’atelier en vraie démarche scientifique : on fait une hypothèse, on expérimente, on vérifie. Se tromper n’a aucune conséquence, et c’est souvent en voyant le miel traverser l’eau qu’on comprend vraiment qu’il est plus lourd.
Dans un verre haut, versez doucement du miel, puis du liquide vaisselle, de l’eau colorée et de l’huile, en faisant couler chaque liquide le long de la paroi ou sur le dos d’une cuillère. Votre enfant retrouvera en vrai l’ordre qu’il a observé à l’écran.
Avec un jeune enfant, on dit « plus lourd » ou « plus léger », en ajoutant « pour la même quantité ». Au collège, on passe au vocabulaire du cours : plus dense, masse volumique, g/mL.
Beaucoup d’enfants pensent qu’un liquide versé en grande quantité va écraser les autres et descendre au fond. L’atelier montre le contraire : on peut verser beaucoup d’huile, elle reste au-dessus de la plus petite couche d’eau. Ce n’est pas la quantité qui compte, c’est ce que pèse le liquide pour une même quantité.