A/ L'amidon de maïs (alias Maïzena)
Tout d'abord, quelques informations pratiques sur la maïzena :
- masse volumique : 1,2 g/mL
- densité : 1.2
- formule chimique : C6H10O5
La masse volumique est celle du mélange eau/Maïzena. Pour la calculer nous avons prélevé un volume de 50mL de matière dans une fiole jaugée et nous l'avons pesé. Cette masse était de 60,28g. En appliquant la formule de la masse volumique (m/V) nous avons trouvé 1,2 g/mL
L'amidon de maïs est un polysaccharide de formule chimique (C6H10O5)n. Il est composé de molécules de glucose.
Le grain d'amidon se présente sous forme de granules semi-cristallin.
On peut expliquer le changement de réaction du mélange que nous étuidons en se penchant au niveau moléculaire.
En effet les molécules de l’amidon de maïs, ont des formes assez biscornues et rugueuses. Quand on rajoute de l’eau à l’amidon les molécules aqueuses forment un manteau fragile autour des molécules d’amidon. Dans cette enveloppe, elles forment des sortes de boules qui peuvent glisser les unes sur les autres. Au niveau macroscopique, on se trouve face à une matière qui semble liquide. Mais lors d’un choc, ce liquide devient solide. Au niveau moléculaire, la membrane faite d’eau est détruite momentanément. Les molécules d’amidon retrouvent leurs formes irrégulières et s’accrochent les unes aux autres et empêchent leur glissement.
B/ Propriétés du mélange eau/Maïzena
L’amidon de maïs est une sorte de farine, donc elle a une consistance solide. Celle-ci est connue pour ses propriétés culinaires, mais aussi physiques. Associée à une certaine quantité d’eau, celle-ci va adopter une consistance tout à fait étonnante. En effet, le mélange maïzena/eau donne un fluide à la consistance quasi-liquide. Par contre, si l’on exerce une force dessus à une vitesse plus ou moins élevée, ce fluide change de consistance et se solidifie instantanément. La limite entre le solide et le liquide est donc très mince, car l’état du fluide composé de maïzena et d’eau varie en fonction de différents critères comme par exemple : la quantité à la fois de maïzena et d’eau, la vitesse avec laquelle on applique un choc dessus, la température du mélange,… C’est pourquoi nous allons à partir d’expériences analyser l’état de la maïzena en modifiant les paramètres physiques : la température, la quantité, et la vitesse.
Voici un aperçu de la réalisation du mélange Maïzena/eau:
(Cette vidéo a été accélérée deux fois)
C/ Démonstration par expérience
Eau
Maïzena
Eau
Maïzena
Eau
Maïzena
Quantités
80
20
20
80
50
50
Observations
Le mélange obtenu est très liquide. Lorsque l’on y plonge un objet, celui-ci s’enfonce à l’intérieur.
Le mélange observé est complètement solide, la maïzena ne s’est pas mélangée entièrement avec l’eau, car il n’y a en avait pas assez. Il y a des résidus de maïzena au fond du bécher.
Le mélange obtenu est presque satisfaisant. Il semble liquide mais lorsque l’on y plonge un objet, le mélange se solidifie, seulement la réaction est encore trop légère et le mélange trop liquide.
Le mélange le plus adéquat est celui qui contient 50g de maïzena, et 50mL d’eau. Mais ce mélange étant encore un peu trop liquide, nous avons modifié encore nos proportions. Avec 55g de maïzena et 45mL d’eau, nous avons obtenu une texture adaptée à nos attentes.
(pour agrandir les images, cliquez dessus)
1.Température du mélange
55g de maïzena + 45mL d’eau
2. Température de la salle
Le mélange obtenu présente un aspect solide, lorsque l’on plonge doucement un objet dedans, celui-ci s’enfonce à l’intérieur. Par contre lorsque l’on applique dessus un choc important, le mélange devient immédiatement solide.
3.Température plus élevée
Le mélange s’est petit à petit solidifié dans la casserole. On observe que le mélange s’est séparé en deux couches, une plus solide que l’autre. Cela nous amène à la conclusion que le mélange ne peut être utile qu’à une certaine température et que son état dépend aussi de ce paramètre.
Température plus faible
Le mélange s’est un peu durci, mais la différence avec le mélange initial reste négligeable. On peut donc conclure que lorsque la température diminue, le mélange garde ses propriétés initiales et que la baisse de température ne peut pas être considérée comme un facteur important du changement d’état.
D/ Expérience de la bille
Objectif : Nous avons voulu voir si le mélange eau/maïzena se solidifiait en fonction de la force exercée sur lui.
Réalisation : Nous avons fait le mélange de l'amidon de maïs et de l'eau dans un bécher, et nous avons lancé une bille à différentes hauteurs dans le mélange. Nous avons observé que quand nous jetions la bille d'une hauteur relativement basse, le mélange maïzena/eau ne se modifiait pas, il restait liquide. Quand nous jetions la bille d'une hauteur un peu plus importante, nous avons pu voir que la bille se cogne légèrement contre le mélange. Et quand nous avons lancé la bille d'une grande hauteur, nous avons vu le mélange se solidifer, et nous avons entendu un bruit comme si la bille était tombée sur le sol.
Conclusion : En faisant cette expèrience, nous avons pu constater que le mélange eau/maïzena n'agit pas toujours de la même façon en fonction de la force exercée.
Voici la vidéo que vous avons réalisé lors de nos expériences. Elle a été ralentie deux fois
E/ Définition d'un fluide newtonien
On a constaté que ce type de fluides n'est pas unique et spécifique au mélange maïzena/eau, et bien que rares on les retrouve dans la nature avec d'autres produits tel que le ketchup, le yahourt ou les sables mouvants. Ces fluides sont appelés non- newtoniens. C'est à dire qu'il s'agit de fluides dont la déformation dépend de la force qu'on leur applique. Plus clairement, c'est un fluide dont la consistance change lorsqu'on applique une certaine force dessus. On peut opposer les fluides non- newtoniens aux fluides newtoniens qui eux ne changent pas d'état quelque soit la force que l'on exerce sur eux. Le plus bel exemple reste bien entendu l'eau qui reste toujours liquide.
