TPE Coca-Mentos
Dans quelles mesures les caractéristiques respectives du Mentos et du Coca-Cola sont-elles responsables de l'effervescence ?
1. Les Aspérités et la nucléation
Bien que le Mentos semble être lisse, sa surface est composée de plein de petits "cratères" : ce sont les aspérités. Nous pouvons les aperçevoir à l'aide d'une loupe trinoculaire, comme le montre l'image ci-contre.
Grâce au logiciel MesurimPro nous avons mesuré la taille des aspérités d'un Mentos et elles mesurent en moyenne 0,133 mm. En effet les aspérités ont des tailles diverses (certaines sont collées les unes aux autres...)
Photo de la surface d'un mentos observé à la loupe trinoculaire (x10)
Mais comment ces aspérités conduisent-elles à une réaction?
Quand on ferme le bouchon d’une bouteille de Coca-Cola, le gaz va être maintenu sous pression dans le liquide et il ne va pas pouvoir sortir. Lorsque l’on ouvre la bouteille et que l'on met un Mentos dedans, des bulles de gaz présentes dans le Coca-Cola vont se former sur les petites aspérités situées sur la couche extérieure du Mentos. Il y a énormément d’aspérités sur un Mentos, donc les bulles vont pouvoir naître rapidement ce qui va conduire à la formation du geyser. Ce phénomène est nommé nucléation. On le retrouve dans de nombreuses réaction de la vie quotidienne comme par exemple dans une coupe de champagne où les imperfections du verre jouent le rôle d'aspérités ou bien même lorsque l'on verse du Coca-Cola dans un verre.
Schéma explicatif à la tablette graphique du phénomène de nucléation .
Photo d'une coupe de champagne ou l'on peut bien voir la formation de bulles (CO2) sur le verre.
Pour confirmer cette explication, nous avons fait une expérience avec un Mentos Fruitos. En effet ce Mentos est enrobé d'une couche de sucre, la nucléation est donc moins importante, les aspérités étant comblées par le glaçage, comme nous pouvons le voir sur la photo ci-dessous. On n'apercoit presque plus les aspérités, cachées sous les couches de sucre.
Photo de la surface d'un Mentos Fruitos à la loupe trinoculaire (x10)
Expérience:
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1 Mentos Fruitos (à droite)
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1 Verre de Coca-Cola
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1 Mentos menthe (à gauche)
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1 Verre de Coca-Cola
Lien Youtube : https://www.youtube.com/watch?v=KFY8E65gLig
Observations:
La réaction avec le Mentos Fruitos est, comme nous l'avions supposé, moins importante que la réaction avec le Mentos menthe. La couche de sucre gène la nucléation, il y a donc moins de bulles. On ne peut malheureusement pas le voir vraiment sur la photo mais la réaction est plus visible sur la vidéo.
Nous avons essayé avec un autre bonbon, dont la surface paraît semblable à celle du Mentos : le Tic-Tac.
Expérience:
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Coca-Cola (75 mL)
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2 Tic-Tac (pour avoir la meme quantité qu'un Mentos)
(Dans un deuxième bécher à côté l'expérience témoin)
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Coca-Cola (75 mL)
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1 Mentos
Lien Youtube : https://www.youtube.com/watch?v=WZ9btPS4KPg
Observations:
Il y a une réaction pour ces deux expériences, de la mousse se forme, mais celle du Mentos est plus importante. Après la réaction, les couches externes des deux corps sont dissoutes.
Nous allons donc observer la surface d'un Tic-Tac, pour pouvoir apercevoir ses aspérités. La réaction étant moins importante, nous supposons que les aspéritées sont plus petites, ou moins nombreuses.
L'observation du Tic-Tac a été très difficile, à cause du relief de ce bonbon et de la mauvaise qualité de notre loupe trinoculaire ; la qualité de la photo est donc médiocre.
Néanmoins, on peut apercevoir des aspérités à la surface du Tic-Tac, bien plus petites que celles présentes sur le Mentos, comme nous l'avions supposé.
La réaction avec un Mentos est donc plus importante du fait de la grande taille de ses nombreuses aspérités.
Photo de la surface d'un tic-tac à la loupe trinoculaire (x10)
A la demande de nos professeurs, nous avons essayé avec un autre soluté, qui n'est pas alimentaire, et qui ne contient donc pas de sucre, de gomme arabique et de gélatine, seulement des aspérités : la limaille de fer.
Expérience:
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Coca-Cola (100 mL)
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5 mL de limaille de fer
(Dans un deuxième bécher à côté de l'expérience témoin)
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Coca-Cola (100mL)
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2 Mentos
Lien Youtube : https://www.youtube.com/watch?v=wD-3Al5-_cs
Observations:
La limaille de fer réagit bien mieux que notre expérience témoin ! On peut voir une mousse se former très rapidement, jusqu'à déborder du bécher !
Nous avons donc observé les aspérités de ce corps, pour comprendre la différence de réaction. Cette fois-ci nous avons utilisé un microscope optique, car la limaille de fer est composée de tout petits grains, trop petits pour être observés à la loupe trinoculaire.
Encore une fois, l'observation s'est révélée très ardue car la limaille de fer a beaucoup de reliefs, et sa couleur foncée ne permettait pas une grande visibilité.
Malgré tout on peut voir que les contours de chaque grain sont très variés, disparates et escarpés. Cela joue le rôle des aspéritées dans la nucléation : les bulles se forment sur ces imperfections très nombreuses et qui en plus sont en nombre plus élevé car il y a plus de grains.
Photo de grains de limaille de fer au microscope (x 400)
Il est intéréssant de remarquer qu'à la fin de la réaction, la limaille de fer ne s'est pas dissoute, contrairement à la surface du Mentos après réaction. En effet elle coule rapidement et reste au fond du bécher (voir photo ci dessous). La réaction est donc uniquement due aux aspérités, qui sont plus nombreuses que sur le Mentos du fait du nombre de grains (ce qui expliquerait que la réaction soit plus importante avec la limaille de fer qu'avec un Mentos)
Limaille de fer après réaction
Limaille de fer après réaction récupérée dans une coupelle
Conclusion :
Nous pouvons conclure, suite à toutes nos expériences, que les aspérités - qui entraînent la nucléation - sont un facteur essentiel à la réaction Coca-Mentos. Ce sont elles qui permettent la formation de bulles et donc leur ascension vers le haut de la bouteille ou du verre.
Cela nous amène à nous demander si il y a un deuxième facteur responsable de la réaction. La dissolution de la surface du Mentos aurait-elle un lien avec la réaction ? C'est ce que nous allons voir dans la prochaine sous-partie.