La chimie à l’école — Années 1 à 12 · Grades 1–12
3Séparer les mélanges
Après un orage, les flaques de la route sont brunes : de l’eau de pluie mélangée à de la terre, du sable et des débris de feuilles. Pourtant, l’eau qui sort du robinet de la cuisine est limpide, et elle aussi a été de la pluie, avant de couler dans une rivière. Comment rendre propre une eau boueuse ? Ce qui a été mélangé peut être séparé. Ce chapitre montre comment, une méthode après l’autre.
Rappel
Mélanger, c’est mettre des choses différentes ensemble. Un solide comme le sucre ou le sel se dissout dans l’eau : il disparaît à la vue, et le liquide limpide obtenu est une solution. Un solide dissous est toujours là : quand l’eau sèche, le solide reste. Le sable et la terre ne se dissolvent pas (Chapitre 2).
3.1 Trier à la main et tamiser
Quand les morceaux d’un mélange sont assez gros pour être vus et ramassés, le plus simple pour les séparer est de les trier à la main : on peut retirer un à un les raisins secs du muesli. Quand il y a trop de morceaux, un tamis fait le tri à notre place.
Définition 3.1 (Tamisage)
Le tamisage consiste à séparer les morceaux d’un mélange selon leur taille, avec un tamis : un filet ou une plaque pleine de trous. Les petits morceaux passent par les trous ; les gros restent dans le tamis.
Exemple 3.2 (Gravier et sable)
Un maçon secoue un mélange de gravier et de sable au-dessus d’un tamis. Le sable fin passe à travers et forme un tas en dessous ; le gravier reste sur le grillage.
3.2 Laisser reposer et transvaser
Définition 3.3 (Décantation et transvasement)
On peut laisser reposer un mélange d’eau et d’un solide qui ne se dissout pas : le solide descend lentement au fond. C’est la décantation. Une fois le solide déposé, on peut verser doucement l’eau claire du dessus dans un autre récipient, en laissant le solide au fond : c’est le transvasement.
Remarque 3.4 (La décantation prend du temps)
Les gros grains lourds se déposent en quelques minutes ; une argile très fine peut mettre un jour ou plus, et l’eau reste un peu trouble pendant ce temps. Le transvasement n’enlève jamais tous les grains : un léger trouble part avec l’eau.
3.3 Filtrer
Définition 3.5 (Filtration et filtrat)
La filtration consiste à verser un mélange à travers un filtre : une feuille de papier, un tissu ou une couche de sable dont les trous sont trop petits pour laisser passer les morceaux solides. Le solide reste sur le filtre ; le liquide limpide qui passe à travers s’appelle le filtrat.
Au laboratoire — Filtrer une eau boueuse
L’enseignant plie une feuille ronde de papier filtre en cône et la place dans un entonnoir en verre, au-dessus d’un bécher. On verse l’eau boueuse dans le cône, peu à peu, sans jamais dépasser le bord du papier. De l’eau limpide goutte dans le bécher ; la terre forme une couche brune sur le papier. Si le filtrat est trouble, c’est que le papier est déchiré ou que l’eau a débordé.
Proposition 3.6 (Un filtre n’arrête pas ce qui est dissous)
Un filtre retient les morceaux solides qui ne sont pas dissous. Il ne retient pas ce qui est dissous : de l’eau salée versée sur un filtre en ressort tout aussi salée, et du thé sucré tout aussi sucré.
3.4 Faire s’évaporer l’eau
Définition 3.7 (Évaporation)
Pour récupérer un solide dissous dans l’eau, on laisse l’eau sécher, au soleil ou sur un chauffage doux : c’est l’évaporation. L’eau part dans l’air ; le solide reste dans la coupelle.
Exemple 3.8 (Le sel de l’eau salée)
On verse un peu d’eau salée dans une coupelle peu profonde, posée sur le rebord d’une fenêtre ensoleillée. Quelques jours plus tard, il n’y a plus d’eau, seulement une croûte blanche de sel : le sel qui était dissous.
3.5 Quelle méthode pour quel mélange ?
Méthode 3.9 (Choisir une séparation)
Pour séparer un mélange, pose-toi ces questions :
- Les morceaux sont-ils gros et de tailles différentes ? Trie à la main, ou tamise.
- Y a-t-il, dans un liquide, un solide qui ne se dissout pas ? Laisse décanter puis transvase, ou filtre pour avoir une eau plus claire.
- Y a-t-il un solide dissous dans le liquide ? Fais évaporer le liquide : le solide reste.
Il faut souvent plusieurs étapes, l’une après l’autre.
Exemple 3.10 (Sable, sel et eau)
Un bocal contient de l’eau avec du sable et du sel. Le sel s’est dissous ; le sable, non.
- On filtre : le sable reste sur le papier.
- Le filtrat est limpide, mais c’est de l’eau salée. On le fait évaporer : le sel reste dans la coupelle.
Deux méthodes, l’une après l’autre, permettent de récupérer le sable et le sel.
Exemple 3.11 (De l’eau propre à partir d’une rivière)
Une usine de traitement de l’eau rend l’eau de rivière potable en plusieurs étapes :
- l’eau de la rivière passe à travers des dégrilleurs, de grandes grilles qui arrêtent les branches, les feuilles et les plastiques : c’est une sorte de tamisage ;
- elle repose dans de grands bassins où la boue se dépose au fond ;
- elle est filtrée à travers d’épaisses couches de sable qui retiennent les grains les plus fins ;
- on ajoute une toute petite quantité d’un produit qui tue les microbes, pour que l’eau reste saine dans les tuyaux.
Remarque 3.12 (Limpide ne veut pas toujours dire propre)
Une eau filtrée peut sembler parfaitement limpide et contenir encore des substances dissoutes, et des microbes bien trop petits pour être vus. C’est pourquoi personne ne boit l’eau d’une flaque ou d’un ruisseau, même après l’avoir filtrée.
3.6 Exercices
Exercice 3.1 ★
Quelle méthode utiliserais-tu pour séparer des petits pois de grains de riz ?
Solution
Solution de Exercice 3.1.
Le tamisage : les grains de riz sont plus petits que les petits pois et passent à travers un tamis aux trous de la bonne taille. (Trier à la main marche aussi, lentement.)
Exercice 3.2 ★
On laisse un verre d’eau boueuse sur une table pendant une heure. Que devient la terre ? Comment s’appelle ce phénomène ?
Solution
Solution de Exercice 3.2.
La terre descend lentement et forme une couche au fond ; l’eau au-dessus s’éclaircit. C’est la décantation.
Exercice 3.3 ★
Qu’est-ce qu’un filtrat ? Quel est le filtrat quand on fait du café ?
Exercice 3.4 ★
On verse de l’eau salée sur un papier filtre. Le filtrat est-il salé ? Explique.
Solution
Solution de Exercice 3.4.
Oui. Le sel est dissous, et un filtre ne retient pas ce qui est dissous : il passe avec l’eau.
Exercice 3.5 ★
Comment peut-on récupérer le sucre d’un verre d’eau sucrée ?
Solution
Solution de Exercice 3.5.
En faisant évaporer l’eau : au soleil, ou en chauffant doucement, l’eau part dans l’air et le sucre reste dans la coupelle.
Exercice 3.6 ★
Regarde la figure du tamis. Quels morceaux restent dans le tamis ? Pourquoi les autres passent-ils à travers ?
Solution
Solution de Exercice 3.6.
Le gravier reste dans le tamis. Les grains de sable sont plus petits que les trous, alors ils passent à travers.
Exercice 3.7 ★
Associe chaque mélange à une méthode — tamisage, filtration ou évaporation : (a) du sable et des cailloux ; (b) de la poudre de craie dans l’eau ; (c) du sel dans l’eau.
Solution
Solution de Exercice 3.7.
(a) Le tamisage. (b) La filtration (ou la décantation puis le transvasement). (c) L’évaporation.
Exercice 3.8 ★
Regarde la figure de l’usine de traitement de l’eau. Par combien d’étapes l’eau passe-t-elle ? Quelle étape enlève la boue ?
Solution
Solution de Exercice 3.8.
Quatre étapes : les grilles, les bassins de décantation, les filtres à sable, les microbes tués. Ce sont les bassins de décantation qui enlèvent la boue.
Exercice 3.9 ★
Range ces étapes dans l’ordre pour récupérer le sable et le sel d’un bocal de sable, de sel et d’eau : faire évaporer le filtrat ; filtrer ; récupérer le sable sur le papier.
Solution
Solution de Exercice 3.9.
Filtrer ; récupérer le sable sur le papier ; faire évaporer le filtrat pour obtenir le sel.
Exercice 3.10 ★★
Un filtre peut-il rendre l’eau de mer potable ? Explique ta réponse.
Solution
Solution de Exercice 3.10.
Non. Le sel de l’eau de mer est dissous, et un filtre ne retient pas ce qui est dissous : le filtrat est toujours de l’eau salée.
Exercice 3.11 ★★
Des feuilles de thé sont restées dans une théière pleine de thé. Nomme deux méthodes, vues dans ce chapitre, qui séparent le thé des feuilles.
Solution
Solution de Exercice 3.11.
Verser doucement le thé dans une tasse une fois les feuilles déposées au fond (décantation et transvasement), ou le verser à travers une passoire ou un filtre (tamisage ou filtration).