La pile végétale (Danger ! plante sous tension)

Publié par Ecole PIerre et Marie Curie CM1-CM2, le 13 août 2020   290

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Naissance du projet :  

Notre maître nous a présenté le festival Exposciences et nous a proposé de nous inscrire. Le hic : pas de thème. Nous avons déballé toutes nos idées et voté. Deux idées sont restées : les végétaux et l’électricité. Nous avons fait des recherches sur internet pour voir si on pouvait relier ces deux thèmes, et là on s’est aperçu qu’on pouvait faire de l’électricité avec des plantes. Super ! on va mener l’enquête, faire nos expériences, mais par où commencer ? Qu’est-ce qui produit de l’électricité dans la vie courante ? La pile. Allez, on se lance !  

 

Stand 1 : Comment fonctionne une pile ?

En parcourant l’histoire de l’invention de la pile, nous avons appris que la production d’électricité se fait quand deux métaux de nature différente sont mis en contact avec une « humeur » (carton humide, chiffon humide, corps humide de la grenouille) donc avec de l’eau.

Voir le document joint intitulé « Doc-Galvani-a-la-pile-de-volta »   

Forts de nos connaissances sur  l’invention de la pile, nous nous sommes mis dans la peau de Volta (pas de la grenouille) et avons essayé de réaliser une pile en simplifiant au maximum l’expérience (difficile d’empiler des rondelles de cuivre et de zinc …). Résultat : un fil de cuivre, un trombone, un verre, de l’eau et du sel suffisent. Mais pas de quoi allumer une ampoule ;  pour cela, il faut mettre 3 piles comme celle- là en série et on allume tout juste une jolie del (diode électroluminescente).


" Le moment qui m'a le plus marqué, c'est quand on a réussi à allumer la diode en mettant ensemble toutes nos piles "

Voici comment fonctionne cette pile : voir le document joint intitulé « Trace-écrite-pile-eau-salée »

 




Puis le monde s'est mis sur pause et nous avons continué notre projet à distance.

Expériences de piles à eau

  • Le compte rendu d’une expérimentation maison sur la pile à eau (voir le document joint intitulé « Expé-élect-Mn-cm2 »)

Grâce à ce travail de recherche effectué chez elle par une élève de la classe, nous savions que notre pile à eau n’avait nullement besoin de sel pour produire de l’électricité.

  • Une vidéo prouvant, sans mesure, que la pile à eau produit de l’électricité.



Ayant compris le mécanisme de production et de circulation d’électricité au niveau des électrodes de cuivre et d’acier, nous voulions savoir de quoi était faite cette électricité.

 

Stand 2 : Qu’est-ce que l’électricité ?

 Nous avons découvert les propriétés de l’ambre - d’où provient le nom de l’« électron »-,  et compris qu’il y avait de l’électricité en mouvement et de l’électricité statique.

Voir le document intitulé « elec-statique »

Voici les différentes expériences « faites maison » que nous avons réalisées :

Expériences

         Remarques / conclusions

Document intitulé « experience-Aa-cm2 »

         L’électricité statique peut se voir

Document intitulé « exp-ballon-Gn-cm2»

         L’électricité statique attire



Vidéo : poivre et sel   


Vidéo : à la paille    


Vidéo : filet d’eau    


Vidéo : grâce à la laine   


Vidéo : cheveux    

 

Stand 3 : Comment fonctionne un végétal ?



Pour terminer, et avoir toutes les cartes en mains pour expérimenter et expliquer comment une plante peut produire de l’électricité, il nous fallait comprendre comment « marche » une plante. Quel est son fonctionnement ? A partir de documents et de vidéos, envoyés par le maître et concernant les besoins des végétaux, nous avons pu élaborer des hypothèses pour répondre à la question essentielle : Comment une plante fait-elle pour se développer ?

Elle puise dans le sol de l’eau et des minéraux, elle capte au niveau de ses feuilles du dioxyde de carbone et l’énergie de la lumière. A l’aide de tous ces ingrédients, elle fabrique une sève élaborée, du glucose (du sucre) qui va être redistribué vers toutes les parties de la plante afin qu’elle puisse se nourrir et grandir.




De retour en classe, il ne nous restait plus qu’à mettre sur la table toutes ces connaissances documentaires et expérimentales pour réussir notre pari :

 

Stand 4 : Peut-on produire de l’électricité avec une plante et le prouver ?

Voici quelques- unes des idées qui ont alors germé, et nos conclusions :

   

Il manque à cette expérience un ampoule ou un appareil de mesure. Si l’ampoule ou l’appareil mesurait une tension alors on pourrait seulement en déduire que la plante conduit l’électricité. L’hypothèse telle qu’elle est imaginée ici serait alors un court-circuit.

C’est l’idée qui a fait l’unanimité dans la classe. Mais quelqu’un à fait remarquer que c’était un peu comme une pile à eau mais avec une plante en plus. Donc rien ne nous prouve que la plante produit de l’électricité

Cette hypothèse ajoute à la précédente l’importance de la lumière. Si la tension augmente quand la plante reçoit plus de lumière, on aura prouvé qu’elle produit de l’électricité. Pour le voir, il nous faudra remplacer l’ampoule par un multimètre.


 Voici donc l’expérience que nous devrons mettre en place :

                                                                                                                    

La plante se développe grâce à la photosynthèse qui, comme son nom l’indique, permet la fabrication de matière grâce à la lumière.

 

Si j’éclaire les feuilles de la plante, et que la tension augmente,  alors c’est bien la plante qui produit l’électricité que je mesure.

 

Visuel des expériences

Remarques / conclusions

Expérience réalisée par un élève avec ses parents: les électrodes sont en fer (fil) et en aluminium (papier). La mesure est de 165 mA (milliampères).

Expérience réalisé par le maître avec une plante quelconque et des électrodes de cuivre et de zinc.

Nous nous sommes renseignés et nous avons appris que les plantes qui produisaient le plus d’électricité étaient les graminées. Voilà la tension produite avec de l’orge que l’on trouve dans l’herbe à chats.

En plein soleil la tension diminue. C’est bizarre, nous voulions montrer l’inverse.

En remplaçant les électrodes de cuivre et de zinc par du carbone (mines de graphite), on obtient une tension plus faible mais on sait que cela ne peut venir que de la plante. En effet, il n’y a pas de pile à eau dans ce montage. D’ailleurs, en remplaçant le cuivre et l’acier de la  pile à eau par le carbone, la tension mesurée est de 0 volt.

 

Etat d’aboutissement du projet

Deux électrodes constituées de métaux différents, plongées dans la terre humide d’une plante en pot, permettent la production d’une tension électrique d’environ 0.90 Volt. Soit la même tension que celle d’une pile à eau.

Deux électrodes de carbone plongées dans la terre humide, qui constitue le sol dans lequel une graminée plonge ses racines, permettent de véhiculer des électrons,  de sorte que l’appareil de mesure indique 0.39 Volt. Quand la plante est mise au soleil, la tension produite n’augmente pas. Il y a donc des électrons dans la terre en question, mais rien ne nous dit qu’ils proviennent de la plante.

Axes à développer :

  • changer de graminée
  •  prouver que la plante rejette bien du glucose dans le sol
  • réaliser des expériences sur la décomposition du glucose par des micro-organismes et la production associée d’un déchet : l’électron

 

Pas de danger notre « pile végétale » est en fait :

 

une pile microbienne