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Bouteille de ketchup et ketchup renversé

Bouteille de ketchup et ketchup renversé (Picsfive, iStockphoto)

Les STIM en contexte

Pourquoi le ketchup s’écoule-t-il si lentement?

Parlons sciences
Format
Lisibilité
6.70

Résumé

Ton ketchup ne veut pas sortir de la bouteille? Laisse-nous te révéler les secrets de la viscosité de ce fluide non newtonien!

Miam! Du ketchup! Que seraient les hot-dogs, les hamburgers ou les frites sans ce condiment? Même si tu n’aimes pas le ketchup, tu connais sûrement des gens qui en mangent tout le temps.

Avant l’époque des bouteilles de plastique souple, le ketchup était généralement offert dans des bouteilles en verre (certaines entreprises vendent encore leur ketchup dans ces bouteilles). Pour en mettre sur tes frites, il fallait incliner la bouteille et attendre… et attendre… Quand cette attente était trop longue, c’était le moment de secouer la bouteille ou même lui donner quelques bons coups, puis tout d’un coup, il y avait du ketchup partout!

Ketchup versé d’une bouteille en verre
Ketchup versé d’une bouteille en verre (Source : Grafner via iStockphoto).

Alors, pourquoi le ketchup ne s’écoule-t-il pas bien de la bouteille, comme l’eau ou le jus? C’est un liquide… n’est-ce pas? Eh bien, en quelque sorte. On approfondira ce sujet un peu plus loin.

Comment les fluides s’écoulent-ils?

La caractéristique essentielle d’un fluide est sa capacité de s’écouler.

Attention aux idées fausses!

Les termes « liquide » et « fluide » ne signifient pas la même chose. Tous les liquides sont des fluides, mais tous les fluides ne sont pas des liquides. Les liquides et les gaz peuvent s’écouler, c’est ce qui fait qu’ils sont des fluides.

De nombreux fluides que tu connais, comme l’eau, l’essence et l’huile de cuisson, s’écoulent librement et rapidement. Mais que se passe-t-il lorsque tu verses du sirop d’érable ou du miel? Ils coulent beaucoup plus lentement. En fait, c’est parce qu’ils ont une viscosité élevée. La viscosité est la résistance d’un fluide à l’écoulement. Plus un fluide s’écoule facilement, plus sa viscosité est faible. Comme le miel coule très lentement, il a une viscosité élevée.

high and low viscosity
Le fluide de gauche a une faible viscosité, et le fluide de droite a une viscosité élevée (Source : Synapticrelay [CC BY-SA 4.0] via Wikimedia Commons).

Deux facteurs peuvent avoir une incidence sur la viscosité d’un fluide :

  1. la température;
  2. la pression.

Sir Isaac Newton (des lois de Newton) a remarqué que lorsque certaines substances étaient chauffées, elles avaient une viscosité plus faible, et que lorsqu’elles étaient refroidies, elles avaient une viscosité plus élevée. Il a appelé ces derniers les fluides newtoniens. La plupart des fluides que nous utilisons régulièrement sont des fluides newtoniens. À une température donnée, la viscosité d’un fluide newtonien reste la même, quelle que soit la pression qui lui est appliquée.

Mais tous les fluides ne sont pas des fluides newtoniens. Certains, comme la mayonnaise, le dentifrice et le ketchup, sont également affectés par la pression. La viscosité de ces fluides dépend de la force qui lui est appliquée (son amplitude) et de la durée d’application de la force. On appelle les fluides qui réagissent de cette façon les fluides non newtoniens.

Non-Newtonian fluids
La mayonnaise (gauche), le dentifrice (centre) et le ketchup (droite) sont tous des exemples de fluides non newtoniens (Sources : jules [CC BY 2.0] via Wikimedia Commons, Thegreenj [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia Commons and theimpulsivebuy [CC BY-SA 2.0] via Wikimedia Commons).

Pourquoi le ketchup est-il si particulier?

Revenons à la bouteille de ketchup. Lorsque tu l’ouvres et la mets à l’envers, rien ne se passe, le ketchup ne coule pas. Le ketchup agit plutôt comme un solide qu’un liquide. En fait, les scientifiques appellent le ketchup et les fluides comme lui des « solides mous » ou des « fluides viscoplastiques », car ils s’écoulent seulement que lorsque le bon degré de force est appliqué.

Le savais-tu? 

La rhéologie est le domaine de la physique qui étudie les solides mous, y compris de nombreux condiments habituels, ainsi que la peinture et les applications industrielles comme le traitement des eaux usées et l’exploitation minière.

Rhéofluidifiants ou fuide thixotrope (2017) par amàco - l'atelier matières à construire (1 min 46 secs).

Le ketchup est un solide mou à cause de ses ingrédients. Le ketchup est fabriqué à partir de tomates finement moulues, ainsi que de sucre, d’épices, de vinaigre et d’eau. Si tu regardes attentivement, tu verras peut-être tous les petits morceaux de tomate qui composent la majeure partie du ketchup. Il y a assez de morceaux de tomate pour que les particules solides se touchent entre elles. Cette liaison physique des particules solides donne au ketchup la fermeté qui lui permet de résister à l’écoulement.

Close-up of ketchup
Gros plan de ketchup fait de tomates finement broyées (Source : Magone via iStockphoto).

Quelle est la meilleure façon de faire couler du ketchup?

Pour que le ketchup commence à s’écouler, tu peux secouer ou tapoter la bouteille. Si tu appliques une force suffisante, le ketchup commencera à agir comme un liquide et sortira de la bouteille. À ce stade, le ketchup est en réalité beaucoup moins visqueux qu’il ne l’était avant de commencer à couler! Mais sois vigilant, car parfois, le ketchup peut sortir rapidement et éclabousser partout.

Une méthode moins salissante consiste à tapoter ou secouer la bouteille doucement et à plusieurs reprises. Dans ce cas, une force moindre sur une plus longue période te mènera au même résultat.

Le savais-tu? 

Les scientifiques de Heinz ont découvert que le débit optimal du ketchup est d’environ 0,045 km à l’heure.

Mais pourquoi ces deux méthodes permettent-elles de faire couler le ketchup?

Lorsque tu bascules la bouteille, la stabilité des morceaux de tomate qui reposent tous ensemble l’empêche de couler. Mais si tu frappes suffisamment fort sur la bouteille, certaines particules de tomate se déplaceront, ce qui permettra aux autres de bouger. Avec assez de force, tout le ketchup commencera à couler. Pourquoi cela fonctionne-t-il lorsque tu tapotes doucement la bouteille pendant une plus longue période? Cela reste encore un mystère. En fait, les scientifiques et les ingénieurs qui étudient les solides mous font des recherches à ce sujet!

Miam... faire de la recherche sur le ketchup. C’est sûrement une carrière savoureuse!

 

Points de départ

Connecter et Relier
  • T’es-tu déjà frustré pendant que tu attendais que le ketchup sorte de la bouteille? Quelles méthodes as-tu utilisées pour accélérer l’écoulement?
  • Si le ketchup était un liquide qui coule, l’utiliserais-tu quand même sur tes frites? Pourquoi, ou pourquoi pas?
  • As-tu déjà vu une grande quantité de ketchup tomber sur ta nourriture après avoir secoué ou tapé la bouteille pendant un certain temps? Comment t’es-tu senti?
  • As-tu déjà envisagé de devenir un scientifique spécialisé en alimentation? Quels types d’emploi ces scientifiques peuvent-ils occuper?
Connecter et Relier
  • T’es-tu déjà frustré pendant que tu attendais que le ketchup sorte de la bouteille? Quelles méthodes as-tu utilisées pour accélérer l’écoulement?
  • Si le ketchup était un liquide qui coule, l’utiliserais-tu quand même sur tes frites? Pourquoi, ou pourquoi pas?
  • As-tu déjà vu une grande quantité de ketchup tomber sur ta nourriture après avoir secoué ou tapé la bouteille pendant un certain temps? Comment t’es-tu senti?
  • As-tu déjà envisagé de devenir un scientifique spécialisé en alimentation? Quels types d’emploi ces scientifiques peuvent-ils occuper?
Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement
  • En quoi la technologie des bouteilles de ketchup a-t-elle évolué au fil des ans? Explique.
  • Explique pourquoi du ketchup laissé à la température ambiante augmente son débit. 
  • Pourquoi penses-tu que certaines entreprises continuent de mettre leur ketchup dans des bouteilles en verre alors que d’autres utilisent des bouteilles en plastique souple? 
  • À part dans les aliments, où peut-on trouver des « solides mous »? (Des recherches supplémentaires seront peut-être nécessaires.) 
Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement
  • En quoi la technologie des bouteilles de ketchup a-t-elle évolué au fil des ans? Explique.
  • Explique pourquoi du ketchup laissé à la température ambiante augmente son débit. 
  • Pourquoi penses-tu que certaines entreprises continuent de mettre leur ketchup dans des bouteilles en verre alors que d’autres utilisent des bouteilles en plastique souple? 
  • À part dans les aliments, où peut-on trouver des « solides mous »? (Des recherches supplémentaires seront peut-être nécessaires.) 
Explorer les concepts
  • Pourquoi le ketchup est-il considéré comme un « solide mou »?
  • Qu’est-ce qui fait que les autres fluides non newtoniens comme le dentifrice et le beurre d’arachides se comportent de la même manière que le ketchup?
  • En quoi le débit du ketchup est-il lié à la viscosité de ce fluide?
Explorer les concepts
  • Pourquoi le ketchup est-il considéré comme un « solide mou »?
  • Qu’est-ce qui fait que les autres fluides non newtoniens comme le dentifrice et le beurre d’arachides se comportent de la même manière que le ketchup?
  • En quoi le débit du ketchup est-il lié à la viscosité de ce fluide?
La nature de la science et de la technologie
  • On n’a pas la technologie pour voir réellement ce qui se passe avec les particules de ketchup au début de son écoulement. Donc, comment est-il possible de décrire le comportement de l’écoulement du ketchup? Explique.
  • Les gens qui étudient les propriétés physiques et chimiques des aliments tels que le ketchup sont-ils de vrais scientifiques? Explique.
  • Avec toutes les avancées technologiques du 21e siècle, pourquoi crois-tu que les scientifiques ne comprennent toujours pas ce qui arrive aux particules de ketchup lorsqu’une légère force est appliquée?
La nature de la science et de la technologie
  • On n’a pas la technologie pour voir réellement ce qui se passe avec les particules de ketchup au début de son écoulement. Donc, comment est-il possible de décrire le comportement de l’écoulement du ketchup? Explique.
  • Les gens qui étudient les propriétés physiques et chimiques des aliments tels que le ketchup sont-ils de vrais scientifiques? Explique.
  • Avec toutes les avancées technologiques du 21e siècle, pourquoi crois-tu que les scientifiques ne comprennent toujours pas ce qui arrive aux particules de ketchup lorsqu’une légère force est appliquée?
Littératie Médiatique
Littératie Médiatique
Teaching Suggestions
  • Cette vidéo et cet article peuvent être utilisés pour favoriser l’enseignement et l’apprentissage de la chimie, des sciences et des technologies liées aux fluides et à la viscosité. Les concepts introduits sont l’écoulement, les fluides, les fluides newtoniens, les fluides non newtoniens, la viscosité, les solides mous et la rhéologie.
  • Pour approfondir les compétences des élèves en matière d’interrogation et de compréhension, les enseignants peuvent demander aux élèves de participer à une stratégie d’apprentissage Relation question-réponse. Les fiches reproductible de relation question-réponse prête à l’emploi pour cet article est disponible en formats [Document Google] et [PDF].
  • Les enseignants peuvent demander aux élèves de participer à une stratégie d’apprentissage Toile de définition du concept. Une fiche reproductible de toile de définition du concept prête à l’emploi pour cet article est disponible en formats [Document Google] et [PDF].
  • Les élèves peuvent utiliser un tableau en deux volets pour préciser les différences entre les fluides newtoniens et les fluides non newtoniens.
Teaching Suggestions
  • Cette vidéo et cet article peuvent être utilisés pour favoriser l’enseignement et l’apprentissage de la chimie, des sciences et des technologies liées aux fluides et à la viscosité. Les concepts introduits sont l’écoulement, les fluides, les fluides newtoniens, les fluides non newtoniens, la viscosité, les solides mous et la rhéologie.
  • Pour approfondir les compétences des élèves en matière d’interrogation et de compréhension, les enseignants peuvent demander aux élèves de participer à une stratégie d’apprentissage Relation question-réponse. Les fiches reproductible de relation question-réponse prête à l’emploi pour cet article est disponible en formats [Document Google] et [PDF].
  • Les enseignants peuvent demander aux élèves de participer à une stratégie d’apprentissage Toile de définition du concept. Une fiche reproductible de toile de définition du concept prête à l’emploi pour cet article est disponible en formats [Document Google] et [PDF].
  • Les élèves peuvent utiliser un tableau en deux volets pour préciser les différences entre les fluides newtoniens et les fluides non newtoniens.
Ressource complémentaire
Ressource complémentaire

En savoir plus

Comment les fluides coulent-ils ? (2011) Culture sciences physique -- Cela compare le miel, le mercure et l'eau, à l'aide de diagrammes et de formules mathématiques.

Liquide ou solide?! - Fluide non newtonien! (2014) Experimentboy -- Découvrez oobleck, à la fois visqueux et solide, découvrez sa science et créez la vôtre (vidéo, 8 mins 09 secs).

Science ou Magie - Un étrange mélange Radio Canada -- Un comédien montre comment le ketchup est un mélange à la fois solide et liquide. Humoristique mais aussi éducatif (vidéo, 13 mins).

Références

Elert, G. Viscosity. Tiré de https://physics.info/viscosity/

Hannink-Melbourne, N. (2016, December 21). Rheology. Tiré de https://www.futurity.org/ketchup-physics-rheology-1321922-2/

Simonovich, S. (2017, September 14). Understanding Viscosity and Non-Newtonian Fluids Will Help Your Ketchup Game. Tiré de https://medium.com/petroleum-service-company/understanding-viscosity-and-non-newtonian-fluids-will-help-your-ketchup-game-584c1724a609