Brevet FR2703495A1 — publié le 19941007

L'invention concerne un dispositif de simulation de l'activité moléculaire, lesdites molécules étant symbolisées par des particules, telles que des billes de dimensions égales et/ou différentes. La présente invention trouvera son application, plus particulièrement, dans le domaine de l'éducation et de la formation dans la mesure où elle a pour but d'illustrer l'activité moléculaire sous l'influence de différents paramètres, tels que la pression à température. I1 est particulièrement difficile d'expliquer, à une audience non avertie, la raison pour laquelle une matière change d'état sous l'influence, par exemple, de la température et/ou de la pression, tel que ce qui se passe entre l'état solide et l'état liquide ou encore entre l'état liquide et l'état gazeux. En fait, ceci d'autant plus que, si de tels phénomènes peuvent être perçus, on ne peut en montrer les raisons dans la mesure où l'on se trouve dans l'infiniment petit. Ainsi, l'on se contente, à l'heure actuelle, d'expliquer ces phénomènes en parlant d'activité moléculaire. Or, il est évident que lorsqu'on peut percevoir les choses il est plus aisé de les comprendre et, surtout de les retenir. De ce fait, l'on a déjà imaginé un dispositif de simulation de l'activité moléculaire consistant à disposer au-dessus d'une surface vibrante des particules sous forme de billes de dimensions égales et/ou différentes. En augmentant, progressivement, l'amplitude des vibrations de la surface sur laquelle reposent ces billes, l'on peut illustrer le changement d'état solideliquide puis le changement d'état liquide-gazeux d'une matière en passant de l'immobilité de ces billes à leur mise en mouvement. Cependant, une telle surface vibrante ne peut illustrer le passage direct de l'état solide à l'état gazeux d'un matériau. Par conséquent, là encore, les élèves doivent avoir de l'imagination. Par conséquent, un tel dispositif connu ne présente que peu d'intérêt dans la mesure où ses possibilités de simulation de l'activité moléculaire sont particulièrement réduites, La présente invention se propose d'apporter une solution à ce problème au travers d'un dispositif de simulation de l'activité moléculaire qui soit en mesure d'illustrer non seulement, le passage de l'état solide à l'état liquide d'un matériau puis le changement de l'état liquide-gazeux mais, également, le phénomène de la sublimation. En réalité l'invention conduit à des possibilités bien plus étendues encore dans la mesure où elle permet de simuler, également, les phénomènes de la distillation ou encore l'action de la pression ou de la température sur un gaz. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de simulation de l'activité moléculaire, lesdites molécules étant symbolisées par des particules telles que des billes de dimensions égales et/ou différentes, caractérisé par le fait que les billes sont disposées dans un contenant raccordé, à sa base, à des moyens générateurs d'un courant de fluide gazeux et dont la partie supérieure peut être ouverte au moins en partie pour laisser s'échapper librement et/ou de manière régulée le fluide gazeux injecté à la base. Selon l'invention, le contenant se présente sous forme d'une colonne tubulaire, conçue en un matériau transparent de manière à permettre la visison des billes. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte, en outre, des moyens de régulation du débit de fluide gazeux injecté à la base du contenant. Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent, essentiellement, en ce qu'au travers de l'injection, dans le contenant, d'un courant de fluide gazeux et plus particulièrement d'air, on peut passer, progressivement, de l'immobilité des billes, correspondant à l'état solide, à une faible mobilité, les unes par rapport aux autres, de ces billes représentant l'état liquide, jusqu'à la suspension d'une bille dans le courant de fluide gazeux. Par ailleurs, en soumettant, de manière instantanée, ces billes à un courant de fluide gazeux important, on peut simuler le phénomène de la sublimation. En outre, en obturant progressivement, la partie supérieure du contenant, l'on peut illustrer la variation de l'activité moléculaire sous l'influence d'une pression progressivement croissante.La distillation est simulée en soumettant les billes, de dimensions différentes, à un courant de fluide gazeux suffisant pour conduire à l'évacuation, à la partie supérieure du contenant, des billes les plus petites. I1 suffit, ensuite, d'augmenter ce courant de fluide gazeux afin de récupérer, dans cette partie supérieure du contenant, les billes progressivement de dimension plus importante, pour simuler à une distillation fractionnée. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre se rapportant à un mode de réalisation qui n'est donné qu'à titre indicatif et non limitatif. La compréhension de cette description sera facilitée en se référant au dessin joint en annexe et dans lequel - la figure 1 est une vue schématisée et en perspective d'un dispositif conforme à l'invention. La présente invention, telle que représentée dans la figure 1 du dessin joint en annexe, concerne un dispositif 1 destiné à simuler l'activité moléculaire, lesdites molécules étant symbolisées par des particules, plus particulièrement des billes 2 de dimensions égales et/ou différentes. Dans le cadre de la figure 1, ont été représentées des billes 2 de différentes sections. A ce propos, il convient d'observer que de telles billes 2 peuvent également être de couleurs différentes permettant de mieux les distinguer et, essentiellement, de mieux visualiser les phénomènes que l'on cherche à illustrer. Selon l'invention, le dispositif 1 comporte un contenant 3, de préférence sous forme d'une colonne tubulaire en matériau transparent, dans ce contenant 3 étant introduites les billes 2. De plus, ce contenant 3 est raccordé, à sa base 4, à des moyens 5 générateurs d'un courant de fluide gazeux, tandis que la partie supérieure 6 de ce contenant 3 peut être ouverte, au moins en partie, pour laisser s'échapper librement et/ou de manière régulée, le fluide gazeux, notamment de l'air, injecté à la base 4. Selon un mode de réalisation préférentiel, la colonne tubulaire formant le contenant 3, est refermée à sa base 4, au moyen d'une grille 7 empêchant les billes 2 de s'échapper tout en permettant l'injection du fluide gazeux, habituellement de l'air. A ce propos, les moyens 5 destinés à générer le courant de fluide gazeux peuvent être placés, tels que représentés dans la figure 1, immédiatement sous le contenant 3. Ils peuvent, également, être délocalisés, leur accordement étant effectué par l'intermédiaire de tuyauteries appropriées. Dans tous les cas, ces moyens 5 peuvent se présenter sous forme d'une bouteille de fluide gazeux comprimé, ou d'un compresseur ou encore d'une turbine 8. Telle que représentée dans la figure 1, une telle turbine 8 peut être logée dans un boîtier 9 muni, dans sa partie supérieure, d'une ouverture 10 communiquant avec la base 4 du contenant 3 afin d'y injecter le courant de fluide gazeux produit par ladite turbine 8. A noter qu'il est important qu'à de tels moyens générateurs 5 soient associés des moyens de régulation du débit d'injection de ce fluide gazeux à l'intérieur du contenant 3. En fait, de tels moyens de régulation 1 1 peuvent se présenter sous forme d'un variateur de la vitesse de rotation de la turbine 8 ou encore d'un robinet placé sur un éventuel tuyau de raccordement reliant la base 4 du contenant 3 aux moyens 5 générateurs de ce courant de fluide gazeux. Ils peuvent également se présenter sous forme de moyens obturateurs de la partie supérieure 6 ou de la base 4 du contenant 3, de sorte qu'en refermant, progressivement, cette extrémité supérieure 6 du contenant 3 on limite, nécessairement, le débit de nuide gazeux traversant ce dernier. Selon un autre mode, de tels moyens de régulation 11 peuvent être constitués, substantiellement par un volet obturateur placé sur le boîtier 9 qui, lorsqu'il est en position ouverte, permet au courant de fluide gazeux, produit par la turbine 8 de s'échapper, au moins en partie, dans l'atmosphère sans passer au travers du contenant 3. Dans tous les cas, l'on observera qu'en passant d'un courant de fluide gazeux sensiblement nul à un courant de plus en plus puissant, il est possible de visualiser, aisément, le phénomène de la dilatation d'un corps sous l'influence de la température ou plus particulièrement de simuler un changement d'état solide-liquide et liquide-gazeux ainsi que la sublimation. Dans ce dernier cas, il suffit de passer entre un courant de fluide gazeux sensiblement nul à un courant de fluide gazeux important de manière presque instantanée. Ceci peut être obtenu, notamment, en obturant, dans un premier temps, la partie supérieure 6 du contenant 3 de sorte que le débit de fluide gazeux traversant ce dernier soit nul puis de dégager, rapidement, cette partie supérieure 6 du contenant 3 de manière à permettre, presque instantanément le passage de ce fluide gazeux. Bien entendu, un tel dispositif permet, également, de démontrer, substantiellement, les lois cinétiques des gaz, telle que la loi de Boyle montrant la relation existant entre pression et température d'une part et volume et température d'autre part. Il peut également être visualisé le phénomène de la raréfaction atmosphérique. En outre, ce dispositif a pour avantage de permettre la simulation d'une séparation de produits par distillation. Notamment, en soumettant les billes à un courant de fluide gazeux suffisant pour les mettre en suspension, l'on constate que les billes de poids réduit et donc de section faible, se positionnent en suspension dans la partie supérieure du contenant 3. Le courant de fluide gazeux illustre, dans ces conditions, la température. Ainsi, il suffit d'augmenter encore sensiblement ce courant de fluide gazeux et, par conséquent, la "température" pour que ces billes, les plus petites, soient évacuées du contenant 3 au travers de sa partie supérieure 6. I1 s'agit là de la représentation de la distillation simple.Pour la représentation d'une distillation fractionnée, il suffira, après évacuation des billes les plus petites d'augmenter, encore sensiblement le courant de fluide gazeux, jusqu'à ce que s'évacuent, à cette partie supérieure 6 du contenant 3, les billes suivantes de section plus importante et ainsi de suite. A noter, à ce propos, que cette partie supérieure 6 du contenant 3 peut être équipée de moyens 12 de récupération des billes 2 sous forme d'une coupole 13 dans laquelle retombent, effectivement, les billes 2 en s'échappant de l'influence du courant de fluide gazeux. De préférence, la coupole 13 est elle-même refermée dans sa partie supérieure 14, au moyen. par exemple d'une grille 15 autorisant le passage du fluide gazeux, tout en empêchant la perte de billes 2. Cette coupole 13 est, avantageusement et tout comme le contenant 3, réalisée en un matériau transparent de manière à rendre plus visible les différents phénomènes. En fait, de tels moyens de récupération 12 des billes 2 simulent le condenseur situé au-delà d'une colonne de distillation et dans lequel l'on récupère, précisément, le distillat. Au travers de la description qui précède, l'on comprend bien que les avantages du dispositif selon l'invention sont nombreux, ceci par rapport aux dispositifs connus. En effet, il offre de multiples possibilités de simulation non égalées Jusqu'à ce jour. Ainsi, il représente un réel progrès technique dans le domaine considéré. Bien que l'invention ait eté décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. Revendications 1. Dispositif de simulation de l'activité moléculaire, lesdites molécules étant symbolisées par des particules telles que des billes (2) de dimensions égales et/ou différentes, caractérisé par le fait que les billes (2) sont disposées dans un contenant (3) raccordé, à sa base (4), à des moyens (5) générateurs d'un courant de fluide gazeux et dont la partie supérieure (6) peut être ouverte au moins en partie pour laisser s'échapper librement et/ou de manière régulée, le fluide gazeux injecté à la base (4). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le contenant (3) est constitué par une colonne tubulaire en matériau transparent de manière à permettre la vision des billes (2). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le contenant (3) est refermé, à sa base (4), au moyen d'une grille (7) empêchant les billes (2) de s'échapper tout en permettant l'injection du fluide gazeux. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens (5) générateurs d'un courant de fluide gazeux sont disposés immédiatement sous le contenant (3). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens (5) générateurs d'un courant de fluide gazeux sont délocalisés par rapport au contenant (3) et raccordés à ce dernier par l'intermédiaire de tuyauteries appropriées. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 4 et 5, caractérisé par le fait que les moyens (5) se présentent sous forme d'une bouteille de fluide gazeux comprimée ou d'un compresseur ou d'une turbine (8). 7. Dispositif selon les revendications 4 et 6, caractérisé par le fait que les moyens (5) générateurs d'un courant de fluide gazeux, constitués au moyen d'une turbine (8), sont logés dans un boîtier (9) muni dans sa partie supérieure d'une ouverture (10) communiquant avec la base (4) du contenant (3). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'aux moyens (5) générateurs d'un courant de fluide gazeux, sont associés des moyens de régulation du débit d'injection de ce fluide gazeux à l'intérieur du contenant (3) tel qu'un variateur de vitesse de la rotation d'une turbine (8), ou un robinet placé sur un tuyau de raccordement reliant la base (4) du contenant (3) aux moyens (5) générateurs du courant de fluide gazeux ou des moyens obturateurs de la partie supérieure (6) ou de la base (4) de ce contenant (3) ou un volet obturateur placé sur le boîtier (9) permettant, au courant de fluide gazeux, produit par une turbine (8) de s'échapper, au moins en partie, dans l'atmosphère sans passer au travers du contenant (3). 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le contenant (3) est équipé, à sa partie supérieure (6) de moyens (12) de récupération des billes (2). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les moyens (12) sont constitués par une coupole (13) dans laquelle retombent les billes (2) en s'échappant de l'influence du courant de fluide gazeux, cette coupole (13) étant réalisée en un matériau transparent et refermée, dans sa partie supérieure (14), au moyen d'une grille (15).