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"Elle n'en sort plus de ta mémoire
Ni la nuit, ni le jour."
F. Cabrel C'est écrit
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Mots clés : monomère, polymère, alliage, nitinol, mémoire de forme, nickel, titane, austénite,
martensite
Mémoire de forme d'un polymère
Nature du polymère
On dispose de pots de yaourt.
Découper avec les ciseaux des morceaux du pot de yaourt.
Mettre dans un tube à essai et chauffer, procéder de même avec des échantillons de
polyester.
Le chauffage doit être progressif et modéré.
Thermoplastique : le polymère fond et change de forme.
Thermodurcissable : le polymère ne fond pas et se décompose (carbonise)
Noter le résultat de l'expérience.
Essai Bernstein :
Porter au rouge un fil de cuivre dans la flamme du briquet, toucher la matière plastique avec le
fil chaud, remettre dans la flamme du briquet.
L'essai est positif si la flamme devient bleu-vert.
Faire l'essai avec le polychlorure de vinyle et le pot de yaourt.
Noter le résultat de l'expérience.
Densité :
Découper des morceaux de pot de yaourt et de PVC. Mettre dans un cristallisoir contenant de
l'eau.
A partir du tableau suivant, identifier le polymère du pot de yaourt.
essai
thermo...
densité
solubilité dans l'acétone
Bernstein
PVC
plastique
>1
+
(polychlorure de
vinyle)
polyester
durcissable
>1
polyéthylène
plastique
<1
polystyrène
plastique
>1
+
Donner un nom au polymère du pot de yaourt.
Proposer une expérience confirmant la nature du polymère.
Un polymère est une macromolécule (molécule géante) constituée par l'enchaînement
de molécules simples appelées monomères.
Faire tourner les modèles avec la souris
.
Quelle est la formule brute du styrène qui ne contient que des atomes de carbone
(MC=12 g/mol) et d'hydrogène (MH=1 g/mol)? Quelle est sa masse molaire?
Combien y a-t-il de molécules de styrène dans le polymère représenté dans le modèle?
Dans la réalité, le polymère est constitué de
plusieurs milliers de molécules de monomère
associées. Le polymère, très longue chaîne, peut être
imaginé comme un spaghetti et une matière plastique
comme un plat de spaghetti.
Quelle est la masse molaire MPS du
polystyrène si son indice de polymérisation est n=1500
(nombre de molécules associées)?
Mémoire de forme d'un polymère
Chauffer doucement le pot de yaourt. Observer que le cylindre du pot se rétracte lorsque la
matière plastique se ramollit. A la fin, on obtient une plaque. C'est la forme initiale du pot de yaourt
avant mise en forme à chaud
Lors du chauffage, les molécules reprennent leur forme initiale et le pot retrouve la mémoire
de sa forme initiale.
Dans l'image ci-contre, le cerveau est le siège de la
mémoire.
Où se trouve le siège de la mémoire de forme?
Mémoire de forme d'un alliage
Le NiTinol est un alliage de Nickel et de Titane.
Ces deux métaux ont leur place dans la classification périodique.
Mettre, à leur place, à l'aide de la souris, le Titane et le Nickel.
Nickel et Titane appartiennent ils à la même colonne? à la même ligne?
Quel métal usuel se trouve entre le Nickel et le Titane?
Exécuter l'animation ci-dessous :
Avec le matériel à votre disposition, réaliser l'expérience avec le trombone en nitinol. L'eau
chaude doit être portée au moins à 80° environ (début de l'ébullition)
Décrire l'expérience. Peut elle être réalisée plusieurs fois?
L'alliage nitinol peut se présenter sous deux formes cristallines appelé martensite et austénite.
Faire tourner les modèles avec la souris
.
Les atomes de nickel et de titane, en nombre égal, sont représentés avec des couleurs
différentes.
Un des ces deux modèles correspond à
cette disposition simple des atomes appelée
cubique centré.
Quel est ce modèle?
A une température de 540°C, le nitinol
est sous forme d'austénite et il est possible de
lui donner la forme dont il gardera la mémoire.
A la température ambiante de 20°C, le nitinol est sous
forme de martensite et il est possible facilement de changer
sa forme.
Entre 40°C et 80°C, le nitinol passe de la structure martensite à la structure austénite et le fil
retrouve sa forme initiale de trombone.
Du segment au cercle
Utiliser de 15 à 20 cm d'un fil de nitinol
rectiligne. Ce fil peut facilement être déformé à
température ambiante. Trempé dans l'eau
chaude, il retrouve facilement sa forme de
mémoire en segment de droite.
On veut changer sa forme de mémoire : boucles.
Il faut imposer une contrainte forte et chauffer le nitinol à
540°C : température à laquelle il va fixer sa forme de mémoire.
A la température ambiante, former des boucles avec le fil de nitinol et les immobiliser avec du
fil de fer.
"Cuire" à plus de 540°C
Laisser refroidir et retirer le fil de fer.
Déployer le fil de nitinol refroidi et l'immerger dans l'eau bouillante. L'expérience est réussie si
vous obtenez le même résultat que dans l'animation ci-dessous.
Muscles
Un membre articulé est commandé par deux
muscles antagonistes.
Quels sont les noms des deux
muscles du bras représentés ci-contre?
L'image ci contre représente un bras articulé
commandé par :
- un fil d'acier
- un fil de nitinol
jouant le rôle des muscles antagonistes.
Seul le fil de nitinol est parcouru par le
courant
Réaliser le circuit électrique ci-dessous et
à l'aide de l'interrupteur, fermer puis ouvrir le
circuit sans dépasser une intensité de 4A..
Quel phénomène électrique est responsable de la contraction du fil de nitinol?
Pourquoi faut il une intensité d'environ 3A?
Quel est le rôle du fil d'acier?
L'ouverture et la fermeture du bras peut elle être réalisée plusieurs fois?
Matériel : pots de yaourt, paire de ciseaux, bec électrique, pince métallique, briquet, fil de cuivre, pince
bois, tube sur support, polyester, PVC, polyéthylène, cristallisoir, bouteille d'eau, bécher de 250 mL,
acétone (très petit flacon), trombones en nitinol, pince, pince coupante, fil de fer, fil de nitinol,,
générateur 6-12V 5A, rhéostat 33 Ω, multimètre, robot en Lego,6 fils
La société Nimésis nous a fourni gratuitement
quelques échantillons pour réaliser cette page.