Notre réalisation personnelle

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Notre réalisation personnelle :

Réaliser un modèle du coeur identique à celui présenté dans le schéma de la page précédente serait bien évidemment idéal. Mais en pratique, cela demande une technologie que nous ne possédons pas, notamment les valves qui devraient  être spécialement conçues.

Nous décidons donc de ne réaliser qu’une partie de la pompe. Dans un cœur normal, la présence des valvules fait que le volume éjecté des ventricules passe par tout le circuit sanguin avant de rentrer dans l’oreillette du cœur opposé. Mais puisque nous n’avons pas les moyens d’insérer de valves dans notre pompe, elle ne sera constituée que d’un ventricule et d’une autre chambre fermée par une membrane, reliés ensemble par un seul tuyau sans valve. Ceci permettra de mettre en évidence la force exercée par le ferrofluide donnant lieu à un déplacement de liquide (ici de l’eau) directement du ventricule à la chambre. Si ce déplacement à lieu, il sera alors vérifié par un soulèvement de la membrane de la chambre. Cette force engendrant un déplacement de volume est  ici de l’objet principal du TPE, et le principal défi à la mise en oeuvre d’une pompe complète.

 Pour la fabrication nous avons donc sélectionné deux boites, qui serviront de chambres pour le ventricule et l’oreillette. Nous les avons trouées afin de pourvoir y insérer un tuyau, d’environ 30mm, soit un peu plus que le diamètre de l’artère aorte. Pour insérer le tuyau dans les boites, nous l’avons préalablement enroulé d’une fine éponge de type chiffon pour faire office de joint et assurer que le système soit hermétique une fois que les boites fermées.

Le plus difficile a ensuite été le choix des membranes, qui se doivent d’être en matériau très élastique de façon à pouvoir fortement s’étirer sans rompre et à revenir en place ensuite. Après avoir d’abord pensé à une chambre à air de vélo découpée, ce qui n’est pas assez élastique, puis à des gants en latex découpés, plus élastique mais pas assez large et qui risquaient de glisser et de faire tomber notre ferrofluide dans l’eau, notre choix s’est finalement porté sur des préservatifs, car leur fabrication en latex les rend très élastiques et ils sont aussi très résistant puis qu’ils sont testés pour pouvoir contenir 18 litres minimum sans éclater. De plus leur forme fait qu’ils sont faciles à placer sur la boite et tiennent bien en place.

Sur ces préservatifs, nous avons bouché les réservoirs en faisant un noeud à l’aide de fils, de façon à s’assurer que le ferrofluide serait réparti de façon homogène sur la membrane et ne s’accumulerait pas au niveau du réservoir.

 1ère essai, 1ère version :

Lors de notre première essai, nous ne découpons pas les boites, qui font environ 5 cm de haut. Comme aimant nous utilisons la bobine du laboratoire de physique (voir électroaimant). Avant de déposer le ferrofluide sur les membranes, sans eau mais avec juste de l’air, nous appuyons sur une des membranes, l’autre se soulève bien, le circuit est donc hermétique et l’expérience peut commencer.

Après avoir placé d’abord seulement un partie du ferrofluide sur la membrane, nous activons l’aimant, mais malgré un léger mouvement du ferrofluide et la formation de très petits pics à sa surface, preuve de la présence d’un champ magnétique extérieur créé par la bobine, aucune force attirant le ferrofluide vers l’aimant n’est visible, la membrane du ventricule ne se tend pas et la membrane de l’oreillette ne se gonfle pas.

Nous reproduisons l’expérience en rajoutant du ferrofluide jusqu’à verser la totalité, ce qui est censé augmenté l’aimantation totale du ferrofluide et donc la force d’attraction magnétique, mais le résultat reste le même.

Nous attribuons cet échec à la faible intensité du champ magnétique produit par la bobine à 5 cm de celle-ci, et donc à une force magnétique négligeable par rapport à la résistance élastique de la membrane.

2ème essai, 2ème version :

La semaine suivante nous réessayons. Ayant compris les raisons de l’échec de la semaine précédente, nous nous sommes fourni plusieurs aimants, dont certains à base de néodyme récupérés dans des disques dur d’ordinateurs – ces aimants sont généralement considérés comme très puissants puis qu’un aimant plat de ce type et d’un diamètre de quelques centimètre peut facilement produire un champ magnétique de l’ordre du Tesla, contre 12mT mesuré avec la bobine. Nous coupons aussi les boites sur 2cm afin de réduire la distance aimant-ferrofluide à maintenant 3cm.

Un autre problème se pose alors : La boite simulant l’oreillette, plus grande et plus souple que celle servant de ventricule , ainsi coupée n’est pas assez solide et se plie lorsque l’on place la membrane dessus. Nous renforçons alors la boite en plaçant un torchon (meilleure solution que nous ayons eu sous la main) à l’intérieur mais il nous est de toute façon impossible d’essayer avec de l’eau dans le circuit.

Cependant, cette fois ci, on constate un mouvement de la membrane du ventricule vers l’aimant qui a pour conséquence un gonflement de la membrane de l’oreillette de l’autre côté. On peut donc en déduire qu’il y a bien eu un déplacement d’air à l’intérieur de notre pompe.

Bien que ces mouvements restent légers, l’expérience n’est pas un échec total car l’attraction du ferrofluide vers l’aimant a donc bien provoqué un changement de volume, changeant alors la pression et chassant l’air dans l’autre boite.

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