Le matin, il y a de la buée sur les vitres. À midi, les glaçons fondent dans ton verre de bissap. Le soir, le linge étendu dehors a séché tout seul. Et pourtant, dans les trois cas, c'est la même eau qui change simplement d'apparence : tantôt solide, tantôt liquide, tantôt invisible dans l'air. Ce chapitre va t'apprendre à nommer précisément chacune de ces transformations, et surtout à comprendre une idée surprenante : pendant qu'une transformation a lieu, la température de l'eau ne bouge pas, même si tu continues à chauffer !
Tu connais déjà l'eau sous ses trois visages : la glace (solide), l'eau du robinet (liquide) et la vapeur d'eau invisible dans l'air (gaz). Ce que tu vas découvrir de nouveau, c'est le vocabulaire scientifique exact de chaque passage d'un état à un autre, la façon de lire une courbe de chauffe ou de refroidissement, et deux grandes lois : la masse ne change jamais, mais le volume, lui, peut changer.
Ces notions ne sont pas seulement utiles pour les contrôles. Elles expliquent pourquoi un canari en terre cuite garde l'eau fraîche à Ndjamena, pourquoi une bouteille d'eau minérale peut se fendre dans un congélateur, ou pourquoi les nuages se forment au-dessus de l'océan avant de donner la pluie sur les champs. Tu vas aussi comprendre le grand cycle de l'eau, ce voyage sans fin entre la mer, le ciel et la terre.
1Les six changements d'état
L'eau existe sous trois états physiques. Regarde le tableau suivant : il résume ce que tu observes tous les jours.
| État | Nom de l'eau | Forme | Volume |
|---|---|---|---|
| Solide | la glace, le givre, la neige | forme propre (ne s'écoule pas) | volume propre |
| Liquide | l'eau liquide | prend la forme du récipient | volume propre |
| Gazeux | la vapeur d'eau (invisible) | occupe tout l'espace disponible | pas de volume propre |
Un changement d'état est le passage de la matière d'un état physique à un autre, sans changer de nature : l'eau reste de l'eau, qu'elle soit solide, liquide ou gazeuse. Sa formule reste toujours la même molécule d'eau.
La vapeur d'eau qui flotte dans l'air est invisible, exactement comme l'air lui-même. Le petit nuage blanc que tu vois au-dessus d'une casserole d'eau bouillante n'est pas de la vapeur d'eau : ce sont de minuscules gouttelettes d'eau liquide en suspension, donc déjà re-condensées. On y revient dans la section 4.
Il existe exactement six changements d'état, deux entre chaque paire d'états. Chacun porte un nom précis qu'il faut connaître par cœur.
- Fusion : solide → liquide (la glace fond)
- Solidification : liquide → solide (l'eau gèle)
- Vaporisation : liquide → gaz (l'eau s'évapore ou bout)
- Liquéfaction : gaz → liquide (la vapeur se change en buée)
- Sublimation : solide → gaz, directement, sans passer par le liquide
- Condensation (solide) : gaz → solide, directement (le givre)
Un bonhomme de neige rétrécit doucement au soleil, sans laisser de flaque : c'est une sublimation (la neige passe directement à l'état gazeux). Le pare-brise d'une voiture se couvre de givre par une nuit très froide et humide : c'est une condensation solide (la vapeur d'eau de l'air se change directement en glace).
C'est le chimiste français Antoine Lavoisier qui, en 1789, dans son Traité élémentaire de chimie, propose le premier une explication claire des trois états de la matière : selon lui, un même corps peut devenir solide, liquide ou gazeux uniquement en changeant de température, sans jamais changer de nature chimique. C'est une idée neuve pour l'époque, où l'on croyait encore que la glace, l'eau et la vapeur étaient trois substances différentes.
2Fusion et solidification
La fusion et la solidification sont deux changements d'état inverses l'un de l'autre : ils se produisent exactement à la même température, mais dans des sens opposés.
Sous la pression atmosphérique normale, la glace fond et l'eau liquide gèle à la même température :
Cette température est appelée la température de fusion de l'eau (ou température de solidification, selon le sens de la transformation).
2.1 Ce qui se passe pendant la fusion
Sors un glaçon du congélateur (à environ −18 °C) et pose-le dans un verre, à température ambiante. Sa température va d'abord monter rapidement jusqu'à 0 °C. Puis, dès que le glaçon commence à fondre, sa température s'arrête de monter et reste bloquée à 0 °C, exactement le temps que dure la fusion — même si l'air autour continue de le réchauffer ! Ce n'est qu'une fois tout le glaçon fondu que la température de l'eau, désormais liquide, recommence à monter.
Erreur très fréquente : penser que la température continue de monter pendant que la glace fond. C'est faux. Tant qu'il reste ne serait-ce qu'un petit morceau de glace non fondu dans l'eau, le mélange reste à 0 °C, ni plus, ni moins. On dit que la température fait un palier (voir section 5).
Tu verses de l'eau liquide à 20 °C dans un bac à glaçons, puis tu le places au congélateur. La température de l'eau descend d'abord jusqu'à 0 °C. Elle reste ensuite bloquée à 0 °C pendant toute la durée de la solidification, puis, une fois toute l'eau transformée en glace, la température continue de descendre jusqu'à celle du congélateur (souvent −18 °C).
2.2 Chaque corps a sa propre température de fusion
La valeur 0 °C n'est vraie que pour l'eau. Chaque substance a sa propre température de fusion, qui la caractérise.
| Corps pur | Température de fusion |
|---|---|
| Eau | 0 °C |
| Beurre de karité | environ 35 °C |
| Cire de bougie | environ 60 °C |
| Fer | 1 538 °C |
Un bloc de beurre de karité laissé au soleil, à Bamako, commence à fondre vers 35 °C : ce n'est pas un hasard, c'est sa température de fusion caractéristique, qui permet justement de le distinguer d'un autre corps gras comme la cire.
En 1742, l'astronome suédois Anders Celsius propose une échelle de température fondée sur deux points fixes faciles à reproduire partout dans le monde : la fusion de la glace et l'ébullition de l'eau. Dans sa version originale, il fixait même 100° pour la fusion de la glace et 0° pour l'ébullition ! C'est après sa mort, en 1745, que l'échelle est inversée dans le sens que nous utilisons aujourd'hui : 0 °C pour la glace fondante, 100 °C pour l'eau bouillante.
3Vaporisation : évaporation et ébullition
La vaporisation est le passage de l'eau liquide à l'eau gazeuse. Mais attention : il existe en réalité deux façons bien différentes de vaporiser de l'eau, et il ne faut pas les confondre.
- L'évaporation : vaporisation lente, qui a lieu uniquement à la surface du liquide, à n'importe quelle température, même froide.
- L'ébullition : vaporisation rapide et bruyante, qui a lieu dans toute la masse du liquide (des bulles se forment jusqu'au fond), à une température bien précise et constante.
Sous la pression atmosphérique normale, l'eau liquide bout à :
Comme pour la fusion, cette température reste constante tant que dure l'ébullition, même si l'on continue de chauffer fort.
3.1 L'évaporation et ses quatre facteurs
Un linge mouillé étendu dehors sèche sans jamais bouillir : l'eau qu'il contient s'évapore tout simplement, à température ambiante. La vitesse de cette évaporation dépend de quatre facteurs.
| Facteur | L'évaporation est plus rapide si… |
|---|---|
| Température | l'air est chaud |
| Vent | il y a du vent (il chasse l'air déjà humide) |
| Surface | le liquide est étalé sur une grande surface |
| Humidité de l'air | l'air est sec (faible humidité) |
À Abidjan, en pleine saison sèche, un pagne étendu au vent et en plein soleil sèche en moins d'une heure : température élevée, vent, air sec, et grande surface étalée réunissent les quatre facteurs favorables. Le même pagne, plié en boule à l'ombre un jour humide de saison des pluies, mettra plusieurs heures à sécher.
À Ndjamena comme dans de nombreuses régions d'Afrique, on conserve l'eau de boisson dans un canari, une jarre en argile poreuse. L'eau traverse lentement les parois et s'évapore à l'extérieur. Or, une évaporation consomme de l'énergie, qu'elle prend à l'eau restée à l'intérieur : celle-ci se refroidit donc naturellement, sans électricité !
Les jarres poreuses utilisées pour rafraîchir l'eau sont attestées en Égypte ancienne dès plus de 2 500 ans avant notre ère, et la technique s'est répandue dans toute l'Afrique et au Moyen-Orient. Le même principe physique refroidit ton corps quand tu transpires : la sueur s'évapore sur ta peau et absorbe de la chaleur, ce qui te rafraîchit.
3.2 L'ébullition
Quand tu fais chauffer de l'eau dans une marmite, sa température monte régulièrement jusqu'à 100 °C. À partir de ce moment, des bulles de vapeur naissent dans toute la masse du liquide et remontent à la surface : c'est l'ébullition. Même en augmentant la puissance du feu, la température de l'eau reste bloquée à 100 °C tant qu'il reste du liquide ; seule la vitesse de formation des bulles augmente.
Le petit « nuage blanc » qui s'échappe d'une casserole d'eau bouillante n'est pas la vapeur d'eau elle-même (elle est invisible), mais un brouillard de fines gouttelettes liquides : la vapeur, en sortant, se refroidit au contact de l'air et se liquéfie aussitôt. Tu étudies ce phénomène dans la section suivante.
4Liquéfaction et condensation
La liquéfaction et la sublimation inverse (condensation solide) sont les deux changements d'état où un gaz — ici la vapeur d'eau contenue dans l'air — redevient visible.
La liquéfaction est le passage de l'état gazeux à l'état liquide : la vapeur d'eau invisible de l'air se change en fines gouttes d'eau liquide, dès qu'elle rencontre une paroi suffisamment froide.
Quand tu sors une boisson fraîche du réfrigérateur, des gouttes d'eau apparaissent très vite sur les parois froides du verre : ce n'est pas le verre qui « transpire », c'est la vapeur d'eau contenue dans l'air ambiant qui se liquéfie au contact du verre froid. Le même phénomène couvre de buée le miroir de la salle de bain après une douche chaude.
Au petit matin, l'herbe est souvent couverte de rosée : le sol s'est refroidi pendant la nuit, et la vapeur d'eau de l'air s'y liquéfie en minuscules gouttes. En altitude, le même phénomène forme les nuages : l'air chargé de vapeur d'eau se refroidit en montant, et la vapeur se liquéfie en gouttelettes microscopiques en suspension.
Quand l'air très humide rencontre une surface glacée (une vitre de voiture par une nuit d'hiver, par exemple), la vapeur d'eau peut se transformer directement en petits cristaux de glace, sans passer par l'étape liquide : c'est la condensation solide, l'inverse exact de la sublimation vue en section 1.
Dans la vie de tous les jours, on dit souvent « il y a de la condensation sur la vitre » pour désigner de simples gouttes d'eau : c'est en réalité une liquéfaction. En sciences, le mot « condensation » tout seul est ambigu ; précise toujours s'il s'agit de condensation liquide (= liquéfaction) ou de condensation solide (= givre).
5Palier de température
Tu as rencontré à deux reprises la même idée : pendant un changement d'état, la température ne bouge pas. C'est une loi générale, qu'on peut observer très précisément en traçant une courbe de température en fonction du temps.
Un palier de température est la portion horizontale d'une courbe de chauffe (ou de refroidissement), pendant laquelle la température reste constante alors que le corps continue de recevoir (ou de perdre) de l'énergie. Un palier correspond toujours à un changement d'état en train de se produire.
Sur une courbe température-temps, repère d'abord les portions obliques (la température varie : un seul état, qui se réchauffe ou se refroidit) puis les portions horizontales (un palier : changement d'état en cours). La valeur du palier donne la température caractéristique du changement d'état ; sa longueur sur l'axe des temps donne sa durée.
- de à : passe de à la glace, seule, se réchauffe
- de à : constantepalier : la fusion a lieu, durée min
- de à : passe de à l'eau, désormais liquide, se réchauffe
La durée d'un palier n'est pas une valeur fixée par la nature : elle dépend de la quantité d'eau et de la puissance de chauffage. En revanche, la température du palier (0 °C pour la fusion, 100 °C pour l'ébullition, sous pression atmosphérique normale) est, elle, toujours la même pour l'eau.
6Conservation de la masse et variation du volume
Un glaçon qui fond, une flaque qui s'évapore : on a l'impression que la matière « disparaît ». Il n'en est rien. Deux grandeurs se comportent très différemment pendant un changement d'état : la masse, elle, ne bouge jamais ; le volume, lui, peut changer.
Au cours d'un changement d'état, la masse totale de l'eau ne change pas :
La glace, l'eau liquide et la vapeur d'eau issues d'une même quantité d'eau ont exactement la même masse, même si leur volume et leur aspect sont très différents.
C'est encore Antoine Lavoisier qui, vers 1774, énonce la loi de conservation de la masse en pesant très précisément les réactifs et les produits de ses expériences : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. » Cette loi, vraie pour les réactions chimiques, l'est tout autant pour les simples changements d'état.
6.1 Le volume, lui, peut varier
Contrairement à la masse, le volume occupé par une même quantité d'eau change selon son état. Le cas de l'eau est même assez particulier : en gelant, elle augmente de volume (d'environ 9 %), alors que la plupart des autres liquides, eux, se contractent en se solidifiant.
C'est justement parce que la glace occupe plus de volume que l'eau liquide qu'elle est moins dense : les glaçons flottent dans un verre d'eau, et les icebergs flottent sur l'océan, au lieu de couler !
Une bouteille d'eau minérale, remplie jusqu'au bouchon puis oubliée au congélateur, se fend souvent pendant la nuit. La masse d'eau à l'intérieur n'a pourtant pas changé : c'est uniquement le volume qui a augmenté en devenant glace, et la bouteille rigide n'a pas pu s'agrandir pour laisser la place.
Face à un changement d'état, pose-toi toujours deux questions séparées : « la masse a-t-elle changé ? » (réponse : jamais) et « le volume a-t-il changé ? » (réponse : cela dépend du changement d'état et du corps étudié).
7Cycle de l'eau
À l'échelle de toute la planète, les changements d'état que tu viens d'étudier se combinent pour former un immense circuit sans fin : le cycle de l'eau. Grâce à lui, la même eau voyage sans cesse entre les océans, l'atmosphère et les continents, depuis des milliards d'années.
Le cycle de l'eau est le trajet continu de l'eau sur Terre, entraîné par l'énergie du Soleil, qui enchaîne évaporation, condensation, précipitations, ruissellement et infiltration.
Une goutte d'eau de l'océan Atlantique s'évapore un matin. Portée par les vents, elle rejoint un nuage au-dessus du Fouta-Djalon, en Guinée. Refroidie en altitude, elle retombe en pluie sur les hauteurs : c'est la source du fleuve Niger. Elle ruisselle ensuite, rejoint le fleuve, traverse plusieurs pays, avant de retourner à l'océan des milliers de kilomètres plus loin. Le voyage peut recommencer.
Pendant longtemps, on a cru que les fleuves étaient alimentés par des réserves d'eau souterraines sans lien avec la pluie. En 1674, l'ingénieur français Pierre Perrault mesure pendant trois ans les précipitations tombées sur tout le bassin de la Seine, puis les compare au débit du fleuve. Il montre que la pluie apporte largement assez d'eau pour expliquer le débit du fleuve : c'est la première preuve scientifique, chiffrée, du cycle de l'eau tel que nous le comprenons aujourd'hui.
Ce grand cycle explique aussi les saisons que tu connais bien : en Afrique de l'Ouest et centrale, la saison des pluies correspond à une intensification locale du cycle (plus de nuages, plus de précipitations), tandis que la saison sèche correspond à une évaporation qui l'emporte largement sur les précipitations.
Fiche mémo
- Trois états de l'eau : solide (glace), liquide (eau), gazeux (vapeur d'eau, invisible).
- Six changements d'état : fusion (S→L), solidification (L→S), vaporisation (L→G), liquéfaction (G→L), sublimation (S→G), condensation solide (G→S).
- Fusion / solidification de l'eau : , sous pression atmosphérique normale.
- Ébullition de l'eau : , sous pression atmosphérique normale.
- Évaporation : lente, en surface, à toute température. Ébullition : rapide, dans toute la masse, à température fixe.
- 4 facteurs de l'évaporation : température, vent, surface d'échange, humidité de l'air.
- Un palier de température = portion horizontale d'une courbe = changement d'état en cours.
- Pendant un changement d'état, la température reste constante, même si le chauffage continue.
- La masse se conserve toujours : .
- Le volume, lui, peut varier : l'eau augmente de volume d'environ 9 % en gelant (cas particulier).
- Le cycle de l'eau : évaporation → condensation (nuages) → précipitations → ruissellement / infiltration → retour à l'océan.
8Exercices corrigés
Indique le nom du changement d'état pour chaque situation : a. un glaçon fond dans un verre ; b. une flaque d'eau disparaît doucement au soleil ; c. de la buée apparaît sur une vitre froide ; d. l'eau d'un bac à glaçons devient solide au congélateur ; e. du givre se dépose sur un pare-brise une nuit froide ; f. une casserole d'eau se met à bouillir.
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a. fusion (solide → liquide). b. évaporation, une forme de vaporisation (liquide → gaz). c. liquéfaction (gaz → liquide). d. solidification (liquide → solide). e. condensation solide (gaz → solide). f. ébullition, une forme de vaporisation (liquide → gaz).
Recopie et complète ce tableau avec « oui » ou « non ».
| État | Forme propre ? | Volume propre ? |
|---|---|---|
| Solide | … | … |
| Liquide | … | … |
| Gazeux | … | … |
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| État | Forme propre ? | Volume propre ? |
|---|---|---|
| Solide | oui | oui |
| Liquide | non | oui |
| Gazeux | non | non |
Vrai ou faux ? Justifie chaque réponse en une phrase. a. La glace fond toujours à 0 °C, sous pression atmosphérique normale. b. Pendant l'ébullition, plus on chauffe fort, plus la température de l'eau monte. c. La vapeur d'eau contenue dans l'air est visible. d. La masse d'un glaçon change quand il fond. e. L'évaporation peut se produire à température ambiante.
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a. Vrai : c'est la température de fusion caractéristique de l'eau. b. Faux : la température reste bloquée à 100 °C tant qu'il reste du liquide ; seule la vitesse de formation des bulles augmente. c. Faux : la vapeur d'eau, comme tout gaz, est invisible. d. Faux : la masse se conserve toujours pendant un changement d'état. e. Vrai : contrairement à l'ébullition, l'évaporation a lieu à n'importe quelle température.
Un thermomètre plongé dans un mélange eau-glace indique 0 °C. On le plonge ensuite dans une casserole d'eau bouillante : il indique 100 °C. Calcule la variation de température entre les deux mesures.
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Associe chaque nom de changement d'état à sa définition : 1. sublimation — 2. vaporisation — 3. liquéfaction — 4. solidification. A. passage direct du solide au gaz. B. passage du liquide au gaz. C. passage du liquide au solide. D. passage du gaz au liquide.
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1-A (sublimation = solide → gaz direct) ; 2-B (vaporisation = liquide → gaz) ; 3-D (liquéfaction = gaz → liquide) ; 4-C (solidification = liquide → solide).
On refroidit de l'eau liquide et on relève sa température toutes les 2 minutes.
| t (min) | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| θ (°C) | 20 | 14 | 7 | 0 | 0 | 0 | 0 | −4 |
- Quel est l'état initial de l'eau ? Et son état final ?
- Identifie le palier : sa valeur, son début, sa fin, sa durée.
- Nomme le changement d'état correspondant à ce palier.
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1. À , : l'eau est liquide. À , : l'eau est solide (de la glace).
2. Le palier a lieu à , de à .
- durée
- min
3. L'eau passe de l'état liquide à l'état solide : c'est une solidification.
Un bloc de glace de masse g fond entièrement. 1. Quelle masse d'eau liquide obtient-on ? 2. On fait ensuite bouillir cette eau jusqu'à évaporation totale. Quelle masse de vapeur d'eau obtient-on ?
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La masse se conserve à chaque changement d'état.
- g
- g
La masse totale d'eau reste g, qu'elle soit solide, liquide ou gazeuse.
Quatre tee-shirts identiques et mouillés sont mis à sécher : A. en boule, à l'ombre, sans vent ; B. étendu, au soleil, avec du vent ; C. étendu, à l'ombre, sans vent ; D. étendu, au soleil, sans vent. Classe-les du séchage le plus rapide au plus lent, et justifie avec les facteurs de l'évaporation.
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Les quatre facteurs qui accélèrent l'évaporation sont : température élevée, vent, grande surface étalée, air sec.
Classement du plus rapide au plus lent : B (étendu + soleil + vent : les trois facteurs favorables réunis) > D (étendu + soleil, mais pas de vent) > C (étendu mais à l'ombre, sans vent : ni chaleur ni vent) > A (en boule à l'ombre : ni surface, ni chaleur, ni vent — le plus lent).
On chauffe régulièrement un bloc de glace initialement à −20 °C. Voici les mesures :
| t (min) | 0 | 4 | 8 | 12 | 16 | 20 | 24 | 28 | 32 | 36 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| θ (°C) | −20 | −10 | 0 | 0 | 0 | 25 | 60 | 100 | 100 | 100 |
- Identifie les deux paliers (valeur, début, fin, durée) et nomme le changement d'état de chacun.
- Dans quel état se trouve l'eau entre et ?
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1. Premier palier : , de à , soit une durée de min → c'est la fusion (la glace devient liquide). Second palier : , de à , soit une durée de min → c'est l'ébullition (l'eau liquide se vaporise).
2. Entre (fin de la fusion) et , toute l'eau est déjà passée à l'état liquide et sa température monte de à : elle est donc entièrement liquide.
Une marmite d'eau bout sur le feu, à 100 °C. Un cuisinier augmente la puissance du feu.
- La température de l'eau va-t-elle dépasser 100 °C ? Où passe alors l'énergie supplémentaire apportée par le feu ?
- Un randonneur au sommet d'une haute montagne (comme le Kilimandjaro) remarque que son eau se met à bouillir avant que le thermomètre n'affiche 100 °C, et que ses pâtes cuisent mal. Comment peux-tu expliquer cette observation ?
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1. Non : tant qu'il reste de l'eau liquide, la température reste bloquée à (sous pression atmosphérique normale). L'énergie supplémentaire ne sert pas à chauffer davantage l'eau : elle sert à vaporiser le liquide plus vite (davantage de bulles, ébullition plus violente).
2. La température d'ébullition dépend de la pression de l'air. En altitude, la pression atmosphérique est plus faible qu'au niveau de la mer : l'eau y bout donc à une température inférieure à (parfois seulement - en très haute montagne). L'eau « bout » plus tôt, mais elle est alors moins chaude : c'est pour cela que les aliments y cuisent plus lentement.
Une bouteille d'eau minérale, remplie à ras bord et bien fermée, est oubliée toute une nuit dans un congélateur. Le matin, elle est fendue et un peu d'eau a coulé autour du bouchon.
- La masse d'eau contenue dans la bouteille a-t-elle changé entre le soir et le matin ? Justifie.
- Explique pourquoi la bouteille s'est pourtant fendue.
- Propose une façon simple d'éviter que cela se reproduise.
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1. Non, la masse d'eau n'a pas changé : la masse se conserve toujours pendant un changement d'état, ici une solidification.
2. C'est le volume, et non la masse, qui a changé : en gelant, l'eau augmente de volume d'environ 9 %. La bouteille, fermée et déjà pleine, ne pouvait pas s'agrandir : la pression exercée par la glace en expansion a fini par la fendre.
3. Il suffit de ne pas remplir complètement la bouteille avant de la placer au congélateur, afin de laisser un espace vide (une « poche d'air ») qui pourra accueillir l'augmentation de volume de la glace.
Un élève affirme : « Quand l'eau bout dans une casserole, on voit la vapeur d'eau sortir sous forme de fumée blanche. » 1. Pourquoi ne peut-on pas voir la vapeur d'eau elle-même ? 2. Que sont réellement ces petites gouttes blanches visibles au-dessus de la casserole ? 3. Par quel changement d'état sont-elles apparues, entre la sortie de la casserole et le moment où on les observe ?
Voir le corrigé détaillé
1. La vapeur d'eau est un gaz : comme tous les gaz, elle est totalement transparente et invisible, exactement comme l'air qui nous entoure.
2. Le nuage blanc que l'on observe est un brouillard de minuscules gouttelettes d'eau liquide en suspension dans l'air, et non de la vapeur d'eau.
3. En sortant de la casserole, la vapeur d'eau (invisible, très chaude) rencontre l'air ambiant, plus froid : elle se liquéfie aussitôt en fines gouttelettes, ce qui la rend visible. L'affirmation de l'élève est donc incorrecte : ce n'est pas de la vapeur qu'on voit, mais déjà de l'eau liquide.
Le canari de Fatimé (Ndjamena). Fatimé achète un canari (jarre en argile poreuse) à FCFA pour garder son eau de boisson fraîche. Elle hésitait avec un petit réfrigérateur d'appoint qui consommerait environ FCFA d'électricité par jour.
- Par quel changement d'état le canari rafraîchit-il l'eau ? Explique le principe.
- Cite deux facteurs qui rendraient ce rafraîchissement plus efficace pendant la saison sèche à Ndjamena.
- Calcule le coût d'un mois (30 jours) d'utilisation du petit réfrigérateur, et compare-le au prix d'achat, une seule fois, du canari.
Voir le corrigé détaillé
1. L'eau traverse lentement les parois poreuses du canari et s'évapore à l'extérieur. Cette évaporation consomme de l'énergie, prélevée sur l'eau restée à l'intérieur, qui se refroidit ainsi naturellement.
2. La saison sèche apporte un air sec (peu d'humidité) et souvent du vent : deux des quatre facteurs qui accélèrent l'évaporation, donc le rafraîchissement.
3.
- coût du réfrigérateur sur 30 jours
- FCFA
- coût du canari (achat unique) FCFA
Le canari, payé une seule fois FCFA, revient bien moins cher que le petit réfrigérateur, qui coûterait déjà FCFA rien que pour son premier mois de fonctionnement.
La marchande de glace pilée (Dakar). Aminata vend des boissons fraîches à Dakar. Chaque jour, elle a besoin d'au moins kg de glace. Le fabricant vend des blocs de kg à FCFA le bloc.
- Combien de blocs entiers Aminata doit-elle acheter au minimum ?
- Calcule le coût total de son achat.
- En fin de journée, toute la glace achetée a fondu. Quelle masse d'eau liquide obtient-on ?
Voir le corrigé détaillé
- nombre de blocs nécessaires
- il faut blocs entierson arrondit toujours au bloc entier supérieur
2.
- coût total
- FCFA
3. La masse se conserve pendant la fusion :
- kg
Le séchage du linge (Abidjan). Dans une blanchisserie d'Abidjan, un tee-shirt mouillé sèche en minutes en pleine saison sèche (soleil, vent), contre heures en saison des pluies (air humide, peu de vent).
- Quel est le phénomène physique responsable du séchage du linge ?
- Cite deux facteurs qui expliquent que le séchage soit plus long en saison des pluies.
- Convertis les deux durées en minutes, puis calcule combien de fois plus long est le séchage en saison des pluies.
Voir le corrigé détaillé
1. C'est l'évaporation de l'eau contenue dans le tissu, à température ambiante.
2. En saison des pluies, l'air est plus humide (donc déjà chargé de vapeur d'eau) et il y a moins de vent : deux facteurs défavorables à l'évaporation.
3.
- min
- rapport
Le séchage est donc fois plus long en saison des pluies qu'en saison sèche.
Bouteilles fendues (Bamako). Un vendeur d'eau minérale de Bamako range par erreur bouteilles de L, vendues FCFA chacune, dans un congélateur bien trop froid. Au matin, bouteilles se sont fendues et sont invendables.
- Explique la cause physique de cet incident.
- Calcule la perte financière totale du vendeur.
- Calcule le pourcentage de bouteilles perdues sur l'ensemble du stock.
Voir le corrigé détaillé
1. En gelant, l'eau augmente de volume d'environ . Les bouteilles, fermées et pleines, ne pouvaient pas s'agrandir : la glace en expansion a fait éclater certaines d'entre elles.
2.
- perte
- FCFA
3.
- pourcentage
Le vendeur a perdu FCFA, soit de son stock de bouteilles stockées ce soir-là.