L’état de l’eau : schémas et illustrations
L'état de l'eau : schémas et illustrations
L'eau peut être solide, liquide ou gazeuse ; on représente ses changements d'état par un schéma à flèches où chaque flèche porte un nom (fusion, solidification, vaporisation, liquéfaction) et une condition (chauffer ou refroidir).
Objectifs
- Reconnaître les trois états de l'eau et décrire chacun avec des mots simples.
- Nommer les changements d'état et dire s'il faut chauffer ou refroidir.
- Lire et compléter un schéma des changements d'état.
- Connaître les deux températures repères de l'eau pure : \(0\,^{\circ}\mathrm{C}\) et \(100\,^{\circ}\mathrm{C}\).
- Repérer les changements d'état dans des illustrations de la vie courante.
1. Les trois états de l'eau
Notions clés
- État solide (glace) : l'eau a une forme propre, on peut la saisir avec les doigts. Un glaçon garde sa forme, qu'il soit dans un verre ou dans une assiette.
- État liquide (eau) : l'eau n'a pas de forme propre, elle prend la forme du récipient. Au repos, sa surface libre est plane et horizontale. On peut la verser.
- État gazeux (vapeur d'eau) : l'eau est invisible, elle n'a ni forme propre ni surface libre ; elle occupe tout l'espace disponible.
Place chaque état sur le bon récipient. Dans le bocal C, les petits points représentent les particules de vapeur : en vrai, on ne les voit pas.
Fatou verse l'eau d'une bouteille dans une bassine. Que fait l'eau ?
2. Les changements d'état et leur schéma
Notions clés
- Fusion : solide → liquide (on chauffe). La glace fond.
- Solidification : liquide → solide (on refroidit). L'eau gèle.
- Vaporisation : liquide → gaz (on chauffe). Elle se fait lentement par évaporation (le linge qui sèche) ou rapidement par ébullition (l'eau qui bout).
- Liquéfaction (on dit souvent condensation) : gaz → liquide (on refroidit). La buée sur un verre froid.
Étape 1 : en chauffant la glace, elle fond. C'est la fusion : la flèche rouge va du solide vers le liquide.
Étape 2 : en refroidissant l'eau liquide, elle gèle. C'est la solidification : la flèche bleue fait le chemin inverse.
Étape 3 : en chauffant l'eau liquide, elle devient vapeur. C'est la vaporisation, de nouveau une flèche rouge.
Étape 4 : en refroidissant la vapeur, elle redevient liquide. C'est la liquéfaction, flèche bleue.
Exemple résolu : nommer le changement d'état
Le matin à Ouagadougou, Moussa sort une bouteille très froide du réfrigérateur. Quelques minutes plus tard, la bouteille est couverte de petites gouttes. D'où viennent ces gouttes et quel est le nom de ce changement d'état ?
Le pagne mouillé de Aminata sèche au soleil de Niamey. Quel changement d'état se produit ?
Sur le schéma, une flèche part de « LIQUIDE » et arrive à « SOLIDE ». Que faut-il écrire dessus ?
3. Les températures repères de l'eau
Notions clés
- L'eau pure gèle et la glace fond à la même température : \(0\,^{\circ}\mathrm{C}\).
- Dans les conditions habituelles (au niveau de la mer), l'eau pure bout à \(100\,^{\circ}\mathrm{C}\).
- Pendant la fusion ou l'ébullition de l'eau pure, la température reste constante tant que les deux états sont présents : c'est un palier.
- L'évaporation, elle, se fait à toute température : une flaque sèche même s'il fait \(30\,^{\circ}\mathrm{C}\).
Étape 1 : on chauffe de la glace sortie du congélateur, sa température monte jusqu'à 0 °C.
Étape 2 : la glace fond. Tant qu'il reste de la glace, le thermomètre reste bloqué à 0 °C : c'est le palier de fusion.
Étape 3 : quand toute la glace a fondu, la température de l'eau liquide recommence à monter.
Exemple résolu : lire la courbe
Sur la courbe ci-dessus, Ibrahim lit que le palier dure 5 minutes. Que contient le bécher pendant ces 5 minutes, et quelle est sa température ?
Voir la solution
Pendant le palier, le bécher contient à la fois de la glace et de l'eau liquide : la fusion est en cours. La température reste égale à \(0\,^{\circ}\mathrm{C}\) pendant ces 5 minutes. Elle ne remonte que lorsque toute la glace a fondu.
On chauffe de l'eau pure qui bout dans une casserole. Que montre le thermomètre pendant l'ébullition ?
4. Les changements d'état dans la nature : le cycle de l'eau
flowchart LR A[Eau de la mer et des fleuves] -->|evaporation chaleur du Soleil| B[Vapeur d eau dans l air] B -->|liquefaction en altitude il fait froid| C[Nuages de gouttelettes] C -->|pluie| D[Eau qui ruisselle et s infiltre] D -->|retour| A
L'eau ne disparaît jamais : elle circule et change d'état. Le Soleil chauffe (vaporisation), l'altitude refroidit (liquéfaction en gouttelettes qui forment les nuages), puis les gouttes tombent en pluie.
Comment se forment les nuages ?
Erreurs fréquentes
- Confondre la vapeur d'eau (invisible) avec le nuage blanc au-dessus de la marmite (gouttelettes liquides).
- Croire que l'eau disparaît quand elle s'évapore ou que la glace « perd sa masse » en fondant.
- Confondre fusion (solide → liquide) et vaporisation (liquide → gaz) : « fondre » ne veut pas dire « s'évaporer ».
- Penser que l'eau ne s'évapore qu'à \(100\,^{\circ}\mathrm{C}\) : l'évaporation se fait à toute température, l'ébullition à \(100\,^{\circ}\mathrm{C}\).
- Oublier d'écrire sur une flèche du schéma le nom du changement et la condition (chauffer ou refroidir).
Récapitulatif
- Trois états : solide (forme propre), liquide (forme du récipient, surface horizontale), gaz (invisible, occupe tout l'espace).
- Quatre changements : fusion et vaporisation en chauffant ; solidification et liquéfaction en refroidissant.
- Repères de l'eau pure : fusion et solidification à \(0\,^{\circ}\mathrm{C}\), ébullition à \(100\,^{\circ}\mathrm{C}\) ; température constante pendant le changement d'état.
- La masse se conserve lors d'un changement d'état.
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