Les changements d'état physique

1. Les trois états de la matière

La matière peut exister sous trois états physiques :

Une même substance peut passer d'un état à l'autre : l'eau existe sous forme de glace (solide), d'eau liquide et de vapeur d'eau (gaz, invisible). Le passage d'un état à un autre s'appelle un changement d'état.

2. Les six changements d'état

La vaporisation peut se faire de deux façons :

• l'évaporation : elle est lente, se fait à la surface du liquide et à toute température (le linge qui sèche, les flaques qui disparaissent après la pluie). Elle est plus rapide quand il fait chaud, quand l'air est sec et quand il y a du vent : c'est pourquoi le linge sèche vite pendant l'harmattan ;
• l'ébullition : elle est rapide et se fait dans toute la masse du liquide, avec de grosses bulles de vapeur, à une température fixe (100 °C pour l'eau pure à la pression atmosphérique normale).

On retient que la fusion et la vaporisation demandent de recevoir de la chaleur, tandis que la solidification et la liquéfaction se produisent quand la matière perd de la chaleur (on la refroidit).

3. Ce qui change et ce qui ne change pas

Un changement d'état est une transformation physique : la substance reste la même. La glace, l'eau liquide et la vapeur d'eau sont toutes de l'eau.

La masse se conserve. Si on fait fondre 200 g de glace dans un récipient fermé, on obtient 200 g d'eau liquide. Aucune matière n'a disparu ni n'est apparue.

Le volume change. En général, un corps occupe un volume plus grand à l'état liquide qu'à l'état solide. L'eau est une exception : en se solidifiant, son volume augmente (d'environ un dixième). C'est pour cela que la bouteille d'Ibrahima a gonflé au congélateur, et que la glace flotte sur l'eau. À l'état gazeux, le volume devient beaucoup plus grand.

4. La température pendant un changement d'état

Lansana met de la glace pilée à −10 °C dans un bécher, la chauffe doucement et relève la température toutes les minutes.

• De la 0e à la 2e minute, la température monte de −10 °C à 0 °C : c'est de la glace qui se réchauffe.
• De la 2e à la 6e minute, la glace fond et la température reste à 0 °C, tant qu'il reste de la glace : c'est un palier.
• Après la 6e minute, toute la glace a fondu : la température de l'eau liquide monte de nouveau.

Pour un corps pur, la température reste constante pendant tout le changement d'état. Pour l'eau pure, à la pression atmosphérique normale :

• la fusion (et la solidification) se fait à 0 °C ;
• l'ébullition se fait à 100 °C.

Ces températures sont des caractéristiques du corps pur : elles permettent de le reconnaître. Pour un mélange, en général, il n'y a pas de palier net : l'eau salée, par exemple, commence à geler en dessous de 0 °C et la température continue de baisser pendant la solidification.

5. Les changements d'état dans la nature : le cycle de l'eau

L'eau des océans, des fleuves (Niger, Konkouré, Bafing…) et des sols s'évapore sous l'effet du soleil. En montant, la vapeur d'eau se refroidit et se liquéfie en fines gouttelettes qui forment les nuages. Ces gouttelettes grossissent et tombent en pluie : c'est la saison des pluies. L'eau ruisselle, s'infiltre, rejoint les rivières puis la mer, et le cycle recommence. Le Fouta-Djallon, où naissent de nombreux fleuves, est souvent appelé le château d'eau de l'Afrique de l'Ouest.

6. Réponses aux questions d'Ibrahima

Le linge sèche par évaporation, sans bouillir, surtout quand l'air est sec et venté. La bouteille a gonflé parce que l'eau augmente de volume en se solidifiant. La buée est de la vapeur d'eau qui se liquéfie au contact du couvercle froid. Et l'eau ne change pas de nature : un changement d'état est une transformation physique.