Un glaçon oublié sur la table devient une flaque, l’eau de la casserole disparaît peu à peu, la buée se forme sur la vitre froide… À chaque fois, l’eau change de forme sans changer de nature. Ces changements d’état se produisent quand on chauffe ou quand on refroidit, et ils obéissent à des règles précises.
Ce cours est à télécharger en PDF et à imprimer gratuitement : le bouton se trouve en bas de la page, sans inscription.
Ce que l’on observe
Sortons un glaçon du congélateur : il est dur (état solide). Laissé à l’air, il fond et donne de l’eau liquide. Mettons cette eau dans une casserole sur le feu : elle bout et se transforme en vapeur d’eau (état gazeux). Si l’on refroidit la vapeur contre un couvercle froid, on retrouve des gouttes d’eau liquide. L’eau est toujours la même substance : seul son état change.
Le vocabulaire des changements d’état
La fusion est le passage de l’état solide à l’état liquide. La solidification est le passage de l’état liquide à l’état solide. La vaporisation est le passage de l’état liquide à l’état gazeux. La liquéfaction (ou condensation liquide) est le passage de l’état gazeux à l’état liquide.
Lorsqu’on chauffe, l’eau reçoit de l’énergie : fusion, vaporisation. Lorsqu’on refroidit, elle en cède : solidification, liquéfaction.
Fusion et solidification
La glace fond à 0 °C et l’eau liquide se solidifie à 0 °C aussi. Pour l’eau pure, ces deux changements se font à la même température. Pendant que le glaçon fond dans un verre, un mélange d’eau et de glace reste à 0 °C, même si la pièce est chaude, tant qu’il reste de la glace.
Vaporisation, évaporation et ébullition
La vaporisation peut se faire de deux façons. L’évaporation est lente, a lieu à la surface de l’eau et à n’importe quelle température : c’est ainsi que le linge sèche. L’ébullition est rapide et forme des bulles dans tout le liquide : elle se produit à 100 °C pour l’eau, au niveau de la mer.
Le « nuage » blanc au-dessus d’une casserole n’est pas de la vapeur d’eau : la vapeur est invisible. Ce sont de minuscules gouttelettes d’eau liquide, apparues par liquéfaction dans l’air plus frais.
La température pendant un changement d’état
Quand on chauffe de la glace, la température monte, puis elle reste constante pendant toute la fusion : c’est un palier. Elle remonte ensuite jusqu’à l’ébullition, où elle se stabilise à nouveau pour l’eau pure. La courbe ci-dessous montre ces deux paliers.
Masse et volume lors d’un changement d’état
Quand l’eau change d’état, sa masse ne change pas : 200 g de glace donnent 200 g d’eau liquide. En revanche, le volume peut changer. En gelant, l’eau occupe environ 9 % de volume en plus : c’est pourquoi une bouteille pleine, oubliée au congélateur, peut éclater, et pourquoi un glaçon flotte.
On congèle 500 mL d’eau. Le volume augmente de 9 % : 500 × 0,09 = 45 mL en plus. Le volume de glace est 500 + 45 = 545 mL. La masse, elle, reste la même.
Le cycle de l’eau dans la nature
Le Soleil fait évaporer l’eau des mers et des lacs. La vapeur monte, se refroidit et se condense en gouttelettes qui forment les nuages. Elles retombent en pluie ou en neige, ruissellent vers les rivières et la mer : le cycle recommence.
Chauffer = on monte (solide → liquide → gaz). Refroidir = on descend (gaz → liquide → solide). Et 0 °C, 100 °C : les deux températures-clés de l’eau.
L’essentiel à retenir
- Les quatre changements d’état : fusion, solidification, vaporisation, liquéfaction.
- L’eau pure fond et se solidifie à 0 °C, bout à 100 °C (au niveau de la mer).
- Pendant un changement d’état de l’eau pure, la température reste constante : c’est un palier.
- La masse se conserve ; le volume peut changer (la glace occupe environ 9 % de plus).
- La vapeur d’eau est invisible ; la buée est faite de gouttelettes liquides.