États de l'eau - Cours de Physique Chimie avec Maxicours - Collège

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États de l'eau

Objectifs
Au cours de son cycle, l'eau change d'état à de nombreuses reprises, et peut se présenter sous des apparences très diverses.
À quels états les multiples formes de l'eau appartiennent-elles ?
Dans quelles conditions ces dernières apparaissent-t-elles ?
1. Formation de la vapeur d'eau
a. La vapeur d'eau
La vapeur d'eau est l'état gazeux de l'eau. Il s'agit du seul état dans lequel l'eau est invisible. Ainsi, toute forme visible de l'eau (nuage, buée, brouillard, etc.) n'appartient pas à cet état.
La vapeur d’eau est présente dans l'air en proportions variables : on qualifie l'air d'humide s'il contient une proportion élevée de vapeur d'eau, sinon on parle d'air sec.
b. L'évaporation
L'évaporation est la vaporisation à température ambiante de l'eau liquide.
La vapeur d'eau présente dans l'air provient essentiellement de l'évaporation des mers et des océans.
Cependant, l'évaporation se produit aussi au niveau des lacs, rivières, fleuves, etc.

L'évaporation est favorisée :
  • par le rayonnement solaire qui apporte l'énergie nécessaire à ce changement d'état ;
  • par le vent qui balaye la vapeur d'eau surmontant l'eau liquide, laissant ainsi la place disponible pour la formation d'une nouvelle vapeur d'eau.
c. Le rôle de la végétation
L'eau infiltrée dans le sol est également vaporisée grâce aux plantes.
L'évapotranspiration des plantes produit de la vapeur d'eau à partir de l'eau liquide puisée dans le sol.
2. Nuages et précipitations
a. La formation des nuages
Les nuages (doc. 1.) se forment à partir de la vapeur d'eau présente dans l'air.

En s’élevant, la vapeur d’eau rencontre des couches d'air froid au contact desquelles elle se condense en formant de minuscules gouttelettes qui constituent alors un nuage.

Si la couche d'air rencontrée est très froide, l'eau se solidifie pour former des cristaux de glaces.

Un nuage peut donc être constitué de particules liquides ou solides.
 
Doc. 1. Les nuages se forment à partir de la vapeur d'eau.
b. La pluie et la neige
La pluie (doc. 2) et la neige (doc. 3) correspondent respectivement à la chute des gouttes d'eau liquides et des cristaux de glaces solides contenus dans un nuage. La pluie et la neige se produisent lorsque le poids des gouttelettes d’eau ou des cristaux devient trop important.

 

Pluie

Doc. 2. La pluie est constituée de gouttes d'eau. Doc. 3. La neige est constituée de cristaux de glace.
c. La grêle
La grêle se produit lorsqu'un nuage, constitué de gouttelettes, est soumis à des vents ascendants qui le conduisent jusqu'à une couche d'air très froid. Les gouttelettes d'eau liquide se solidifient pour former non pas des cristaux, mais des grains de glace appelés grêlons.

Lorsque la taille de ces grêlons est trop importante, ils tombent. Le diamètre d'un grêlon peut varier de quelques millimètres à plusieurs centimètres.
3. Brume et brouillard
La brume (doc. 4) et le brouillard (doc. 5) se forment d'une manière très proche de celle des nuages. La vapeur d'eau, au contact d'un air froid, se condense pour former des gouttelettes liquides ou se solidifie pour former des cristaux de glace ; leur taille reste suffisamment petite pour leur permettre de rester en suspension dans l’air.

Brume

Doc. 4. La brume résulte de la condensation de la vapeur d'eau. Doc. 5. Les gouttelettes d'eau forment le brouillard.
4. Rosée et givre
a. La rosée
La rosée est composée de gouttelettes d’eau qui se sont formées sur une surface assez froide (sol, végétation, etc.) pour provoquer la condensation de la vapeur d'eau présente dans l'air.

Remarque :
Le même phénomène se produit dans une habitation lorsque la vapeur d'eau (provenant de la respiration humaine, ou de l'ébullition d'eau de cuisson) entre en contact avec des vitres froides :
la vapeur d'eau se condense sur ces vitres en de fines gouttelettes qui forment de la buée.
 
b. Le givre

Le mécanisme de formation du givre est proche de celui de la rosée. Dans ce cas, la température de la surface où se forme le givre est assez basse pour provoquer la solidification de la vapeur d'eau en cristaux de glace.
 

Rosée sur une toile d'araignée

Cristaux de givre sur une vitre

Doc. 6. Les gouttelettes de rosée se déposent sur la toile d'araignée. Doc. 5. Les gouttelettes de vapeur d'eau ont formé du givre sur cette vitre.
c. Titre sous partie
 
5. Récapitulatif des différentes formes de l'eau et de leurs états
Solide Liquide Gaz
glace
glacier
nuage
grêlon
givre
brouillard
brume
neige
verglas
océan
mer
lac
rivière
fleuve
source
nappe phréatique
nuage
rosée
buée
brouillard
brume
pluie
goutte d'eau
vapeur d'eau
Doc. 7. Les différentes formes de l'eau classées selon les états.
L'essentiel
Il existe trois états de l’eau : solide, liquide et gazeux. Seul l'état gazeux de l'eau (vapeur d'eau) est invisible. Si l'eau est visible, elle est donc soit à l'état liquide soit à l'état solide.

Les nuages se forment à partir de la vapeur d'eau qui se condense ou se solidifie. Ils sont constitués de gouttelettes d'eau liquides ou de cristaux de glace solides. Lorsque ces derniers ont une taille trop importante ils tombent : il pleut ou il neige.

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