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L'eau dans tous ses états

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Objectifs
  • Décrire les états de la matière à l’échelle macroscopique.
  • Comprendre que l’état physique d’un échantillon de matière dépend de conditions externes, notamment de sa température.
Points clés
  • L’eau est présente partout dans notre environnement.
  • On la trouve sous 3 formes :
    • Liquide
    • Solide
    • Gaz
  • C’est la température qui permet à l’eau de passer d’un état à un autre.
  • Quand la température descend au-dessous de 0°C, l’eau liquide se transforme en glace et si la température remonte au-dessus de 0°C, la glace se transforme en eau liquide.
  • Il en va de même pour le passage à l’état gazeux : plus la température augmente, plus l’eau s’évapore vite pour devenir un gaz, la vapeur d’eau. Cette transformation est très rapide si on fait bouillir l’eau à 100°C.
  • Le changement d’état de l’eau entraine un changement de volume, c'est-à-dire que quand l’eau se transforme en glace, elle occupe un volume plus important. Toutefois, la masse ne change pas.
1. Les trois états de l'eau

L’eau est une matière que nous utilisons tous les jours : pour boire, nous laver, cuisiner, nettoyer.

Nous la rencontrons également sous forme de pluie, de brouillard, etc.

Elle existe sous 3 états différents :

  • Liquide : la pluie, l’eau du robinet, l’eau des mers ou des rivières, le brouillard, la buée.
  • Solide : la glace, la neige, la grêle, le verglas.
  • Gazeux : sous cette forme, l’eau est invisible mais elle est présente quand même dans l’air qui nous entoure.
Zoom sur les 3 états de l'eau
2. Ce qui provoque les changements d'état

L’eau peut changer d’état, c’est à dire passer d’un état à un autre.

Ce sont les conditions extérieures et en particulier la température qui provoquent les changements d’état de l’eau.

a. De l'état liquide à l'état solide

Pour que l’eau passe de l’état liquide à solide, la température doit descendre en dessous de 0°C. C’est la solidification.

b. De l'état solide à l'état liquide

Si la température remonte et redevient supérieure à 0°C, alors l’eau redevient liquide. C’est la fusion.

Ce changement d’état n’est pas instantané, c'est-à-dire qu’il ne se produit pas « d’un seul coup ».

Exemple 
Quand la température descend et atteint 0°C, l’eau ne se transforme pas immédiatement en glace mais il y a un peu de glace et un peu d’eau liquide. Peu à peu, toute l’eau liquide devient de la glace.
c. De l'état liquide à l'état gazeux

Pour que l’eau liquide devienne un gaz (la vapeur d’eau), il faut de la chaleur. C’est l’évaporation.

Exemples 
Si on étend du linge mouillé au soleil, l’eau s’évapore peu à peu à cause de la chaleur du soleil (le vent peut accélérer l’évaporation).
De même, si on pose un verre d’eau près d’un radiateur, après quelques heures, le niveau d’eau dans le verre baisse car l’eau liquide se transforme en vapeur d’eau.

Pour accélérer l’évaporation, il faut faire bouillir l’eau, c'est-à-dire la chauffer à plus de 100°C. À cette température, l’eau liquide se transforme si rapidement en vapeur d’eau qu’on voit les bulles de vapeur d’eau s’échapper de l’eau liquide. L’eau ne disparait donc pas, elle devient de la vapeur d’eau. C’est la vaporisation.


Vaporisation de l'eau
d. De l'état gazeux à l'état liquide

Quand de l’eau à l’état gazeux (vapeur d’eau) rencontre du froid, elle redevient liquide. C’est la liquéfaction.

Exemples 
C’est ce qui se produit quand on souffle sur une vitre froide. L’eau contenue dans l’air chaud que l’on souffle rencontre la paroi froide de la vitre et forme de la buée, c'est-à-dire de l’eau liquide.
Ce phénomène se produit aussi quand la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur est importante, par exemple dans une pièce climatisée en été ou dans une pièce chauffée en hiver.

Le schéma suivant résume ces changements d’état :


Les changements d'état de l'eau
3. Les propriétés de l'eau

Imaginons une expérience : on met de l’eau liquide dans un récipient que l’on place au congélateur. Après quelques heures, on sort ce récipient du congélateur. Qu’observe-t-on ? L’eau s’est transformée en glace, bien sûr. Mais en plus, on notera que le niveau dans le récipient a monté.

Que peut-on en déduire ?

Sous la forme liquide, l’eau occupe une certaine place, « un volume ». Quand elle passe à l’état solide, elle occupe un volume plus important.

Par contre, si cette glace fond, le niveau va de nouveau baisser et revenir au niveau initial.

Quant à la masse, elle ne change pas : si le récipient d’eau liquide pesait 1 kg, il pèsera toujours 1 kg une fois l’eau transformée en glace, même si le niveau est plus haut.

Ce changement de volume est la raison pour laquelle il ne faut pas placer au congélateur une bouteille fermée qui est entièrement remplie, car elle éclatera.

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