Objectifs

Voici les objectifs de cette leçon :

  • Prendre conscience que la glace et la vapeur d’eau restent de l’eau qui se présente sous différents états ;
  • En déduire que l’eau est une matière qui peut se présenter à l’état solide, liquide ou gazeux ;
  • Comprendre que c’est la température qui permet de passer d’un état à l’autre. Utiliser à bon escient et commencer à retenir les termes : liquéfaction, évaporation, condensation, évaporation, sublimation ;
  • Élargir aux autres matières et comprendre que toutes les matières peuvent se présenter dans ces trois états et passer de l’un à l’autre en fonction de températures qui sont à déterminer pour chacune.

Pouvez-vous sauter aussi haut que ce geyser ? On trouve de l'eau à l'état gazeux partout autour de nous : dans l'air. En effet, c'est cette fameuse vapeur d'eau. La Terre rejette parfois elle aussi de l'eau sous forme gazeuse : c'est le cas des geysers comme celui ci-dessus.

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Le cycle de l'eau

Le cycle de l'eau est le processus selon lequel l'eau se déplace entre différents endroits, tout en changeant de forme et d'état.

On parle de cycle puisque il n'y a aucune perte, la quantité d'eau qui entre dans ce processus reste toujours la même, elle subit juste des modifications d'états.

C'est un cycle biogéochimique.

Cycle biogéochimie : les cycles biogéochimiques concernent le cycle des éléments chimiques nécessaires à la manifestation et au déploiement de la vie. Les éléments chimiques sont stockés dans des réservoirs qui sont :

  • L’atmosphère ;
  • L'hydrosphère et les éléments qui s'y forment ;
  • Les sols et les roches de la lithosphère ;
  • La biosphère.

Le cycle de l'eau se distingue néanmoins des autres cycles biogéochimiques par deux caractéristiques : la molécule d'eau ne subit aucune transformation au cours de son cycle et les êtres-vivants y interviennent très peu.

Les changements d'états

Il existe en tout 6 changements d'états possibles pour l'eau. Ce sont les six transformations fondamentales qui interviennent en chimie.

La fusion

La fusion intervient lorsque de la glace fond. Par exemple, un glaçon dans un verre d'eau. Il s'agit donc du passage de l'état solide à l'état liquide.

La vaporisation

La vaporisation est le passage de l'état liquide à l'état gazeux. Même si le nom est proche, cela n'a aucun rapport avec le fait de projeter de l'eau avec un vaporisateur.
La vaporisation a lieu lorsqu'on laisse évaporer de l'eau au soleil ou quand on la porte à ébullition.

La liquéfaction

Il s'agit de la transformation inverse de la vaporisation. Elle intervient quand de la vapeur d'eau se transforme en eau liquide.
La liquéfaction a lieu soit par compression : la pression qui augmente rends l'eau gazeuse liquide ou par refroidissement et dans ce cas le gaz refroidit pour devenir liquide, c'est la condensation.

La solidification

La solidification est le phénomène durant lequel l'eau liquide devient solide. Cela se produit quand elle gèle, on parle alors de congélation. L'eau se met à se solidifier une fois qu'elle descend en dessous de 0° C.
L'eau peut aussi se solidifier en cas de cristallisation ou d'augmentation de la pression.

La sublimation

La sublimation intervient quand l'eau passe directement de l'état solide à l'état gazeux. Cela fait que la glace devient vapeur sans même passer par les étapes habituelles de fusion et de vaporisation.

Cela peut arriver lorsque de l'eau très chaude entre en contact avec de l'air très froid. Elle part alors en fumée blanche (de la vapeur d'eau).

La condensation solide

La condensation solide est le phénomène qui se produit lorsque de l'eau sous forme de vapeur vient toucher une surface très froide. Par exemple, si l'on souffle sur une vitre gelée, la vapeur d'eau contenue dans notre respiration gèlera instantanément en se transformant en eau solide.

Les différents états de l'eau

Est-il possible de se baigner dans l'océan Arctique ? De très grandes quantités de glace sur la Terre sont concentrées au pôles. Que ce soit sur la banquise ou sur les iceberg comme vu au dessus, il s'agit d'eau douce qui a gelé et s'est transformée en glace à l'état solide. En effet, lorsque l'eau salée gèle, elle se séparer de son sel.

L'eau peut se trouver sous ses 3 états à la surface de la Terre. En effet, elle est liquide dans nos rivières et lorsqu'on la boit, gazeuse dans l'air que nous respirons et dans la vapeur d'eau et pour finir solide sur les glaciers ou dans les glaçons.

Les précipitations et leurs états

Toutes les précipitations que nous subissons à la surface de la Terre ne présentent pas d'états identiques. En effet, dans certains cas il s'agit de précipitations solides et dans d'autres il s'agit de précipitations liquides.

La pluie

C'est un phénomène qui se forme à partir des gouttelettes contenues dans les nuages ou des cristaux de glaces qui ne sont pas assez froids pour rester congelés lors de leur chute.
Il existe plusieurs formes de pluies : la bruine qui est caractérisée quand les gouttes d'eau mesurent moins de 1,5 mm ; la pluie verglaçante qui se forme quand les conditions de pression et température du sol sont inférieures au point de congélation alors que ce n'était pas le cas dans l'atmosphère.

La grêle

Elle est représentée par des billes de glace mesurant de 5 à 50 mm même si parfois ces billes, appelées grêlons, peuvent atteindre la taille d'une balle de tennis. Leur vitesse de chute monte jusqu'à 160 km/h, ce qui cause de nombreux dégâts.

La neige

Les conditions pour l’apparition de neige sont très particulières. De la vapeur se transforme en cristaux de glace et ces derniers doivent s'assembler rapidement pour former des flocons. Ce procédé à lieu à des températures qui permettent d'éviter la fonte du flocon durant sa chute. En moyenne, il neige entre -3°C et 3°C.

Le grésil

Il est composé de grêlons qui sont devenus liquides durant leur chute mais se remettent à geler une fois entrés dans la masse d'air froide inférieure à 0°C. Son cœur reste donc liquide et son enveloppe solide.

Voici un tableau récapitulatif des états de l'eau dans les précipitations que nous subissons.

Type de précipitationEtat de l'eau
PluieLiquide
NeigeSolide
GrêleSolide
GrésilSolide

L'eau solide

L'eau atteint son état solide lorsque la température atteint ou descend les 0° C. Les molécules adoptent donc une structure cristalline.

L'eau liquide

On peut trouver de l'eau liquides dans les conditions climatiques habituelles de nos environnements de vie. En effet, sous pression atmosphérique normale de 1 bar et entre 0° C et 100° C, l'eau prend sa forme liquide. Elle adopte alors uns structure plus désordonnée et prends moins de place. C'est pourquoi l'eau gelée occupe plus de place que l'eau liquide.

L'eau gazeuse

La majorité de l'eau gazeuse est celle que nous respirons dans l'air. A pression normale de 1 bar et une fois passé la barre des 100° C, l'eau devient gazeuse et l'on parle alors de vapeur d'eau. C'est aussi l'état de l'eau qui s'évapore (au dessus des lacs, rivières ou océans). Les molécules d'eau sont dans leur état le plus agité lorsqu'elles sont gazeuses. L'attraction terrestre s'exerce alors moins dessus et permet au gaz de expanser.

Répartition de l'eau à la surface de la terre

L’eau est l’élément le plus répandu sur la planète mais aussi le constituant le plus important des êtres-vivants.
L'Homme est en effet lui-même constitué de 70% d'eau).

97,5% de l'eau présente sur Terre est salée. Elle constitue donc les océans et les mers de notre planète. Au niveau des hémisphères, celui du nord comporte moins d'eau que celui du sud et toutes les étendues salées de ces deux hémisphères représentent 1350 millions de km3. Ils recouvrent donc les deux tiers de la planète.

Le reste de l'eau disponible sur Terre est de l'eau douce. Parmi ces dernières, 2,59% sont immobilisées par les eaux souterraines ou sous forme de glace (eau non directement disponible pour les êtres-vivants). Les 0,1% restants représentent l'eau de surface et l'eau d'humidité du sol, ces dernières étant accessible des être-vivants.

Le plus grand réservoir d'eau douce au monde est le lac Baïkal. Il se situe en Sibérie et représente 1/5 du réservoir mondial avec une profondeur plus de 1600 mètres !

Eau utilisable par l'Homme

Malheureusement, seuls 0,007% de l'eau hydrosphérique sont utilisables par l'Homme.

Ils sont constitués de ces réservoirs :

  • Cours d'eau ;
  • Lacs ;
  • Nappes de sub-surface.

Le reste n'est pas facilement exploitable ou alors demanderait des coûts de forage trop élevés.

Savez-vous faire du surf ? La majorité de l'eau liquide présente sur Terre se trouve dans les océans. Elle représente 70% de notre planète. Cependant, nous ne pouvons même pas boire 10% de cette eau car elle est salée et son adoucissement coûte bien trop cher.

Les effets des changements d'états de l'eau

Les changements d'états de l'eau peuvent avoir des conséquences sur notre vie, de manière visible ou invisible.

Lorsqu'il gèle l'hiver, l'eau infiltrée un peu partout se solidifie et prend alors plus de place. C'est pour cela qu'elle fait éclater les roches ou fissurer les murs et les sols. Cela cause aussi de nombreux dégâts sur les routes.

Dans l'industrie nucléaire, les centrales nucléaires utilisent la vapeur de l'eau chauffée par les réactions nucléaires de l'uranium afin de faire tourner de grosses turbines. Sans cette eau, les centrales ne seraient plus refroidies et le cœur des réacteurs pourrait entrer en fusion.

Les changements climatiques qui interviennent au quotidien peuvent changer les états de l'eau qui nous entoure. C'est pourquoi on peut tomber malade si l'air est humide car trop chargé en vapeur d'eau.

Bibliographie

Voici quelques ouvrages qui vous permettront d'en savoir plus sur l'eau et ses états. Ils pourront aussi vous être utiles dans votre scolarité.

« Mes super expériences »(Science et vie découvertes) Tana éditions trouvé chez Nature et découverte

« Résoudre des problèmes scientifiques et technologiques au préscolaire et au primaire » de Marcel Thouin, aux éditions Multimondes

Site « La main à la pâte » (Les états de l’eau, cycle 2)

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.