Les états de la matière

Que faut-il enseigner sur les états de la matière, en sciences, en cycle 2 ?

Caractériser les différents états de la matière

Quelques propriétés des solides, des liquides et des gaz.

Les changements d'état d'un corps pur.

Les changements d'état de l'eau

BO

Les savoirs enseignés

La matière au niveau moléculaire

Les savoirs savants

Le cycle de l'eau

Le cycle de l'eau

Les états de la matière

Informations complémentaires

Identifier les trois états de la matière et observer des changements d'état

Les obstacles pouvant être rencontrés par les élèves

BO

La place du thème dans la scolarité des enfants

En savoir plus

Les savoirs à enseigner

Identifier un changement d'état de l'eau dans un phénomène de la vie quotidienne

Mathématiques

Croisement des enseignements

Enseignements artistiques

Qui suis-je ? Chauchet Amandine, Master M.E.E.F. 1er degré - 1ère année, amandinechauchet@gmail.com Page de présentation et charte de non-plagiat :

Bibliographie / sitographie :

On connait les différents changements d'état :

• Ceux nécessitant un apport d'énergie : fusion, vaporisation, sublimation
• Ceux fournissant de l'énergie : solidification, liquéfaction, condensation
• On connait la différence entre l'évaporation (se produit en surface, phénomène plus lent que la vaporisation, se produit à toute température) et la vaporisation.

On sait que lors d'un changement d'état la masse ne change pas mais le volume peut varier. On sait aussi que la température stagne lors des changements d'état d'un corps pur. C'est ce qu'on appelle un palier de température.

https://physique.neveuj.fr/wp-content/uploads/2017/12/fiche-%C3%A9tats-de-la-mati%C3%A8re.pdf

https://physique.neveuj.fr/wp-content/uploads/2017/12/fiche-%C3%A9tats-de-la-mati%C3%A8re.pdf

À l’aide d’expériences, les élèves découvrent les notions d’état solide, d’état liquide et pour les CE2, d’état gazeux. Cette première approche leur permet d’acquérir du vocabulaire sur les caractéristiques des états solide, liquide, gazeux et ce qui les différencie. Les élèves comprennent donc qu’à l’état solide, la matière peut se transporter avec les mains. Que l’état solide ne signifie pas forcément qu’un objet est dur et solide, qu’il peut être mou. Ils intègrent qu’un solide peut être cassé (papier) et déformable (pâte à modeler).

Ils réalisent qu’un liquide « coule », « s’écoule » et ne peut pas être transporté avec les mains, qu'il a besoin d’un contenant. Ils observent aussi la forme que peut prendre ces différents états, la surface d’un liquide et le volume occupé par la matière à l’état liquide Pour les CE2, l’état gazeux est introduit à partir de la vapeur d'eau. Les élèves savent que la vapeur d'eau présente dans l'air est imperceptible à nos sens. La notion d'air peut aussi être étudiée en mettant en avant son invisibilité, le fait qu'il se trouve tout autour de nous et peut être mis en mouvement.

La matière est constituée de molécules. Les molécules sont des particules invisibles à l'oeil nu.État solide :

• Molécules ordonnées et compactes. Elles sont liées les unes aux autres.

État liquide :

• Configuration compacte : les molécules sont proches les unes des autres.
• Molécules désordonnées et mobiles

État gazeux :

• Molécules dispersées et désordonnées
• Molécules espacées, non liées et très mobiles

État solide

État liquide

https://www.alloprof.qc.ca/fr/eleves/bv/sciences/les-etats-de-la-matiere-solide-liquide-gaz-s1009

État gazeux

https://www.alloprof.qc.ca/fr/eleves/bv/sciences/les-etats-de-la-matiere-solide-liquide-gaz-s1009

À partir du CE2, ils prennent conscience de l'existence de l'air en tant que matière et que celui-ci est invisible et se trouve tout autour de nous. En utilisant la démarche d'investigation, ils comprennent que l'air occupe un volume. Ils découvrent les notions de vapeur d'eau, de vaporisation et comprennent qu'au cours de la vaporisation, l'eau ne disparait pas mais qu'elle est présente dans l'air. En cycle 3, les élèves approfondissent leurs connaissances sur les états de la matière. Ils décrivent ses états et sa constitution à l'échelle macroscopique. Ils travaillent aussi sur la matière sous forme de mélanges. Ils étudient aussi la matière à plus grande échelle (Terre, planètes, Univers).

En cycle 1, les élèves agissent sur la matière et découvrent les effets de leurs actions. À partir du CP, ils identifient quelques caractéristiques des états solide, liquide, et les différencient. À partir du CE1, ils réalisent des expériences mettant en avant les changements d'états de l'eau et intègrent les notions de fusion et de solidification. Ils comparent des mesures de masse, de volume et de température. À travers le cycle de l'eau, ils relient les phénomènes météorologiques observables (nuages, pluie, neige, grêle, glace) aux états liquide et solide de l’eau.

Solide :

• On peut le saisir
• Il a une forme et un volume propre
• Il est incompressible (son volume reste le même)

Liquide :

• Il n'a pas de forme propre mais il a un volume propre

• Il s'adapte au récipient qui le contient et peut couler
• Il est incompressible

Gaz :

• N'a pas de forme et de volume propre
• Est expansible (= occupe tout le volume disponible)
• La vapeur d'eau est compressible

Les élèves pourront avoir des difficultés à se représenter l'état gazeux. Il est donc important de leur proposer des activités permettant de le visualiser (exemple : eau en ébullition, expériences sur l'air en faisant du lien avec le vent) Les élèves ont aussi certaines représentations qui peuvent être différentes du savoir scientifique. C'est pourquoi, il va être nécessaire de les aider à les déconstruire.

Le reste de la pluie :

• Ruissellement (= coule à la surface du sol et rejoint les cours d'eau)
• Infiltrations dans les roches perméables. Absorption par les êtres vivants comme la végétation.
• Nappe d'eau souterraine (roches imperméables)

Nuages : passage des goutelettes d'eau de l'état liquide à l'état solide → la neige. La neige : alimente les glaciers et les calottes glacières. Fonte de la neige et de la glace → eau à l'état liquide.

Le cycle de l'eau résulte des changements d'état de l'eau dans la nature.

• Évaporation (passage de l'eau de l'état liquide à l'état gazeux) de l'eau de surface sous l'action du soleil et du vent.
• La vapeur d'eau passe de l'état gazeux à l'état liquide pour former des nuages. C'est ce qu'on appelle la condensation.
• Les nuages sont constitués de fines gouttelettes d'eau et celles-ci se regroupent pour former de plus grosses goutelettes qui vont retomber sur Terre, c'est la pluie.
• Évaporation d'une partie de la pluie avant qu'elle n'atteigne le sol. Une partie de la pluie est retenue par le feuillage des plantes ou dans des réservoirs construits par les hommes.

https://fondation-lamap.org/sequence-d-activites/le-cycle-de-l-eau-dans-la-nature

Programme du cycle 4

Physique-chimie

Organisation et transformations de la matière

Attendu de fin de cycle :

• Décrire la constitution et les états de la matière

Connaissances et compétences associées

Programme du cycle 2

Questionner le monde

Questionner le monde du vivant, de la matière et des objets :

• Qu'est-ce que la matière ?

Connaissances et compétences associées aux attendus de fin de cycle 2

Ressources

Séquence → Le cycle de l'eau dans la nature, la main à la pâte : https://fondation-lamap.org/sequence-d-activites/le-cycle-de-l-eau-dans-la-nature Séquence → Le cycle de l'eau, gomme et gribouillages

→ Un exercice proposé dans cette séquence

https://www.gommeetgribouillages.fr/CE2/cycledeauce2.pdf

Album : La petite goutte de pluie de Mélanie Joyce

Les élèves vont mesurer la masse et la température de l’eau à l’état solide et liquide avant, pendant et après que le changement d’état s’opère. Ces mesures vont leur permettre d'effectuer des comparaisons. Ils vont aussi comparer le volume de chaque état après solidification, fusion et, pour les CE2, vaporisation. Grâce à ces expériences, ils vont découvrir que lors d'un changement d'état, la masse ne change pas mais le volume peut varier. Ils vont aussi découvrir que la température stagne lors des changements d'état.

À partir d’expériences mettant en avant les changements d’états de l’eau, les élèves vont apprendre les notions de fusion, de solidification et pour les CE2, de vaporisation. Ces expériences vont aussi leur permettre de nommer de manière plus précise les différents états de l’eau avec les termes : liquide, glace et vapeur d’eau.