Les changements d'état et leur réversibilité en CM2 : leçon, exercices et évaluation

La matière change d’état

Observe autour de toi : un glaçon, de l’eau dans un verre et la vapeur qui s’élève d’une casserole sont tous faits de la même substance, l’eau. Pourtant, ils n’ont pas le même aspect. Le glaçon est solide : il garde sa forme quand tu le poses sur une assiette. L’eau est liquide : elle coule et prend la forme du récipient qui la contient. La vapeur d’eau est un gaz : elle se répand dans l’air et tu ne peux pas la verser dans ta main. Ces trois façons d’être sont les trois états physiques les plus étudiés à l’école : solide, liquide et gazeux. Quand une substance passe d’un état à un autre sans devenir une nouvelle substance, elle subit un changement d’état. Par exemple, un glaçon qui devient de l’eau reste de l’eau : seule sa forme d’état a changé. Nova te conseille de toujours te demander : « Quelle substance est présente avant et après ? » Si la réponse est la même, tu observes sans doute un changement d’état. La chaleur ou le refroidissement provoquent souvent ces changements. En chauffant, on apporte de l’énergie à la matière ; en refroidissant, on lui en retire. Mais retiens surtout les observations : solide, liquide ou gaz avant le changement, puis solide, liquide ou gaz après le changement.

Les quatre changements d’état à connaître

Fusion et solidification : le solide et le liquide

La fusion est le passage de l’état solide à l’état liquide. Le mot « fondre » t’aide à le retenir. Quand tu laisses un glaçon dans un bol à température ambiante, il fond : l’eau solide devient de l’eau liquide. Du chocolat solide qui devient liquide lorsqu’il est chauffé subit aussi une fusion. Attention : dire qu’un solide « disparaît » est faux. Il est encore présent, mais sous forme liquide. Tu peux le constater en observant l’eau obtenue après la fonte d’un glaçon. La solidification est le passage de l’état liquide à l’état solide. L’eau liquide placée longtemps dans un congélateur se transforme en glace : elle se solidifie. La cire liquide d’une bougie refroidit et redevient solide ; c’est également une solidification. Fusion et solidification sont deux changements contraires. Si tu chauffes suffisamment un glaçon, il fond. Si tu refroidis l’eau liquide obtenue, elle peut redevenir solide. Pour l’eau pure, la glace commence à fondre autour de 0 °C et l’eau commence à geler autour de 0 °C, dans des conditions habituelles. D’autres substances ne changent pas forcément d’état à la même température. Ne retiens donc pas 0 °C comme une règle pour tous les matériaux : c’est un repère particulièrement utile pour l’eau.

Le mot important : réversibilité

Distingue évaporation, ébullition et condensation

• L’évaporation est le passage lent d’un liquide à un gaz. Elle se produit à la surface du liquide. Une flaque, du linge humide ou de l’eau dans une coupelle peuvent s’évaporer, même sans bouillir.
• L’ébullition est une évaporation très rapide dans tout le liquide : des bulles se forment et remontent. L’eau qui bout produit de la vapeur d’eau. Pour l’eau, dans des conditions habituelles, l’ébullition se produit autour de 100 °C.
• La condensation est le passage d’un gaz à un liquide. La vapeur d’eau, invisible dans l’air, rencontre une surface froide et forme de petites gouttes liquides.
• Ne confonds pas la vapeur d’eau avec le nuage blanc visible au-dessus d’une casserole. La vapeur d’eau est invisible ; le nuage visible est formé de minuscules gouttes d’eau liquide condensées.

Comprendre le cycle de l’eau

Le cycle de l’eau est un grand exemple de changements d’état dans la nature. Le Soleil chauffe l’eau des mers, des lacs, des rivières et des sols humides. Une partie de cette eau liquide s’évapore et devient de la vapeur d’eau, un gaz invisible qui se mélange à l’air. Plus haut dans le ciel, l’air est souvent plus froid. La vapeur d’eau peut alors se condenser autour de minuscules poussières présentes dans l’air. Elle forme de très petites gouttes d’eau liquide ou de petits cristaux de glace : ce sont les nuages. Lorsque les gouttes deviennent assez grosses, elles tombent sous forme de pluie. S’il fait très froid dans les nuages, l’eau peut se solidifier et tomber sous forme de neige ou de grêle. L’eau rejoint ensuite le sol, les cours d’eau, les lacs ou la mer. Puis le Soleil recommence à la chauffer : le cycle continue. Ne dessine pas le cycle de l’eau comme un cercle parfaitement fermé : l’eau peut suivre plusieurs chemins. Elle peut aussi s’infiltrer dans le sol, être utilisée par les plantes ou rester quelque temps dans la neige. Cependant, les changements d’état essentiels à repérer sont bien l’évaporation de l’eau liquide et la condensation de la vapeur d’eau.

Mener une observation avec soin

Pour montrer qu’un changement d’état est réversible, réalise une observation simple avec de l’eau. Commence par placer un glaçon dans un récipient et note son état : solide. Attends qu’il fonde, puis note ce que tu vois : l’eau est devenue liquide. Tu viens d’observer une fusion. Verse ensuite cette eau dans un petit récipient adapté, puis place-le au congélateur avec l’aide d’un adulte. Après un certain temps, observe de nouveau : l’eau liquide est redevenue solide. Tu as observé une solidification. Pour bien expliquer ton expérience, indique toujours trois éléments : l’état initial, ce qui a changé dans les conditions, puis l’état final. Tu peux écrire : « Au départ, l’eau était solide sous la forme d’un glaçon. En se réchauffant, elle a fondu et est devenue liquide. Après refroidissement au congélateur, elle s’est solidifiée et est redevenue solide. » Cette formulation montre que tu connais les mots scientifiques et que tu décris réellement tes observations. Ne manipule jamais seul de l’eau très chaude, une casserole ou une source de chaleur : demande à un adulte de préparer le matériel.

Ne confonds pas changement d’état et mélange

Choisir le bon mot dans une question

Pour répondre correctement, procède par étapes. Première étape : repère l’état au début. Est-ce solide, liquide ou gazeux ? Deuxième étape : repère l’état à la fin. Troisième étape : utilise la flèche dans ta tête. Solide → liquide : fusion. Liquide → solide : solidification. Liquide → gaz : évaporation. Gaz → liquide : condensation. Enfin, vérifie que tu parles bien de la même substance. Par exemple, sur une bouteille sortie du réfrigérateur, les gouttes présentes à l’extérieur ne traversent pas la bouteille. Elles viennent de la vapeur d’eau contenue dans l’air, qui se condense au contact de la paroi froide. Si une question demande si le changement est réversible, cherche le changement contraire. Une flaque qui s’évapore peut redevenir de l’eau liquide par condensation dans d’autres conditions. Une boule de glace qui fond peut être refroidie et redevenir solide. Nova te prépare pour l’entrée en 6e : utilise les mots précis, observe les états avant et après, et explique le chemin suivi par la matière.