Les états de la matière en CM2 : solide, liquide et gaz

La matière est partout autour de toi

Regarde autour de toi : ta table, ton verre d'eau, l'air de la classe, un glaçon, la pluie et la vapeur qui sort d'une casserole sont faits de matière. La matière est tout ce qui occupe une place. Elle peut se présenter sous plusieurs états physiques. En CM2, tu dois surtout savoir reconnaître trois états : solide, liquide et gazeux. Un même matériau peut parfois changer d'état. L'eau est l'exemple le plus facile à observer : elle peut être un glaçon, de l'eau dans un verre ou de la vapeur d'eau dans l'air. Pourtant, c'est toujours de l'eau. Ce qui change, c'est sa manière d'occuper l'espace. Pour identifier un état, ne te fie pas seulement au nom de l'objet ni à sa couleur. Observe plutôt deux propriétés : la forme et le volume. La forme indique l'aspect extérieur de la matière. Le volume correspond à la place qu'elle occupe. Nova te conseille de poser deux questions : « Est-ce que cette matière garde sa forme si je la change de récipient ? » puis « Est-ce qu'elle garde la même quantité de place ? » Tes réponses te permettront de la classer.

Les trois états à comparer

Reconnaître un solide

Un solide garde sa forme et son volume propres. Pose un dé sur la table : il reste en forme de dé. Place-le dans une boîte plus grande : il ne s'étale pas pour remplir la boîte. Il garde aussi la même place, c'est-à-dire le même volume. Un glaçon est solide : même s'il est froid et peut fondre ensuite, il a d'abord une forme propre. Une règle, une pomme, une bille et un morceau de bois sont aussi des solides. Attention toutefois à certains solides particuliers. Le sable, le sucre en poudre, le riz ou la farine peuvent être versés et prendre la forme du récipient. Cela ne signifie pas que chaque grain est liquide. Chaque grain de sable ou de riz est un solide. C'est l'ensemble des nombreux grains qui coule et forme un tas. Observe un seul grain avec une loupe si possible : il garde sa forme. Une pâte à modeler est également solide, même si tu peux la déformer avec tes mains. Une fois que tu arrêtes de la modeler, elle garde la forme que tu lui as donnée. Pour classer correctement un objet, demande-toi donc s'il peut garder une forme sans être contenu dans un récipient.

Deux mots indispensables

Comprendre le cas des liquides

Un liquide possède un volume propre, mais il ne possède pas de forme propre. Verse de l'eau d'un verre étroit dans un saladier large : l'eau ne ressemble plus à une colonne, elle s'étale au fond du saladier. Sa forme a changé parce qu'elle a pris la forme du nouveau récipient. Pourtant, si tu n'as rien renversé, c'est toujours la même quantité d'eau : son volume est conservé. Le liquide forme une surface libre généralement plate quand le récipient est posé sans bouger. Dans un verre droit, cette surface est horizontale. Si tu penches le verre, la surface de l'eau reste horizontale par rapport au sol, mais l'eau peut couler hors du verre. Les liquides peuvent couler, être versés et éclabousser. L'huile, le vinaigre, le sirop et le lait sont des liquides. Certains liquides sont plus épais que d'autres : le miel coule lentement, tandis que l'eau coule facilement. Cette différence de vitesse ne change pas leur état : ce sont tous les deux des liquides. Ne confonds pas un liquide avec un objet qui contient un liquide. Une bouteille en plastique est solide ; l'eau à l'intérieur est liquide. Le récipient et son contenu peuvent donc être dans deux états différents.

Méthode de classement en trois étapes

• Étape 1 : observe l'échantillon. Demande-toi s'il peut rester posé sans récipient. Un caillou le peut ; de l'eau ne le peut pas.
• Étape 2 : imagine un changement de récipient. Si la matière garde sa forme, c'est un solide. Si elle prend la forme du récipient tout en gardant la même quantité de place, c'est un liquide.
• Étape 3 : pense à l'espace disponible. Si la matière se répand dans tout l'espace du récipient et peut être comprimée, c'est un gaz.
• Étape 4 : justifie avec le vocabulaire précis. Écris par exemple : « L'huile est un liquide car elle n'a pas de forme propre, mais elle possède un volume propre. »

Les gaz occupent tout l'espace disponible

Un gaz ne possède ni forme propre ni volume propre. Il est souvent difficile à observer, car beaucoup de gaz sont invisibles. Pourtant, ils sont bien présents. L'air est un mélange de gaz. Il remplit la classe, une bouteille vide et un ballon gonflé. Une bouteille qui semble vide contient en réalité de l'air. Si tu retournes un verre vide dans une bassine d'eau sans l'incliner, l'eau ne remplit pas immédiatement le verre : l'air déjà présent y prend de la place. Un gaz prend la forme de son récipient et occupe tout le volume disponible. Dans un petit ballon, l'air occupe le petit espace du ballon. Si l'on gonfle davantage le ballon, l'air occupe un espace plus grand. C'est pourquoi on dit qu'un gaz n'a pas de volume propre. Un gaz peut aussi être comprimé : son volume peut diminuer quand on le serre dans un espace plus petit. Attention : la fumée que tu vois n'est pas seulement un gaz ; elle contient aussi de très petites particules. De même, un nuage visible n'est pas de la vapeur d'eau seule : il contient de minuscules gouttes d'eau ou de petits cristaux de glace.

Vapeur d'eau et nuages : ne les confonds pas

L'eau dans la nature

L'eau existe naturellement dans les trois états. À l'état solide, tu peux la rencontrer sous forme de neige, de grêle, de givre ou de glace. Un glacier est constitué d'eau solide. À l'état liquide, l'eau se trouve dans les océans, les mers, les rivières, les lacs, les flaques et la pluie. Elle peut aussi être présente dans le sol ou dans les êtres vivants. À l'état gazeux, l'eau est présente dans l'air sous forme de vapeur d'eau, même si tu ne la vois pas. L'eau peut passer d'un état à un autre. Quand un glaçon devient de l'eau liquide, il fond : c'est la fusion. Quand l'eau liquide devient de la glace, elle gèle : c'est la solidification. Quand de l'eau liquide devient de la vapeur d'eau, elle s'évapore : c'est la vaporisation. Quand la vapeur d'eau redevient liquide sur une surface froide, elle se transforme en gouttes : c'est la condensation. Retenir ces mots est utile, mais commence toujours par identifier l'état avant de nommer le changement.

Le test de Nova