Physique du primaire et du collège · Grades 1–9
10L’air autour de nous
Agite vite la main devant ton visage : quelque chose de doux effleure ta joue. Tu ne peux ni le voir, ni l’attraper, ni le ranger dans un tiroir — et pourtant cela remplit chaque pièce, chaque bouteille, chaque cour de récréation sur Terre. Ce chapitre parle de l’air : la matière invisible au fond de laquelle nous vivons.
10.1 L’air est-il vraiment quelque chose ?
Définition 10.1 (L’air)
L’air est la matière invisible qui nous entoure. Il n’a pas de couleur, pas d’odeur à lui, et la lumière le traverse tout droit — voilà pourquoi nous oublions qu’il est là. Mais c’est une vraie matière, comme les expériences de ce chapitre vont le prouver, et il est précieux : chaque respiration que tu prends en est une gorgée.
Exemple 10.2 (À toi de jouer : attrape de l’air)
Ouvre grand un sac en plastique, balaie la pièce avec, et referme-le en le tordant. Le sac se tient gonflé comme un coussin — presse-le : il repousse ! Quelque chose est manifestement prisonnier à l’intérieur. Ouvre un coin et presse de nouveau : tu sens le prisonnier invisible filer sur tes doigts. Un sac « vide », plein de rien, ne pourrait pas repousser.
Exemple 10.3 (Où l’air se montre)
L’air est invisible, mais pas ses tours : il tremble au-dessus d’une route brûlante, il soulève les cerfs-volants, il fait bruire les feuilles, et il fait des bulles partout où il s’échappe sous l’eau. Souffle dans une paille plongée dans ton verre : chaque bulle argentée est un petit colis d’air qui remonte.
10.2 L’air prend de la place
Méthode 10.4 (La plongée du papier sec)
Un tour de magie qui n’est que de la physique — à faire au-dessus d’une bassine.
- Tasser un morceau de papier absorbant bien sec au fond d’un verre, de façon qu’il ne puisse pas tomber ;
- retourner le verre exactement à l’envers ;
- l’enfoncer tout droit dans une bassine d’eau, plus profond que le verre entier, sans le pencher ;
- le ressortir tout droit et toucher le papier.
Le papier est parfaitement sec ! Le verre n’a jamais été vide : il était plein d’air, et l’air prisonnier a gardé sa place, si bien que l’eau n’a pas pu entrer.
Exemple 10.5 (La bouteille qui glougloute)
Enfonce une bouteille « vide », goulot vers le bas, dans la bassine, et penche-la un peu : glou, glou, glou — de grosses bulles argentées filent vers la surface, et l’eau prend leur place à l’intérieur. La bouteille était pleine d’air ; l’eau ne peut entrer qu’au rythme où l’air sort. Ce glouglou de l’évier de la cuisine, c’est le bruit de l’air et de l’eau qui échangent leurs places.
Remarque 10.6 (La bouteille vide n’existe pas)
À partir de maintenant, méfie-toi du mot « vide ». La bouteille vide, le verre vide, la boîte vide : tous pleins d’air, jusqu’au bord. Vraiment vide — sans rien du tout à l’intérieur, pas même de l’air — est très difficile à obtenir, et tu rencontreras un jour le nom étrange que les scientifiques lui donnent.
10.3 L’air pousse
Définition 10.7 (Le vent)
Le vent est de l’air en mouvement. L’air immobile n’effleure personne ; l’air en mouvement pousse tout ce qui se trouve sur son chemin — doucement les jours de brise, assez fort dans une tempête pour plier les arbres.
Exemple 10.8 (L’air au travail)
L’air en mouvement fait de vrais métiers : il gonfle les voiles des bateaux, fait tourner les moulinets, sèche le linge et porte les cerfs-volants. Toi-même, tu fabriques du vent chaque fois que tu souffles une bougie d’anniversaire — ton souffle est une petite rafale personnelle, assez forte pour arracher la flamme à sa mèche.
Exemple 10.9 (À toi de jouer : le ballon fusée)
Gonfle un ballon de baudruche et pince son goulot. À l’intérieur, de l’air comprimé attend. Lâche : l’air se précipite vers l’arrière, et le ballon file vers l’avant à travers la pièce en zigzaguant dans tous les sens. L’air qui s’échappe pousse le ballon — un tout petit cousin de la façon dont le gaz chassé pousse les vraies fusées.
Remarque 10.10 (L’air est précieux)
La poussée la plus importante de toutes se produit sans bruit dans ta poitrine : à chaque respiration, l’air entre, ton corps garde un peu de ce dont il a besoin, et le reste ressort. Les humains, les chats, les oiseaux, et même les poissons (qui puisent l’air caché dans l’eau) ont tous besoin de leur part. Invisible ne veut pas dire sans importance — pour l’air, cela veut dire le contraire.
10.4 Exercices
Exercice 10.1 ★
Donne trois indices, vus cette semaine, que l’air est réel — sans utiliser aucune expérience d’un livre.
Exercice 10.2 ★
Pourquoi le sac refermé de Exemple 10.2 repousse-t-il quand tu le presses ? Qu’y a-t-il à l’intérieur ?
Exercice 10.3 ★
Dans la plongée du papier sec, pourquoi l’eau n’atteint-elle pas le papier ? Dis-le avec les mots du chapitre : qu’est-ce qui garde sa place ?
Exercice 10.4 ★
Que ne faut-il pas faire avec le verre pendant la plongée du papier sec, et qu’arriverait-il au papier si tu le faisais ?
Solution
Solution de Exercice 10.4.
Il ne faut pas le pencher. Penché, l’air prisonnier s’échappe vers le haut en grosses bulles, l’eau prend sa place — et le papier est trempé.
Exercice 10.5 ★
Qu’est-ce que le glouglou d’une bouteille qui se remplit sous l’eau ? Qu’est-ce qui sort, qu’est-ce qui entre, et pourquoi doivent-ils passer chacun leur tour ?
Solution
Solution de Exercice 10.5.
Chaque glouglou est un colis d’air qui s’échappe en bulle pendant qu’une gorgée d’eau prend sa place. Ils passent chacun leur tour parce que le goulot de la bouteille est étroit et que l’air et l’eau ne peuvent pas le traverser en même temps — ni partager la même place à l’intérieur.
Exercice 10.6 ★
« Passe-moi la bouteille vide. » Qu’y a-t-il vraiment dans une bouteille vide ? (Voir Remarque 10.6.)
Solution
Solution de Exercice 10.6.
De l’air — jusqu’au bord. « Vide » veut seulement dire « il ne reste rien à boire » ; la bouteille est pleine de matière invisible.
Exercice 10.7 ★
Qu’est-ce que le vent, selon Définition 10.7 ? Donne deux métiers que fait l’air en mouvement.
Exercice 10.8 ★
Quand le ballon fusée s’envole, de quel côté l’air se précipite-t-il, et de quel côté part le ballon ?
Solution
Solution de Exercice 10.8.
L’air se précipite vers l’arrière par le goulot, et le ballon file vers l’avant, dans l’autre sens.
Exercice 10.9 ★★
Un entonnoir est enfoncé bien serré dans le goulot d’une bouteille, scellé tout autour avec de la pâte adhésive. Ana verse de l’eau dans l’entonnoir — et après une petite gorgée, l’eau reste plantée dans l’entonnoir et refuse de descendre dans la bouteille. Explique ce qui la bloque, et propose la solution qui prend une seconde.
Solution
Solution de Exercice 10.9.
La bouteille est déjà pleine d’air, et l’entonnoir scellé ne laisse aucune issue à cet air — l’eau ne peut donc pas entrer. La solution : desceller un peu le pourtour (ou soulever l’entonnoir un instant) pour que l’air puisse s’échapper à côté ; l’eau descend alors en glougloutant.
Exercice 10.10 ★★
Sous l’eau du bain, penche un verre plein d’air pour que son ouverture fasse face à celle d’un verre plein d’eau, lui aussi sous l’eau. Peux-tu verser l’air vers le haut d’un verre dans l’autre ? Décris ce que tu verrais, et pourquoi les bulles montent alors que l’eau versée descend.
Solution
Solution de Exercice 10.10.
Oui ! Penche le verre plein d’air pour que son ouverture se place sous celle de l’autre verre : l’air s’en va en grosses bulles argentées qui montent vers le haut dans le verre plein d’eau et se rassemblent à son sommet, en chassant l’eau vers le bas. L’air grimpe et l’eau descend parce que l’air remonte toujours à travers l’eau — on verse, mais à l’envers.