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title: "Fondre et bouillir : les changements d’état"
book: "Physique du primaire et du collège"
subject: physics
language: fr
chapter: 21
exercises: 11
source: https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/21-fondre-et-bouillir-les-changements-detat
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# Chapitre 21 — Fondre et bouillir : les changements d’état

Tu sais depuis des années que la chaleur fait [fondre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) la glace et bouillir l’eau. Mais tu possèdes maintenant un [thermomètre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) — et le [thermomètre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) a quelque chose d’étonnant à rapporter du fond du seau de glace qui fond : pendant que la glace fond, la [température](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) *refuse de bouger*. Regardons les vieux changements d’état avec des yeux neufs.

## 21.1 Les noms savants

Les changements d’état de l’eau reçoivent maintenant leurs noms de grands, valables pour toutes les matières et pas seulement pour l’eau. Du [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) au [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) : la *fusion*. Du [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) au [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) : la *solidification* (on dit aussi congélation). Du [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) au [gaz](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-gas) : l’*ébullition* quand cela se produit vite, avec de grosses bulles, et l’évaporation quand cela se produit tranquillement à la surface. Du [gaz](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-gas) au [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) : la condensation. Toutes les matières du monde — l’eau, le chocolat, le fer, l’or — peuvent jouer à ce jeu, chacune à ses propres [températures](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature).

**Définition 21.1 (Température de fusion).**

La *température de fusion* d’une matière est la [température](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) à laquelle elle fond — et aussi celle à laquelle le [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) se solidifie de nouveau. Pour l’eau, elle vaut $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Chaque matière a la sienne : le chocolat fond vers $34\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ (la [température](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) de la bouche — ce n’est pas un hasard, demande à un chocolatier), la cire de bougie vers $60\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, le fer seulement à $1538\,{}^{\circ}\mathrm{C}$.

**Définition 21.2 (Température d’ébullition).**

La *température d’ébullition* d’une matière est la [température](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) à laquelle elle bout. Pour l’eau, elle vaut $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Là encore, chaque matière a la sienne — c’est pourquoi un cuisinier attentif peut faire s’[évaporer](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-evapcond) toute l’eau pendant que l’huile de la même poêle reste tranquillement [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid).

**Exemple 21.3 (Lire le monde avec deux nombres).**

Pourquoi une tablette de chocolat est-elle [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) sur l’étagère ($20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$) mais [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) dans ta poche lors d’une randonnée d’été ($35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$) ? Parce que sa [température de fusion](#def-g4-changes-of-state-melting-point), proche de $34\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, se trouve *entre* les deux. Une matière est [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) au-dessous de sa [température de fusion](#def-g4-changes-of-state-melting-point), [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) au-dessus — et cela jusqu’à sa [température d’ébullition](#def-g4-changes-of-state-boiling-point), où elle s’en va sous forme de [gaz](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-gas). Deux nombres racontent toute l’histoire d’une matière à n’importe quelle [température](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature).

## 21.2 Le thermomètre têtu

**Méthode 21.4 (Regarder fondre la glace comme il faut).**

1. Remplir un saladier de glace pilée ou de neige et y planter le [thermomètre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) ; attendre et lire : $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ;
2. apporter le saladier dans la cuisine chaude et lire le [thermomètre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) toutes les quelques minutes pendant que la glace fond ;
3. continuer à lire longtemps après la disparition du dernier éclat de glace.

Le rapport : pendant toute la fusion — eau et glace ensemble dans le saladier — le [thermomètre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) reste obstinément à $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Ce n’est que lorsque le *dernier* morceau de glace a fondu que la [température](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) se met à monter.

**Proposition 21.5 (La loi du palier).**

Pendant qu’une matière change d’état — qu’elle fond ou qu’elle bout — sa [température](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) reste immobile au repère, quel que soit le travail de la cuisinière. Toute la chaleur qui arrive est dépensée pour le changement d’état lui-même, et rien pour monter. Le [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) et le [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) cohabitent à la [température de fusion](#def-g4-changes-of-state-melting-point) ; le [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) et le [gaz](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-gas), à la [température d’ébullition](#def-g4-changes-of-state-boiling-point).

![Une casserole de glace sur une cuisinière régulière, racontée par le thermomètre : la température monte, s’arrête à 0\, C pendant que la glace fond, remonte, et s’arrête à 100\, C pendant que l’eau s’en va en bouillant. (La dernière montée rouge appartient à la vapeur.)](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g4-changes-of-state/fig-70b8a761dcb8.svg)

*Une casserole de glace sur une cuisinière régulière, racontée par le [thermomètre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) : la [température](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) monte, s’arrête à $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ pendant que la glace fond, remonte, et s’arrête à $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ pendant que l’eau s’en va en bouillant. (La dernière montée rouge appartient à la vapeur.)*

![Un bouillonnement à gros bouillons : des bulles de vapeur d’eau se forment dans le liquide et éclatent à la surface — et pendant tout ce temps, le thermomètre reste immobile à la température d’ébullition.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g4-changes-of-state/img-2d214253a51f.jpg)

*Un bouillonnement à gros bouillons : des bulles de vapeur d’eau se forment dans le [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) et éclatent à la surface — et pendant tout ce temps, le [thermomètre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) reste immobile à la [température d’ébullition](#def-g4-changes-of-state-boiling-point).*

**Exemple 21.6 (Le palier dans la cuisine).**

Voilà pourquoi une eau qui frémit et une eau qui bout à gros bouillons cuisent les pâtes aussi vite : les deux casseroles sont exactement à $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — la seconde ne fait que gaspiller sa chaleur supplémentaire en fabriquant de la vapeur plus vite. Et voilà pourquoi une boisson avec des glaçons reste à $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ jusqu’au dernier éclat de glace : la glace qui fond cloue la [température](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) au repère.

**Remarque 21.7 (Un nombre que l’œil ne peut pas voir).**

Sans [thermomètre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature), personne ne devinerait le palier : la casserole semble de plus en plus agitée, le seau de glace de plus en plus calme, et dans les deux la [température](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) ne bouge pas d’un pouce. C’est une victoire de plus de la mesure sur l’apparence — et l’une des premières grandes surprises que les instruments aient jamais offertes à la science.

## 21.3 Chaque matière garde ses repères

**Proposition 21.8 (Les repères sont des marques d’identité).**

La [température de fusion](#def-g4-changes-of-state-melting-point) et la [température d’ébullition](#def-g4-changes-of-state-boiling-point) d’une matière pure ne changent jamais : l’eau fond à $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ aujourd’hui, demain, dans un palais ou sous une tente. Ces repères font partie de l’identité de la matière — si bien gardés qu’un scientifique peut reconnaître une matière inconnue en mesurant où elle fond et où elle bout.

**Exemple 21.9 (La bougie et la fonderie).**

Une bougie près de la cheminée s’affaisse et [coule](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/5-flotter-et-couler#def-g1-floating-and-sinking-words) : la cire a dépassé sa [température de fusion](#def-g4-changes-of-state-melting-point), proche de $60\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Dans une fonderie, des ouvriers versent du fer [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) orange incandescent comme de la soupe — leur four a dépassé $1538\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Même jeu, repères follement différents : ce que la cheminée fait à la cire, seul un four peut le faire au fer. Et l’or fond à $1064\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : les orfèvres connaissent ce nombre, dans leurs mains sinon en degrés, depuis des milliers d’années.

![Les repères de quelques matières de tous les jours, en degrés Celsius (la droite est comprimée — le repère du fer se trouve vraiment quinze fois plus loin que celui de l’eau). Chaque matière porte ses propres nombres, toujours.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g4-changes-of-state/fig-0271a31eea82.svg)

*Les repères de quelques matières de tous les jours, en [degrés Celsius](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) (la droite est comprimée — le repère du fer se trouve vraiment quinze fois plus loin que celui de l’eau). Chaque matière porte ses propres nombres, toujours.*

## 21.4 Exercices

**Exercice 21.1 ★.**

Donne le nom savant : du [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) au [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) ; du [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) au [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) ; du [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) au [gaz](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-gas) avec de grosses bulles ; du [gaz](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-gas) au [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) sur une vitre froide.

**Solution de Exercice 21.1.**

La fusion ; la solidification (congélation) ; l’ébullition ; la condensation.

**Exercice 21.2 ★.**

Quels sont les deux repères de l’eau, avec leurs [températures](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) ? Et celle de la fusion du chocolat, à peu près ?

**Solution de Exercice 21.2.**

[Température de fusion](#def-g4-changes-of-state-melting-point) $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, [température d’ébullition](#def-g4-changes-of-state-boiling-point) $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Le chocolat fond vers $34\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — la [température](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) de la bouche.

**Exercice 21.3 ★.**

Un saladier contient de la glace et de l’eau ensemble, bien mélangées. Qu’indique le [thermomètre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) ? Qu’indiquera-t-il cinq minutes plus tard, s’il reste encore de la glace ?

**Solution de Exercice 21.3.**

$0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — et toujours $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ cinq minutes plus tard : tant que la glace et l’eau cohabitent, la [température](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) est clouée à la [température de fusion](#def-g4-changes-of-state-melting-point).

**Exercice 21.4 ★.**

Énonce la loi du palier. Où passe la chaleur de la cuisinière pendant que l’eau bout, puisque la [température](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) ne monte plus ?

**Solution de Exercice 21.4.**

Pendant qu’une matière fond ou bout, sa [température](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) reste immobile au repère. La chaleur est entièrement dépensée pour le changement d’état lui-même — transformer le [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) en vapeur — et non pour monter.

**Exercice 21.5 ★.**

La cire fond vers $60\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Une bougie est-elle [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) ou [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) : dans un salon à $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ? à côté d’une flamme qui la chauffe à $80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ? dans un grenier d’été à $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ?

**Solution de Exercice 21.5.**

[Solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) à $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ (au-dessous de $60$) ; [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) à $80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ (au-dessus de $60$) ; encore [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) à $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — alors qu’une tablette de chocolat dans une poche y aurait déjà fondu.

**Exercice 21.6 ★.**

Les pâtes cuisent dans une eau qui bout doucement. Papa met le feu au maximum et la casserole bout à gros bouillons. L’eau est-elle plus chaude maintenant ? Que produit la chaleur supplémentaire à la place ?

**Solution de Exercice 21.6.**

Pas plus chaude : les deux casseroles sont à $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, le palier d’ébullition. La chaleur supplémentaire ne fait que fabriquer de la vapeur plus vite — du [gaz](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-gas) gaspillé, les mêmes pâtes.

**Exercice 21.7 ★.**

Sur le graphique du palier de ce chapitre, comment repérer les deux changements d’état sans lire un seul mot ?

**Solution de Exercice 21.7.**

Aux deux tronçons plats — les paliers. Partout où la courbe reste horizontale alors que la cuisinière continue de chauffer, un changement d’état est en cours.

**Exercice 21.8 ★.**

Le fer fond à $1538\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ et l’or à $1064\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Un four fonctionne à $1200\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : lequel des deux métaux y [coule](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/5-flotter-et-couler#def-g1-floating-and-sinking-words) comme de la soupe, et lequel reste [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) ? De combien de degrés le four manque-t-il l’autre ?

**Solution de Exercice 21.8.**

L’or ($1064 < 1200$) [coule](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/5-flotter-et-couler#def-g1-floating-and-sinking-words) ; le fer ($1538 > 1200$) reste [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid). Le four manque le repère du fer de $1538 - 1200 = 338$ degrés.

**Exercice 21.9 ★.**

Pourquoi une boisson avec des glaçons reste-t-elle aussi froide jusqu’au dernier éclat de glace — et ne commence-t-elle à se réchauffer qu’ensuite ?

**Solution de Exercice 21.9.**

La glace qui fond cloue la boisson à $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : toute la chaleur qui arrive sert à faire [fondre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) la glace, et rien à réchauffer la boisson. Ce n’est qu’une fois le dernier éclat disparu que la [température](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) peut se mettre à monter.

**Exercice 21.10 ★★.**

Une scientifique reçoit un [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) blanc inconnu. Elle trouve qu’il fond exactement à $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ et que son [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) bout exactement à $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Quelle est sa meilleure hypothèse sur cette matière — et quelle loi permet aux repères de servir de carte d’identité ?

**Solution de Exercice 21.10.**

Sa meilleure hypothèse : la matière est de la glace — de l’eau gelée. La loi qui fait des repères des marques d’identité : les [températures de fusion](#def-g4-changes-of-state-melting-point) et d’ébullition d’une matière pure ne changent jamais ; retrouver exactement les deux nombres de l’eau vaut donc une signature.

**Exercice 21.11 ★★.**

Des alpinistes racontent que, très haut sur les grands sommets, l’eau bout alors qu’elle est *tout juste* trop chaude pour qu’on y touche — et que leur thé n’infuse jamais correctement. Quelle certitude de tous les jours sur l’eau qui bout s’effondre là-haut ? (La raison se cache dans l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) lui-même, et un chapitre plus loin sur la pression de l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) la débusquera.)

**Solution de Exercice 21.11.**

La certitude que l’eau bout toujours à $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Très haut sur un sommet, elle bout bien au-dessous — chaude, mais pas à $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — si bien que l’eau « bouillante » est trop tiède pour faire infuser le thé. Le coupable est l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) raréfié, qui appuie moins sur l’eau, comme le montrera le chapitre sur la pression de l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air).