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title: "L’eau dans tous ses états"
book: "Physique du primaire et du collège"
subject: physics
language: fr
chapter: 39
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/39-leau-dans-tous-ses-etats
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# Chapitre 39 — L’eau dans tous ses états

Tu poursuis l’eau à travers ses états depuis ta deuxième année d’école : glace, eau, vapeur ; bonshommes de neige qui fondent et vitres embuées. Cette année, la poursuite devient une comptabilité. Quand la glace fond, perd-on de la matière ? Quand l’eau [gèle](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze), pourquoi les canalisations éclatent-elles ? [Balances](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/17-leviers-et-balances#def-g3-levers-and-scales-scale) et éprouvettes en main, nous auditons les trois états de l’eau.

## 39.1 Les trois états, avec leurs vraies étiquettes

**Définition 39.1 (Les six changements d’état).**

Entre ses trois états, l’eau dispose de six portes, chacune avec son nom scientifique :

1. [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) $\to$ [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) : la *fusion* ; [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) $\to$ [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) : la *solidification* (la congélation) ;
2. [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) $\to$ [gaz](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-gas) : la *vaporisation* — tumultueuse à l’ébullition, discrète et tiède sous forme d’évaporation ; [gaz](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-gas) $\to$ [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) : la *condensation* ;
3. [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) $\to$ [gaz](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-gas) directement : la *sublimation* , et [gaz](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-gas) $\to$ [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) directement — des portes plus rares, mais bien réelles : les fleurs de givre d’une vitre glacée poussent directement à partir de vapeur invisible, en sautant complètement l’état [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) .

![Les six portes de l’eau, avec leurs vrais noms. La chaleur pousse les portes rouges ; le froid pousse les bleues.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g6-water-states/fig-e804d7a72c46.svg)

*Les six portes de l’eau, avec leurs vrais noms. La [chaleur](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/34-chaleur-et-isolation#def-g5-heat-and-insulation-heat) pousse les portes rouges ; le froid pousse les bleues.*

**Exemple 39.2 (Des portes tout autour de toi).**

Le givre du matin qui fond sur l’herbe ; le linge qui [s’évapore](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-evapcond) sur le fil ; un [miroir](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/32-miroirs-et-reflexion#def-g5-mirrors-reflection-reflection) froid qui condense la vapeur de ta douche ; le congélateur qui solidifie les glaçons de demain ; les fleurs de givre poussées pendant la nuit sur la vitre. Une seule substance, six portes, toutes dans une journée de vie ordinaire — nomme-les et elles sont à toi.

## 39.2 L’audit : perd-on de la matière ?

**Méthode 39.3 (Peser un changement d’état).**

Pose la question à la [balance](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/17-leviers-et-balances#def-g3-levers-and-scales-scale) :

1. verser un peu d’eau dans une petite bouteille en plastique, visser le bouchon à fond, sécher l’extérieur ;
2. la peser : disons $368\,\mathrm{g}$ — le noter ;
3. la coucher au congélateur pour la nuit : [solidification](#def-g6-water-states-changes) ;
4. peser aussitôt la bouteille gelée (en essuyant le givre).

La [balance](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/17-leviers-et-balances#def-g3-levers-and-scales-scale) répond : $368\,\mathrm{g}$, au [gramme](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) près. Fais-la refondre sur le rebord de la fenêtre et pèse de nouveau : $368\,\mathrm{g}$. L’état a changé deux fois ; la matière n’a pas bronché.

**Proposition 39.4 (La masse survit aux changements d’état).**

Un changement d’état change l’apparence d’une substance, pas sa quantité : la [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass) avant égale exactement la [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass) après. [Fusion](#def-g6-water-states-changes), [solidification](#def-g6-water-states-changes), ébullition dans une casserole scellée, [condensation](#def-g6-water-states-changes) — par chacune des portes, la [balance](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/17-leviers-et-balances#def-g3-levers-and-scales-scale) affiche la même chose. (Laisse le bouchon ouvert, en revanche, et la vapeur s’en va avec ses [grammes](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) : la matière existe toujours, mais ton audit ne la contient plus.)

**Exemple 39.5 (Où sont passés les grammes de la flaque).**

Une flaque de $300\,\mathrm{g}$ s’assèche. Disparue ? Sans [poids](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/24-poids-et-masse#def-g4-weight-and-mass-weight) ? Non : $300\,\mathrm{g}$ d’eau chevauchent maintenant l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) sous forme de vapeur invisible, chaque [gramme](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) intact — une partie retombera en pluie la semaine prochaine. L’évaporation trompe l’œil, jamais la comptabilité. Le trait de craie de ton expérience d’enfance autour d’une flaque était un audit ; il a maintenant des nombres.

## 39.3 L’audit : la place est-elle conservée ?

**Proposition 39.6 (L’eau gonfle en gelant).**

La [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass) survit aux portes — le [volume](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/38-masse-et-volume#def-g6-mass-and-volume-volume), lui, non. L’eau est une substance curieuse : en devenant [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid), elle *augmente de [volume](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/38-masse-et-volume#def-g6-mass-and-volume-volume)*. Un [litre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/38-masse-et-volume#def-g6-mass-and-volume-volume) d’eau donne environ $1.1$ [litre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/38-masse-et-volume#def-g6-mass-and-volume-volume) de glace : même [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass), environ un dixième de place en plus. La plupart des substances se contractent en se solidifiant ; l’eau gonfle — et cette bizarrerie redessine les paysages.

![La bouteille gelée : la balance inchangée, le niveau plus haut. La congélation garde la matière et exige plus de place.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g6-water-states/fig-8bc5f1143011.svg)

*La bouteille gelée : la [balance](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/17-leviers-et-balances#def-g3-levers-and-scales-scale) inchangée, le niveau plus haut. La congélation garde la matière et exige plus de place.*

**Exemple 39.7 (Le tuyau éclaté et la montagne fendue).**

Oubliée au congélateur, une bouteille en verre pleine d’eau se fend : la glace qui gonfle a besoin de son dixième de place supplémentaire et le prend, verre ou pas verre. L’hiver fait de même avec la plomberie — l’eau qui [gèle](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) dans un tuyau le fait éclater aussi sûrement qu’un marteau — et avec les montagnes : la pluie s’infiltre dans les fissures de la roche, [gèle](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) la nuit, gonfle et [force](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/12-pousser-et-tirer-les-forces#def-g2-pushes-and-pulls-force) la fissure. Année après année, gel après gel, le petit gonflement bizarre de [Proposition 39.6](#prop-g6-water-states-volume) fend les rochers et effrite les sommets.

**Remarque 39.8 (Pourquoi la glace flotte).**

La même bizarrerie répond à une question que tu posais il y a des années, à l’heure du bain. La glace loge la matière d’un [litre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/38-masse-et-volume#def-g6-mass-and-volume-volume) dans $1.1$ [litre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/38-masse-et-volume#def-g6-mass-and-volume-volume) de place : à place égale, la glace est *plus légère* que l’eau — la glace [flotte](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/5-flotter-et-couler#def-g1-floating-and-sinking-words) donc sur son propre [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid). Les icebergs voguent sur la mer, les étangs gèlent du haut vers le bas (ce qui sauve les poissons en dessous), et les glaçons de ta limonade flottent au lieu de [couler](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/5-flotter-et-couler#def-g1-floating-and-sinking-words). Peu de substances flottent sur elles-mêmes ; la vie sous les étangs gelés est bien contente que l’eau le fasse.

## 39.4 Le cycle de l’eau, audité

**Exemple 39.9 (Le grand voyage circulaire, avec le vocabulaire).**

L’histoire d’enfance de la mer, du nuage et de la pluie se lit maintenant comme un registre. La [chaleur](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/34-chaleur-et-isolation#def-g5-heat-and-insulation-heat) du Soleil provoque la *[vaporisation](#def-g6-water-states-changes)* depuis les mers — des tonnes et des tonnes s’élèvent sans se voir. Haut et froid, la vapeur *[se condense](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-evapcond)* en gouttelettes de nuage ; plus froid encore, les gouttelettes gèlent en neige. La neige s’entasse en glaciers ; les glaciers *fondent* en rivières ; les rivières rendent chaque [gramme](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) à la mer. Sur tout le circuit, [Proposition 39.4](#prop-g6-water-states-mass) tient bon : la [planète](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/26-le-systeme-solaire#def-g4-solar-system-planet) ne gagne ni ne perd une goutte — l’eau de ton verre navigue sur cette boucle depuis avant les dinosaures.

![Des fleurs de givre sur une vitre glacée : l’eau de l’air a construit cette glace pendant la nuit, directement sur le verre.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g6-water-states/img-a20594e51b2a.jpg)

*Des fleurs de givre sur une vitre glacée : l’eau de l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) a construit cette glace pendant la nuit, directement sur le verre.*

## 39.5 Exercices

**Exercice 39.1 ★.**

Nomme les six portes de [Définition 39.1](#def-g6-water-states-changes), chacune avec une observation de la vie courante.

**Solution de Exercice 39.1.**

La [fusion](#def-g6-water-states-changes) (le givre du matin qui quitte l’herbe) ; la [solidification](#def-g6-water-states-changes) (les glaçons du congélateur) ; la [vaporisation](#def-g6-water-states-changes) (le linge qui sèche, la casserole qui bout) ; la [condensation](#def-g6-water-states-changes) (la buée sur le [miroir](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/32-miroirs-et-reflexion#def-g5-mirrors-reflection-reflection) froid) ; la [sublimation](#def-g6-water-states-changes) (un banc de neige qui rétrécit par gel sec) ; le passage direct du [gaz](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-gas) au [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) (les fleurs de givre sur la vitre).

**Exercice 39.2 ★.**

Quelle porte : la rosée qui se forme sur l’herbe froide à l’aube ? un bonhomme de neige qui rétrécit par une journée ensoleillée à $-5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, sans qu’aucune flaque n’apparaisse ? des glaçons qui embuent le congélateur d’une « fumée » ?

**Solution de Exercice 39.2.**

La rosée : [condensation](#def-g6-water-states-changes). Le bonhomme de neige qui rétrécit sans flaque : [sublimation](#def-g6-water-states-changes) — du [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) directement à la vapeur, dans l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) froid et sec. La « fumée » du congélateur : [condensation](#def-g6-water-states-changes) — la vapeur de la pièce qui [se condense](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-evapcond) en petit nuage dans l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) froid (des gouttelettes, pas du [gaz](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-gas)).

**Exercice 39.3 ★.**

Une bouteille d’eau fermée pèse $412\,\mathrm{g}$. Elle [gèle](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) complètement pendant la nuit. Que pèse-t-elle maintenant, et quelle proposition répond ?

**Solution de Exercice 39.3.**

Toujours $412\,\mathrm{g}$ : la [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass) survit aux changements d’état — la bouteille fermée n’a rien perdu ni rien gagné.

**Exercice 39.4 ★.**

Dans [Méthode 39.3](#met-g6-water-states-weigh), pourquoi la bouteille doit-elle être bouchée — et pourquoi la sécher avant chaque pesée ?

**Solution de Exercice 39.4.**

Bouchée, pour qu’aucune vapeur ne parte avec ses [grammes](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) (l’audit doit rester clos) ; séchée, parce que de l’eau ou du givre accrochés à l’extérieur ajouteraient des [grammes](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) étrangers, qui appartiennent à la pièce et non à l’audit.

**Exercice 39.5 ★.**

Une casserole d’eau bout à découvert pendant dix minutes et sa [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass) diminue de $200\,\mathrm{g}$. De la [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass) a-t-elle été détruite ? Où sont ces [grammes](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) ?

**Solution de Exercice 39.5.**

Rien n’a été détruit : $200\,\mathrm{g}$ d’eau sont partis sous forme de vapeur dans l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) de la cuisine — la [vaporisation](#def-g6-water-states-changes) a fait sortir les [grammes](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) de la casserole, pas du monde.

**Exercice 39.6 ★.**

Un [litre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/38-masse-et-volume#def-g6-mass-and-volume-volume) d’eau part au congélateur. Quel [volume](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/38-masse-et-volume#def-g6-mass-and-volume-volume) de glace en ressort-il, à peu près ? Même question pour la [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass).

**Solution de Exercice 39.6.**

Environ $1.1\,\mathrm{L}$ de glace — un dixième de place en plus. La [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass) est inchangée : $1\,\mathrm{kg}$ à l’entrée, $1\,\mathrm{kg}$ à la sortie.

**Exercice 39.7 ★.**

Pourquoi les canalisations d’eau éclatent-elles lors des hivers rigoureux — et pourquoi les jardiniers vidangent-ils leurs robinets extérieurs à l’automne ?

**Solution de Exercice 39.7.**

L’eau enfermée dans un tuyau gonfle en gelant, et le tuyau, comme la bouteille en verre, cède. Les jardiniers vidangent les robinets à l’automne pour qu’il ne reste rien à l’intérieur qui puisse gonfler.

**Exercice 39.8 ★.**

Pourquoi la glace flotte-t-elle sur l’eau ? Relie [Proposition 39.6](#prop-g6-water-states-volume) à la règle de la flottaison — plus légère ou plus lourde, à place égale ?

**Solution de Exercice 39.8.**

La glace tasse la matière d’un [litre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/38-masse-et-volume#def-g6-mass-and-volume-volume) dans $1.1$ [litre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/38-masse-et-volume#def-g6-mass-and-volume-volume) de place : plus légère que l’eau à place égale — et plus léger à place égale, c’est exactement ce qui [flotte](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/5-flotter-et-couler#def-g1-floating-and-sinking-words).

**Exercice 39.9 ★★.**

Raconte le cycle de l’eau comme un registre : suis $1\,\mathrm{kg}$ d’eau de mer sur la boucle complète, en nommant chaque porte franchie et en indiquant sa [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass) à chaque étape.

**Solution de Exercice 39.9.**

La mer ($1\,\mathrm{kg}$, [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid)) — [vaporisation](#def-g6-water-states-changes) — vapeur ($1\,\mathrm{kg}$) — [condensation](#def-g6-water-states-changes) — gouttelettes de nuage ($1\,\mathrm{kg}$) — [solidification](#def-g6-water-states-changes) — neige ($1\,\mathrm{kg}$) — [fusion](#def-g6-water-states-changes) — eau de fonte ($1\,\mathrm{kg}$) — rivière puis mer ($1\,\mathrm{kg}$). Six étapes, une [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass) inchangée.

**Exercice 39.10 ★★.**

Un verre de limonade est rempli jusqu’au bord, des glaçons flottant dedans. Un invité s’inquiète : il va déborder quand la glace fondra. Sers-toi des deux audits (la [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass) conservée, la place supplémentaire de la glace rendue) pour rassurer — ou alarmer — l’invité, en exposant ton raisonnement.

**Solution de Exercice 39.10.**

Il faut rassurer. La glace qui [flotte](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/5-flotter-et-couler#def-g1-floating-and-sinking-words) déplace déjà son propre *[poids](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/24-poids-et-masse#def-g4-weight-and-mass-weight)* de limonade ; en fondant, elle rend exactement cette eau, retirée du dixième dont elle avait gonflé — l’eau se glisse dans la place que le glaçon occupait déjà sous la surface. Le verre reste plein à ras bord, sans déborder d’une goutte.

**Exercice 39.11 ★★.**

Des fleurs de givre apparaissent pendant la nuit sur une vitre glacée, dans une pièce sèche, sans pluie et sans vitre mouillée au coucher. Quelle porte l’eau a-t-elle prise, en venant d’où, et pourquoi cette porte ne s’appelle-t-elle pas « [solidification](#def-g6-water-states-changes) » ?

**Solution de Exercice 39.11.**

La porte du [gaz](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-gas) vers le [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) : la vapeur invisible de l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) de la pièce a touché la vitre glacée et y a construit de la glace directement, en sautant l’état [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid). Ce n’est pas de la « [solidification](#def-g6-water-states-changes) » parce qu’il n’y a jamais eu de [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) sur la vitre — l’eau est arrivée directement de l’état de vapeur.

**Exercice 39.12 ★★★.**

Les étangs gèlent du haut vers le bas. Explique toute la chaîne : pourquoi la glace de l’eau la plus froide se forme *à la surface* et y reste, ce que ce couvercle flottant fait à l’écoulement de la [chaleur](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/34-chaleur-et-isolation#def-g5-heat-and-insulation-heat) en dessous (une idée d’isolation de l’an dernier), et pourquoi les poissons du fond doivent leurs hivers à l’étrange gonflement de l’eau.

**Solution de Exercice 39.12.**

L’étang perd de la [chaleur](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/34-chaleur-et-isolation#def-g5-heat-and-insulation-heat) vers l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) d’hiver par sa surface : l’eau de surface atteint donc $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ la première et sa glace s’y forme — et elle [flotte](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/5-flotter-et-couler#def-g1-floating-and-sinking-words), étant plus légère que l’eau à place égale, si bien qu’elle reste au-dessus. Ce couvercle de glace (et de neige) est une voie lente : il isole l’eau du dessous, dont la [chaleur](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/34-chaleur-et-isolation#def-g5-heat-and-insulation-heat) ne s’échappe plus que lentement vers le haut. L’eau profonde reste légèrement au-dessus de zéro tout l’hiver, et les poissons nagent sous un toit que leur étrange eau gonflante a bâti pour eux.

## 39.6 Problème : un kilogramme autour du monde

**Problème 39.1.**

Problème du week-end — un kilogramme d’eau de mer en grand voyage ; six portes, trois montagnes, un registre ininterrompu

Nous apposons une étiquette imaginaire sur $1\,\mathrm{kg}$ d’eau de mer et nous le suivons pendant un an.

**Partie I — la montée.**

1. Juin : le Soleil réchauffe la surface de la mer et notre [kilogramme](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) s’élève dans l’ [air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) , invisiblement. Nomme la porte qu’il a prise.
2. Quelle est la [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass) de notre [kilogramme](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) d’eau (désormais invisible) ? Quelle proposition le garantit ?
3. À $3000\,\mathrm{m}$ , l’ [air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) est froid : l’eau devient un nuage de gouttelettes. Nomme cette porte.
4. Plus froid encore, les gouttelettes deviennent des flocons. Nomme cette porte — la [solidification](#def-g6-water-states-changes) — et indique la [température](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres#def-g3-temperature-thermometers-temperature) à laquelle des gouttelettes de nuage d’eau pure commencent à [geler](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) .

**Partie II — le registre du glacier.** Notre [kilogramme](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) se pose sur un glacier et est comprimé en glace de glacier.

5. Sous forme d’eau, notre [kilogramme](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) occupait $1\,\mathrm{L}$ . Quel [volume](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/38-masse-et-volume#def-g6-mass-and-volume-volume) occupe-t-il à peu près sous forme de glace ?
6. Le front du glacier fond en été. Notre [kilogramme](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) devient de l’eau de fonte : quelle est sa [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass) maintenant, et son [volume](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/38-masse-et-volume#def-g6-mass-and-volume-volume) (redevenu de l’eau [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) ) ?
7. En descendant la montagne, $250\,\mathrm{g}$ de notre [kilogramme](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) s’évaporent d’une vasque de cascade ensoleillée. Quelle quantité de l’eau étiquetée poursuit sa route à l’état [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) dans le torrent ?
8. Le quart évaporé a-t-il quitté l’audit ? Dis où sont ses $250\,\mathrm{g}$ , et quelle porte ils prendront le plus probablement ensuite.

**Partie III — le retour, et les comptes équilibrés.**

9. Les $750\,\mathrm{g}$ du torrent atteignent la mer en octobre. Les $250\,\mathrm{g}$ évaporés sont retombés en pluie sur la côte en août et ont rejoint la mer en septembre. Additionne ce que la mer a récupéré de notre [kilogramme](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) .
10. Sur tout le voyage, notre [kilogramme](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) n’a été sans [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass) exactement jamais — mais il a été *invisible* deux fois. À quelles étapes, et dans quel état ?
11. Un camarade objecte : « La neige est duveteuse et légère — le [kilogramme](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) pesait sûrement moins sous forme de neige. » Démêle la confusion avec le bon couple de mots de cette année.
12. Écris le voyage comme une chaîne de portes, dans l’ordre, en n’utilisant que les six noms savants de [Définition 39.1](#def-g6-water-states-changes) .

**Solution de Problème 39.1.**

**1.** La [vaporisation](#def-g6-water-states-changes) (l’évaporation depuis la surface chaude). **2.** Toujours $1\,\mathrm{kg}$ — la [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass) survit aux changements d’état. **3.** La [condensation](#def-g6-water-states-changes). **4.** À $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. **5.** Environ $1.1\,\mathrm{L}$. **6.** [Masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass) $1\,\mathrm{kg}$ ; [volume](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/38-masse-et-volume#def-g6-mass-and-volume-volume) revenu à $1\,\mathrm{L}$. **7.** $1000 - 250 = 750\,\mathrm{g}$ poursuivent dans le torrent. **8.** Non : les $250\,\mathrm{g}$ chevauchent l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) sous forme de vapeur, intacts ; leur porte suivante la plus probable est la [condensation](#def-g6-water-states-changes) — en nuage, puis en pluie. **9.** $750 + 250 = 1000\,\mathrm{g}$ : le [kilogramme](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-units) entier est rentré à la maison. **10.** Invisible deux fois : sous forme de vapeur juste après avoir quitté la mer, et de nouveau sous forme de vapeur au-dessus de la vasque de la cascade — les deux fois à l’état gazeux. **11.** « Duveteux » parle de *[volume](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/38-masse-et-volume#def-g6-mass-and-volume-volume)* : la neige est faite de cristaux de glace lacés d’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air), qui prennent une place généreuse. La *[masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass)* de notre eau étiquetée est restée exactement $1\,\mathrm{kg}$ — léger-pour-la-place n’est pas léger-en-matière : le couple de mots, c’est [masse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/20-mesurer-la-masse#def-g3-measuring-mass-mass) et [volume](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/38-masse-et-volume#def-g6-mass-and-volume-volume). **12.** [Vaporisation](#def-g6-water-states-changes), [condensation](#def-g6-water-states-changes), [solidification](#def-g6-water-states-changes), [fusion](#def-g6-water-states-changes) — et, pour le quart évaporé : [vaporisation](#def-g6-water-states-changes), [condensation](#def-g6-water-states-changes) (la pluie), puis retour à l’état [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid). Quatre portes utilisées ; la [sublimation](#def-g6-water-states-changes) et la porte du [gaz](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-gas) vers le [solide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-solid) n’ont pas servi lors de ce voyage.