Solide, liquide, gazeux

December 10, 2018

Bon, je vous avais prévenus, qu'on ne resterait pas longtemps sans trier ... 😊

Voici ce soir une petite séquence sur les états de la matière, et devinez comment elle commença ?

Par une activité de tri, bien sûr ! 😊

Tout au long de cette séquence, vous allez voir, j'avais très précisément en tête les objectifs poursuivis. Nous sommes très loin du unschooling ici, il s'agit d'une séquence bien plus guidée qu'elle n'y parait ! Si ce choix pédagogique vous intéresse, je vous renvoie en fin d'article pour en débattre tranquillement. À tout à l'heure !! 😉

Et tout de suite, le vif du sujet (ô combien palpitant à mon avis !!) :

Séance 1 : Identification

1. Mon premier objectif était d'amener les enfants, et en particulier Louiselle, à identifier, autour d'eux, les trois états de la matière. C'est donc parti pour une petite chasse aux trésors ! 🎉🎉🎉

Je commence par monter une petite invitation plutôt minimaliste : trois plateaux vides sur la table, étiquetés respectivement "Solide", "Liquide" et "Gaz". Je déclare aux enfants, rapidement alléchés, qu'ils sont libres de remplir ces plateaux comme bon leur semble, avec TOUT ce qu'ils souhaitent prélever à la maison ou au jardin - bon, vu le temps, nous resterons à la maison. 😊

J'émets tout de même une restriction : on ne prend pas d'êtres vivants ! Je n'explique pas pourquoi aux enfants à ce stade, mais la matière organique est trop complexe pour tomber scientifiquement sous mes petites catégories du jour.

Les enfants décident de commencer par les liquides, et réfléchissent rapidement qu'ils ont besoin de récipients pour les contenir : "On a le droit de prendre un verre ? Le liquide, c'est ce qu'il y a DANS le verre, hein, d'accord ?". Les verres sont piochés dans le placard et remplis d'eau, d'huile, de liquide vaisselle, de shampoing, de vinaigre ... On verse, on touche du bout du doigt, on laisse quelques gouttes retomber ... Oui, voilà bien des liquides !!

Les solides sont vite réglés : divers objets raflés à gauche et à droite sont jetés sur le plateau ... et le Damoiseau, qui connait ses classiques, pense spontanément et en premier lieu à y poser un glaçon ... me coupant ainsi l'herbe sous le pied de façon magistrale, mais passons. 😀

Pour le gaz, je m'attendais à des difficultés. Je m’apprêtais à souffler dans le plateau, à agiter les mains au-dessus de lui ... Mais Antonin, qui décidément est habitué à manipuler de l'eau dans tous ses états, a tout de suite une idée : il fait bouillir de l'eau dans la bouilloire, qu'il pose sur le plateau et ouvre en grand. "Voilà, ce qui s'échappe, là, en faisant de la fumée, c'est du gaz !"explique-t-il, satisfait.

2. Le moment est venu de dégager les caractéristiques de chacun de ces états. Je pose alors une question vache 🐮: "Pourriez-vous décrire les solides, en trouvant ce qu'ils ont tous en commun ?". Oui, c'est dur ...

C'est si dur, qu'on décide de commencer par trouver ce qui caractérise les liquides. Car cela saute aux yeux lorsqu'on regarde le plateau : les liquides sont tous contenus dans un verre.

"Les liquides ont besoin d'être dans des récipients", dit Antonin.

"Les liquides coulent", ajoute Louiselle.

"Le miel, c'est liquide ou solide ?", demande Antonin.

S'ensuit donc une manipulation-cracra-comme-il-se-doit : nous déposons du miel à même la table (le nôtre est du genre visqueux), et nous constatons qu'il se répand. Lentement, certes, mais sûrement. Puisqu'il n'est pas contenu dans un récipient, notre miel finit par faire une flaque. Nous recommençons avec du sirop d'agave - pour être sûrs - et tranchons : nous sommes en présence de liquides.

- Nous revenons à nos solides :

"Ah, ben c'est l'inverse, dit Louiselle. Ils tiennent tout seul, sans récipient."

Avec un peu d'aide, les enfants verbalisent le fait que les solides ont tous une taille et une forme. Nous manipulons les objets du plateau quelques minutes, histoire de constater à quel point les solides peuvent être différents les uns des autres : certains sont durs, d'autres souples, doux, translucides, lourds ...

"Et le sel ? demande Antonin. Si je verse du sel sur la table, il va couler partout. Il a besoin d'un récipient, mais ce n'est pas un liquide !" Nous tentons donc l'expérience derechef et versons du sel directement sur la table. Effectivement, nous constatons qu'au début cette substance se comporte comme un liquide, et se répand. "C'est parce que ce sont de tout petits grains", dit Louiselle. Mais au bout de quelques secondes, la matière s'organise et de petits tas s'érigent ... Nous nous souvenons d'ailleurs des immenses tas de sel que nous avions vu à Aigues-Mortes ... Le sel tient tout seul, ce n'est donc pas un liquide !

(Cependant, nous recommençons tout de même avec du sucre. Pour être sûrs. 😄)

- Nous terminons par le plus difficile : le gaz.

"L'air, c'est du gaz", dit Louiselle.

Nous peinons à aller au-delà de cette assertion et établissons donc une conclusion provisoire en disant que tout ce qui se comporte comme l'air est du gaz. Je demande aux enfants si l'air peut être contenu dans un récipient. Oui, bien sûr, sans hésiter. Les voilà qui partent en chasse avec des verres pour attraper l'air de la cuisine. 😅

"Mon verre est plein d'air, dit Louiselle.

- Prouve-le moi, dis-je, parce que je ne vois rien. Peux-tu me faire sentir l'air ?"

Nous cherchons comment : nous respirons fort dans le creux de notre main pour sentir notre souffle contre notre visage, nous gonflons des ballons de baudruche, nous soufflons des bulles (avec la bouche et avec le nez), nous sortons au jardin pour sentir le vent sur notre visage.

"D'accord, dis-je. Vous m'avez convaincue. Les gaz sont souvent invisibles, mais on peut les sentir avec notre peau. Mais il y a une autre façon de sentir certains gaz, écoute bien : c'est avec ton nez. Tous les parfums sont des gaz ; tout parfum, agréable ou non, arrive sous forme de gaz dans ton nez. Nos yeux ne sont pas très forts pour détecter les gaz, mais notre nez s'en sort assez bien."

C'est le moment de glisser une petite leçon de sécurité domestique ! 🚫🚫🚫 "Attention, certains gaz sont des poisons pour l'homme. Par exemple, le gaz que nous utilisons en cuisine, le butane, est toxique. Si vous sentez une odeur déplaisante, attention : votre nez vous envoie un signal de danger. Éloignez-vous tout de suite, allez respirer de l'air frais et prévenez un adulte au plus vite."

Petit challenge pour terminer cette séance : "Peux-tu identifier dans ton corps les parties gazeuses, liquides et solides ?" L'exercice n'a posé aucune difficulté :

L'air des poumons et les flatulences : des gaz !

La salive, le pipi et le sang : des liquides !

Les os, les muscles, les cheveux et les dents : des solides ! 😊

Séance 2 : Une question de température

1. La fusion.

Notre regard se pose sur le glaçon qu'Antonin avait placé sur le plateau des solides en début de séance. À raison : un glaçon, c'est solide, pas de doute. Sauf qu'il est en train de fondre dans la douce chaleur de la cuisine, et qu'est-il donc en train de devenir ? Un liquide ! "Mais si je le remets au congélateur, dit Antonin, il redeviendra solide."

"Ah, mais alors, demandè-je. L'eau, c'est un solide, ou c'est un liquide ?"

Oui, c'est encore une question piège 🐮, dans laquelle les enfants s'empêtrent quelques minutes. Je les aide un peu :

"Bon, quand Antonin a pris l'eau au congélateur, elle était comment ?

- Solide !

- Et à présent, comment est cette eau ?

- Liquide !

- Liquide, solide ... En fait ces mots disent comment est la matière en ce moment. Car la matière peut changer d'état ! Elle peut devenir liquide, puis solide, puis redevenir liquide. Mais qu'est-ce qui la fait changer comme ça ?

- ...

- Pourquoi le glaçon est-il en train de fondre ?

- Parce qu'il fait chaud !

- Ce qui fait changer la matière, c'est la température. Si la température monte, que se passe-t-il pour notre glaçon ?

- Il fond !

- Le solide se transforme en liquide. On dit qu'il fond, effectivement. Et si la température descend ?

- L'eau se transforme en glace !

- Le liquide se change en solide, il gèle."

Mais il n'y a pas que l'eau qui se comporte ainsi. Tenez, par exemple : la cire ! Elle fond à la chaleur de la flamme, et coule. Mais si je fais tomber une goutte de cire sur la table fraiche, elle se fige rapidement et redevient solide.

Et le beurre ! Dans le réfrigérateur, le beurre est solide. Mais si je le chauffe dans une casserole, il fond.

Et si j'attends quelques minutes, la casserole refroidit. Au contact de cette fraicheur, le beurre se fige à nouveau ...

Est-ce que tous les solides fondent ? Qu'en est-il des solides très ... solides ? Qu'en est-il des métaux, du verre, des roches ? Les enfants savent bien que nos minéraux fondent à des températures très élevées - Antonin aime répéter que la pyrite fond à 1777°C, et qu'elle résisterait même si on la jetait dans un volcan ! Nous visionnons à ce stade quelques petites vidéo sur Youtube : celle-ci montre une coulée d'acier en fusion, et celle-là la manipulation du verre liquide. Cette dernière montre de près l'écoulement de la roche en fusion (lave basaltique). Impressionnant !

2. L'évaporation.

Donc, les solides fondent en liquides ... Et si la température augmente encore ?

Je propose de faire bouillir quelques millilitres d'eau dans une petite casserole. Les enfants ne la quitte pas des yeux : elle frémit, elle s'agite ... Elle disparait !

"Encore !!"

Nous recommençons. Où est passé l'eau ? Elle est passé dans l'air sous forme de gaz ... En y prêtant bien attention, on pourrait sentir, d'ailleurs, que l'air de la cuisine est plus humide ...

Il en est de même des autres matériaux. Les métaux, par exemple, s'évaporent, mais à des températures extrêmement hautes !!

Chaque substance a une température spécifique pour changer d'état. Nous passons en revue les fiches d'identité des minéraux de notre collection qui précisent le point de fusion pour chacun d'eux : 1777°C pour la pyrite, 1650°C pour le quartz, 1565°C pour l'hématite ... La vapeur de roche est, quant à elle, produite par l'évaporation d'une roche en ébullition - comptez quelques 3000 ou 4000 gentils petits degrés Celsius pour assister au phénomène ... 😁

Séance 3. La matière

Pour conclure, je désigne le vaste monde d'un large geste théâtral :

"Les solides, les liquides, les gaz ... Tout cela, c'est de la matière. Ce sont différents états de la matière. Le monde est constitué de matière, soit liquide, soit solide, soit gazeuse. Souvent, les choses ou les êtres sont un mélange entre ces trois états, comme nous, les humains."

"Mais c'est quoi, la matière ?, demandè-je après quelques seconde de pause savamment ménagée.

- Ben, c'est du liquide, ou du solide ou du gazeux, répondent les enfants finement.

- Oui, mais peut-on la définir autrement ?"

Je sais, j'enchaine les questions 🐮🐮🐮, et franchement, la réponse à cette question est très difficile. Je les guide en les encourageant à regarder les objets autour d'eux.

"On peut dire que la matière, ça prend de la place.", lâche finalement Antonin.

Yes.

"Mais alors tout est matière, dans notre monde ? Pourriez-vous me citez une chose qui ne soit pas de la matière ? Qui ne prenne pas de place ?"

Et bien, croyez-moi si vous voulez, mais Antonin m'a répondu du tac-au-tac :

"La lumière !"

Je n'en revenais pas !!

"Et le son.", a-t-il enchainé. 😶😶😶

En regardant autour de nous, nos yeux sont tombé sur le poêle allumé et nous avons trouvé un troisième exemple : la chaleur. Nous observons la flamme : qu'est-ce que c'est ? C'est de la chaleur et de la lumière. La flamme n'est ni solide, ni liquide, ni gazeuse.

"C'est de l'énergie. L'énergie n'est pas de la matière, c'est une autre chose que l'on trouve dans l'univers. Notre monde est composé de matière et d'énergie."

Fin de l'épisode. Merci à ceux qui l'ont lu jusqu'au bout ! 😄

Je souhaitais terminer par deux remarques rapides :

1. Comme je le disais plus haut, cette séquence était savamment orchestrée. Pour tout vous avouer, je l'avais même écrite - enfin, j'avais griffonné sur une petite fiche la manière dont les différents concepts abordés étaient liés les uns aux autres.

Pour être complètement honnête, je n'ai compris qu'à 30 ans la conclusion qu'ont construite mes enfants lors de cette séquence : nous, les Hommes, percevons deux dimensions à notre monde physique, qui sont la Matière et l’Énergie. Voici la base de notre Science, et c'est de ces concepts que va découler tout le reste : l'étude de la nature de la matière, bien sûr, mais aussi la science de la vie, la science physique, l’ingénierie et la technologie, et l'étude de la Terre et de l'Espace.

Dire qu'on me demandait de "faire des sciences" alors qu'on ne m'avait jamais expliqué cela ! J'avais toujours l'impression de n'y rien comprendre et j'avais la certitude d'être nulle ... Je sais aujourd'hui qu'il n'en était rien !! (J'ai d'ailleurs épousé le plus grand des scientifiques, et nous parlons Sciences à tout va ! Na !).

2. Voulez-vous savoir ce qui fut le plus magique lors de cette séquence ? Ce fut de voir mes enfants s'émerveiller au spectacle de quelques gouttes d'eau en ébullition au fond d'une casserole. Mais oui : pour cette séquence, nul "effet spécial" ne fut requis... Mais la Nature, toute brute, toute simple, avec ses glaçons qui fondent et sa cire qui ruissèle, est autrement plus captivante qu'une expérience tralalaboum-boum (je suis sûre que vous voyez ce que je veux dire ...).

Expériences tralalaboum-boum (que nous aimons beaucoup - beaucoup quand même !! 😁 )

C'est peut-être ça, grandir : s'émerveiller de l'ordinaire.

Ils grandissent, mes petits !! ❤❤❤

😊

28 comments

Chutmamanlit16:34
Olala, ces enfants sont bluffants, j'aurais été incapable de répondre à toutes ces questions du tac au tac je crois ! Heureusement, j'ai bientôt ma chance de redécouvrir cela avec mon Lardon !
Merci encore pour ce partage, j'aime beaucoup les articles de ta série "tri", c'est vraiment chouette de voir la pensée se former !
ReplyDelete
Replies
Marie-Eve09:48
Ce sont des notions qu'en passionnée de science j'ai hâte de pouvoir approcher avec mes petitounes, mais effectivement il y a des points difficiles à expliquer sur lesquels vos enfants ont mis les doigts comme pour l'histoire du sel. Quelques enrichissements possibles, ou quelques points embêtants pour lesquels je n'ai pas de solution facile :

Sur un tissu déperlant, ou même sur la surface d'une table, l'eau reste en petites gouttelettes à cause de la tension superficielle. Un peu comme les petits tas de sel.

Le miel se comporte +/- comme un solide, d'ailleurs le mot clé est inscrit sur le pot des miels les plus durs : miel cristallisé. Qu'en est-il des miels crémeux ? En fait le miel est une sorte de mélange solide + liquide avec de l'eau et des sucres qui cristallisent +/- en fonction des fleurs d'origine.

L'état solide ou liquide du verre refroidi et figé est très discuté : https://dailygeekshow.com/209363/ peut-être bien que tout était liquide sur le plateau central.

Certains solides coulent d'ailleurs très lentement : https://fr.wikipedia.org/wiki/Exp%C3%A9rience_de_la_goutte_de_poix

On sert aux enfants l'image de l'eau gazeuse qui s'échappe des casseroles, mais l'eau gazeuse est invisible. La fumée c'est de l'eau liquide en suspension comme dans les nuages. Les bulles dans le liquide sont indiscutablement du gaz, par contre, composé d'abord de CO2 et O2 puis d'eau.

Je ne connais pas de gaz visible facilement, mais on peut verser du gaz. Le CO2 est plus dense que le N2 de l'air, il reste donc au fond d'un bécher (même s'il finit par se rééquilibrer avec le temps) et on peut le verser au dessus de la flamme d'une bougie pour l'éteindre. Pour récupérer du CO2, on peut prendre une bombe pour vélo ou aquariophilie ou faire un petit montage pour récupérer celui de vieux comprimés effervescents périmés. http://physique.buil.pagesperso-orange.fr/activ_5e/co2_compr.pdf

Pour ressentir agréablement la pression du gaz dans sa bouche, quoi de mieux que les bonbons ou chocolats pétillants avec du CO2 sous pression entouré de sucre ? C'est un mini feu d'artifice dans la bouche, j'aime trop le sucre pétillant.
ReplyDelete
Replies
Marie-Eve09:48
La pomme (qui est vivante) est composée de plus de 80% d'eau liquide, si vous en pesez un morceau avant et après carbonisation vous pourrez faire le calcul vous même. Si vous le faites dans un tube à essai, l'eau deviendra visible en se condensant sur les parois (mais le tube à essai est sacrifié dans l'histoire, irrécupérable après carbonisation de la pomme).

Avec l'Histoire de la théorie de la dérive des continents, on peut introduire un nouvel état. Wegener et Suess imaginaient les continents comme des radeaux légers flottant sur le fond des continents dense et liquide (caché sous l'eau des océan, personne ne pouvait aller voir à l'époque). Mais en étudiant les ondes sismiques, dont les ondes S qui ne se propagent pas dans les liquides, Gutemberg a montré que la Terre était solide sur ses 3000 premiers Km de profondeur, impossible donc d'y faire naviguer des continents. Au final il existe une couche de roches solides mais très proches de leur température de fusion, de ce fait elles laissent passer les ondes S mais sont lentement déformables et permettent le déplacement de la lithosphère au dessus. Ce sont des roches ductiles, un peu comme de la pâte à modeler mais avec une notion d'échelle de temps et de forces appliquées en plus puisque ces roches sont cassantes si on tape dessus mais se déforment lentement sans casser de quelques cm/an. De même, on casse facilement un glaçon, mais les glaciers s'écoulent doucement à l'échelle des milliers d'années.

Si la vapeur de roche existe, les pluies de petits cailloux aussi. Sur Corot 7b, une planète roche de son soleil et lui présentant toujours la même face, il fait assez chaud pour créer de la vapeur de roche. Du coup il y a un cycle de la pierre avec évaporation, condensation en altitude et pluie de petits cailloux. https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-averses-pierres-exoplanete-corot-7b-20793/

Faut que je m'arrête ici, le travail m'appelle, n'empêche que c'est un sujet passionnant.
ReplyDelete
Replies
Hélène10:02
C'est génial et très intéressant.... Même si les miens sont plus grands, je suis presque sûr, qu'ils ne se sont pas posés toutes ses questions... Donc, je vais leur faire aussi... ��
ReplyDelete
Replies
Claire-Marie11:03
Il faut juste trouver le temps mais j'en connais une qui va adorer. Merci beaucoup !
ReplyDelete
Replies
Agnès11:06
C'est extrêmement intéressant. Il daudra que j'attende un peu pour ici. Ma plus grande n'a "que" 5 ans. Et ca serait dommage de lui faire cette activité toute seule sans l'interaction de son frère ou sa petite soeur. En tous cas très belle progression.
ReplyDelete
Replies
Anonymous11:22
Merci de partager ces expériences. J'ai appris 2, 3 choses moi sur la fin de cette expérience. Je suis tentée de la reproduire avec mes filles.
ReplyDelete
Replies
elodes13:26
Passionnant! J'aurais également adoré que l'on m'explique les sciences de cette manière là. Et je sais maintenant comment je m'y prendrai pour amener mon fils sur ce chemin-là. Merci Elsa pour ce partage très enrichissant.
ReplyDelete
Replies
Séco14:24
C'est rigolo, je suis justement entrain de chercher une manière ludique de faire "réviser" à mon fils sa leçon sur l'eau. En classe de CE1 ils ont regardé un glaçon fondre pendant 10 min, ils devaient dessiner ce qu'ils voyaient à intervalles réguliers... et ils ont ADORE! Quelqu'un connaît un site avec un dessin sympa où il faudrait recoller les étiquettes type "fusion", "condensation", etc... merci!
ReplyDelete
Replies
Gwen21:33
Tiens ça me rappelle que j'ai un fichier sur les différents états qui traine dans mon pc et qui ne demande qu'a être terminé depuis plus d'un an :p (j'avais même acheté un kit de fabrication de bougie dans ce but ;) ).
Je vais voir pour le dépoussiérer. Mais j'ai tellement de chose en cours que je sais plus où donner de la tête.

En tout cas ta présentation est vraiment très bien. J'adore.
ReplyDelete
Replies
Le Labo de Luxie et Kwant09:38
Tout simplement merveilleux <3 <3 <3
ReplyDelete
Replies
Boutdechou en Eveil12:21
Superbe séquence, très bien détaillée, merci beaucoup pour toutes ces belles idées !

Je commence cette année la maternelle : un bonheur mais également des remises en question et des préparations ! Je suis depuis peu en congé maternité. Je n'ai pas réellement fait de "sciences" en tant que telle avec des observations, des questionnements, des expériences mais j'aime cela et c'est l'un des points que je compte améliorer l'année prochaine.
Merci pour ce que tu proposes, cela m'aidera très certainement. J'avais beaucoup aimé aussi ta séquence sur l’électricité... Je me demandais si tu avais déjà abordé le thème des aimants ? Belle journée !
ReplyDelete
Replies
Floriane07:30
Déçue des effets spéciaux ;-)
Mais très bon article qui nous prouve aujourd'hui que grâce à nos enfants et ensemble on peut encore apprendre bien des choses, que les expériences scientifiques sont formatrices et que nous sommes formidables... Bon ça fait beaucoup non ? Moi, j'ai lu jusqu'à la fin ! :-)
ReplyDelete
Replies
Binta11:21
Magnifique. On passe un bon moment rien qu'en lisant l'article déjà.
ReplyDelete
Replies
chloé14:58
Merci beaucoup, c'était parfait! Alors si chez moi ma fille de 5 ans a tout de suite compris le principe des liquides et des gaz (quand je lui ai demandé de me citer quelque chose de gazeux elle m'a dit "uranus!"), des changements d'état de la matière en fonction de la température... elle a beaucoup plus de mal à accepter qu'on nomme "solides" des objets mous, fragiles, friables... pour elle, notre vieux canapé moelleux n'est pas un solide! C'est drôle.
ReplyDelete
Replies
M.C.O17:53
Merci pour cette séquence. Ce serait super de la reproduire chez nous, je vais y penser ;)
ReplyDelete
Replies
Les Montesouricettes18:40
Vraiment un très bel article ! Les compléments de Marie-Eve dans les commentaires sont aussi très instructifs, je m'apprêtais à commenter pour mettre en garde que la "fumée" au-dessus de la casserole n'était pas gazeuse (en gros, à chaque fois que l'on voit quelque chose, brouillard, brume, condensation sur les vitres, on a affaire à un liquide) mais elle l'avait déjà fait.

On pourrait aussi prolonger (mais peut-être avec des plus grands) avec le plasma ou les mélanges du type eau + fécule de maïs, qui sont bien des liquides mais avec des propriétés surprenantes.

Et pour les adultes, la question est beaucoup plus complexe qu'elle n'en a a l'air, puisqu'on n'a toujours pas résolu la dualité onde-corpuscule : la lumière, suivant les cas, doit être modélisée comme une onde, donc un déplacement d'énergie, ou comme un ensemble de photons, donc de la matière qui se déplace.

Je crois que la grande leçon que tu as mise en évidence, c'est qu'il y a vraiment de quoi être émerveillés par le monde qui nous entoure !!!
ReplyDelete
Replies