Solide, liquide, gaz : les trois visages de la matière

Tout est fait de particules

La matière est faite de particules minuscules — atomes et molécules — trop petites pour être vues, même au microscope ordinaire.

Ce qui distingue un solide d'un liquide ou d'un gaz, ce n'est pas la nature de ces particules : c'est la manière dont elles sont rangées et l'énergie avec laquelle elles bougent.

Les trois états

Solide. Les particules sont serrées et tiennent leur place. Elles vibrent, mais ne se déplacent pas les unes par rapport aux autres. Un solide garde sa forme et son volume : une pierre reste une pierre.

Liquide. Les particules restent proches mais peuvent glisser les unes sur les autres. Un liquide garde son volume mais prend la forme du récipient : verse un litre d'eau dans une bassine, elle s'étale, mais il y a toujours un litre.

Gaz. Les particules sont très espacées et filent dans tous les sens. Un gaz n'a ni forme ni volume propres : il occupe tout l'espace disponible. Ouvre un flacon parfumé dans un coin de la pièce, et l'odeur finit par arriver partout.

Les changements d'état

• Fusion : solide → liquide (la glace fond).
• Solidification : liquide → solide (l'eau gèle, la lave se fige en basalte).
• Vaporisation : liquide → gaz (l'eau bout, ou s'évapore lentement).
• Condensation : gaz → liquide (la buée sur une bouteille froide sortie du frigo).

Chauffer, c'est donner de l'énergie aux particules : elles s'agitent davantage et finissent par rompre ce qui les retenait. Refroidir, c'est l'inverse.

Un détail qui compte : la température ne monte pas pendant le changement

Pose une casserole d'eau sur le feu et mesure. La température monte jusqu'à l'ébullition, puis cesse de monter tant qu'il reste de l'eau liquide, même si tu chauffes plus fort.

Toute l'énergie apportée sert alors à séparer les particules, pas à les agiter davantage. C'est pourquoi monter le feu au maximum ne cuit pas plus vite une fois l'ébullition atteinte : cela ne fait qu'évaporer l'eau plus rapidement, et gaspiller du charbon.

L'eau, cas particulier

La plupart des substances se contractent en devenant solides. L'eau, elle, gonfle en gelant. Une bouteille pleine oubliée au congélateur éclate.

Cette anomalie a une conséquence énorme : la glace, moins dense que l'eau liquide, flotte. Les lacs et les mers gèlent donc en surface, et la vie continue en dessous. Si la glace coulait, les plans d'eau gèleraient du fond vers le haut.

Et la buée sur un verre d'eau fraîche

Ce n'est pas le verre qui « transpire ». C'est la vapeur d'eau contenue dans l'air ambiant — et il y en a beaucoup dans l'air équatorial — qui se condense au contact de la surface froide. Sous notre climat, le phénomène est immédiat.