Questions to the experts

Est ce que de dire que la glace est de l'eau sous forme solide est suffisant? En d'autres termes faire la différence entre eau liquide et eau solide
ES

En admettant que l'eau se "transforme" en glace et réciproquement, les élèves sont dans le vrai à condition de définir ce qu'ils entendent par "transforme". Je suggère que pour faire comprendre qu'il s'agit d'une transformation de l'organisation spatiale des molécules H2O, on prenne l'exemple de cubes identiques en bois jetés au hasard sur la table, puis rangés dans une structure ordonnée, par exemple une pyramide. Ce sont les même cubes (des molécubes) mais dans des états de rangement différents. Il suffit de revenir ensuite aux molécules d'eau, avec leur structure bien définie (en forme de tête de Mickey) qui, accrochées chacune à deux voisines, soit s'entremêlent de façon totalement désordonnée (liquide), soit se rangent suivant une structure spatiale hexagonale rigoureuse (noter au passage que cette structure ordonnée occupe plus d'espace que la structure désordonnée du liquide, ce qui explique pourquoi la glace flotte). Et, pourquoi pas ne pas aller jusqu'à l'état gazeux, où les molécules se séparent et s'éloignent les unes des autres pour former la vapeur invisible?

Bonjour,

Je pense que l'expérience que vous proposez est déjà très satisfaisante pour illustrer le lien entre la glace et l'eau (liquide).

Afin de pouvoir appuyer vos dire, et ainsi permettre aux élèves de mieux assimiler le fait que la glace est de l'eau solidifiée, et que l'eau est de la glace qui a fondue, je vous propose une légère modification à votre expérience.

Protocole:
- Prenez un tube à essai (ou un verre) dans lequel vous disposez un peu d'eau (quelques millilitres).
- Préparez dans un bol un mélange réfrigérant (c'est à dire de l'eau et du sel, avec les proportions de 2/3 d'eau pour 1/3 de sel en masse).
- Montrez à vos élèves que dans le tube à essai on a bien de l'eau (liquide).
- Plongez le tube à essai dans le bol contenant le mélange réfrigérant afin de solidifier l'eau.
- La solidification arrive assez vite, ressortez le tube à essai et montrez aux élèves le résultats. Vous pouvez "démouler" le glaçon ainsi formé dans le tube à essai grâce à la chaleur de votre main qui tient le tube à essai (cela peut être plus visuel pour certains élèves de voir le glaçon en dehors du contenant).
- Remettez le glaçon formé dans le tube à essai et attendez qu'il ait fondu pour montrer que l'on obtient de nouveau de l'eau (on peut faire chauffer légèrement pour accélérer la transformation).

But de l'activité:
L'intérêt de cette manipulation réside dans le fait que l'on garde la même quantité de matière, que l'on fait passer d'un état liquide à un état solide, puis vice-versa. Je pense que pour certains élèves réticents à la notion proposée, cela devrait être plus parlant. On illustre ainsi également la réversibilité de la transformation. Cela peut être intéressant comme ouverture sur d'autres sujets.

Remarque: attention à ne pas perdre trop de volume d'eau en prenant le glaçon en main !

Plutôt que faire une autre expérience, c'est l'occasion de parler aux élèves des différences de vocabulaire entre le langage courant et le langage scientifique, qui doit être précis mais qui peut également être plus général que le langage courant, justement parce que la science permet d'aller au-delà des apparences.

Par exemple, on parlera facilement de "lumière ultra-violette" alors que la lumière est par définition ce qui permet d'éclairer quelque chose, mais que l'ultra-violet est invisible à l'oeil humain. C'est justifié une fois qu'on a compris que le rayonnement UV et le rayonnement visible ne sont pas de natures fondamentalement différentes, mais c'est évidemment contradictoire avec l'acception courante du mot "lumière".

C'est la même chose pour l'eau : au départ, c'est un liquide qu'on peut boire et qui coule dans les rivières, ou qui tombe du ciel. Et puis on observe que ce liquide se transforme en solide lorsque la température est suffisamment froide. On lui donne alors un autre nom, la glace, et même encore un autre nom : la neige, quand cette glace est très finement divisée et forme des flocons. Les cultures qui vivent au milieu de la neige une grande partie de l'année trouvent d'ailleurs extrêmement pauvre notre vocabulaire, et ont des tas de noms différents pour les divers types de neige !

Ce n'est pas l'expérience qui, dans ce cas, les convaincra, mais plutôt une réflexion sur le langage, l'utilité des mots : emploie-t-on un mot pour désigner une propriété pratique (on ne fait pas la même chose avec de la glace et de l'eau) ou pour désigner une nature chimique identique, commune à l'eau, à la neige et à la glace, ce qui demande déjà une compréhension profonde de la nature des choses, au-delà de leur apparence ?

L'apprentissage de différents niveaux de langage est à mon avis de la plus grande importance, et évite bien des incompréhensions entre le monde "ordinaire" et celui de la science, car les scientifiques oublient souvent qu'ils utilisent des mots courants mais dont le sens n'est pas du tout le sens courant !

La seule possibilité pour différentier entre changement d'état et transformation et répondre aux élèves (le mot transformation peut en effet avoir plusieurs significations) est de descendre au niveau des molécules et de leurs façons de se lier entre elles. Par la même occasion on pourra parler de la vapeur. On peut trouver facilement dans le commerce des modèles de molécules utilisables (ou du moins le matériel nécessaire pour les réaliser) . on peut alors les disposer de façon ordonnée et serrée (glace) ou de façon plus espacée mais avec quelques rapprochements (liquide) et enfin très espacés et sans contacts (gaz). On peut aussi se servir de jeux de constructions pour présenter le même type d'arrangements.

La réaction de vos élèves est très intéressante et même légitime : en gros, il faut leur prouver que ce qu'on avance est vrai. Si l'expérience que vous leur faite ne les convainc pas, il serait dans un premier temps intéressant de leur demander ce qui les convaincrait.
Concrètement, vous pourriez par exemple :
- fermer le contenant pour leur montrer que rien n'est ajouté ou enlevé,
- faire geler l'eau liquide puis faire fondre cette même glace et pas une autre pour leur montrer qu'on obtient de nouveau de l'eau,
- procéder à une pesée avant et après,
- enlever régulièrement l'eau du congélateur pour voir l'avancement de la congélation et constater qu'à un moment coexistent de l'eau liquide et de l'eau solide.
En tous les cas, tout ceci nous montre que la mise en doute de ce qu'on pense être une évidence peut déstabiliser !