Questions aux experts

Sans vouloir évoquer les problèmes de l'ordre sémantique, on peut considérer le sable comme un liquide, en quelque sorte. Surtout dans le cas des "lits fluidisés" ou un gaz est propulse, sous pression, à travers le sable et son comportement est encore plus "coulant"! En effet, cela me semble une question d'échelle: un grain de sable est visible à l'œil nu et est solide (rigide), tandis qu'une molécule de liquide est très petite et invisible (mais également assez rigide !). De même, les espacements entre les particules sont, respectivement "grands" et petits. Ceci évoque la nature des forces entre particules qui diminuent avec la distance. Ainsi les forces entre les grains de sable sont petites, mais celles entre les molécules de liquide (assez) grandes (ce qui limite la volatilité).

Quand on parle de liquide dans les livres, le plus souvent, on parle de l'un des états possibles d'un corps pur. L'eau est un corps pur (courant à défaut d'être simple), l'alcool, le butane vendu en bouteilles, aussi. Le sable n'en est pas un. C'est un ensemble de petits grains formés de corps purs à base de silicium, qui sont à l'état solide. Quand on casse du sucre "en morceaux" pour en faire du sucre "en poudre", le sucre ne change pas d'état : c'est un solide. Dire que le sable ou le sucre en poudre "coulent" est un abus de langage, du moins si couler est considéré comme l'une des propriétés caractéristiques des liquides, ce qui, comme l'absence de forme propre, se révèle donc insuffisant.
Dans un liquide, il y a du mouvement, même si habituellement on ne le voit pas (on dit que c'est un état désordonné). Ce n'est pas le cas d'un tas de sable. Il me semble que quelques expériences peuvent faire sentir la différence, sans conduire à une définition simple. On verse de l'eau dans un récipient, elle s'étale et la surface est plane. Avec le sable, on obtient un cône. Si l'on plonge son doigt dans l'eau et qu'on le retire, la surface redevient plane. Avec une surface plane de sable, il reste un trou. En versant une goutte d'encre dans de l'eau, on voit un nuage d'encre qui se promène. Dans le sable, la goutte s'étale un peu mais reste où elle est tombée.
Qu'en pensez-vous ?

Les physiciens sont très embarrassés pour donner une définition du liquide qui soit non ambiguë et exhaustive. Ils sont obligés de descendre au niveau moléculaire, et là, ils passent leur temps à énumérer les exceptions à leurs définitions. Je crois qu'au niveau de maternelle, il faut s'en tenir à une définition opérationnelle : un liquide, c'est ce qui se comporte comme de l'eau, et là, on énumère ensemble les propriétés de l'eau : elle coule, elle remplit complètement la forme du récipient, sa surface est plane et horizontale, elle se déforme indéfiniment. Puis on commence à comparer avec d'autres "liquides", de l'huile par exemple : tout est pareil, mais ça va plus lentement, surtout s'il fait froid, mais, en gros, c'est comme l'eau, donc c'est un liquide. Puis du sable. Là, tout n'est plus pareil, en particulier la surface n'est pas forcément ni plane ni horizontale, et puis ça ne coule pas tout de suite quand on commence à verser lentement. Donc, ça n'est pas un liquide puisque ça ne se comporte pas comme de l'eau. Il y a de quoi s'amuser pendant des heures.

On peut définir, de manière générale, un liquide comme une matière dont la forme s'adapte au récipient dans lequel elle est contenue.
Un liquide "coule" d'autant moins facilement que sa viscosité est élevée : par exemple, l'huile est plus visqueuse que l'eau, et elle coule moins facilement.
Dans le cas du sable, la matière est composée de grains indépendants les uns des autres : on ne peut pas considérer que la matière "coule", car le mouvement global de la matière est assuré par le glissement des grains de sable entre eux. Si on prend un seul grain de sable, qui est représentatif de la matière en elle-même, le grain possède une forme "propre", c'est à dire que sa forme (que vous pouvez observer avec une loupe par exemple), ne change pas si vous changez le grain de récipient.

Du temps d'Aristote, les choses étaient simples : les liquides étaient représentés par l'eau, et je suis persuadé qu'il n'aurait jamais pris du sable pour un liquide. De nos jours, (ne serait-ce pas une pure question sémantique), on cherche à donner une nouvelle définition du mot "liquide", qui élargit le concept jusqu'à des limites quasi infinies : pour le physicien, le verre est un liquide. Se sent-on capable de faire passer ce message en maternelle ? De même, la limite entre liquide et gaz est diffuse, il suffit de faire le petit voyage bien connu du tour du point critique. Et puis il existe d'autres états de la matière, d'autant plus subtils qu'ils sont plus exotiques, genre liquide superfluide ou cœur des étoiles à neutrons.
L'idée d'une définition opérationnelle du liquide et du solide (et du gaz) est séduisante, mais je la crains un peu périlleuse en maternelle. Et puis, si on veut absolument que du sable soit un liquide, il faut expliquer pourquoi, dès qu'on le mouille avec de l'eau, il devient presque un vrai solide

J'ajouterais qu'il est bon d'inculquer un peu de tolérance dans l'esprit des enfants. Je veux dire par là que tout n'est pas bon ou mauvais, noir ou blanc, solide, liquide ou gazeux, un point c'est tout.
Certaines choses, l'eau de la mer à la plage, sont des liquides ; d'autres, les briques d'une maison, sont des solides ; d'autres encore, l'air, le butane à l'extérieur de la bouteille, sont des gaz. Et puis on peut, avec de l'imagination et de l'observation, voir qu'il y a toutes sortes d'assemblages qui ont des propriétés intermédiaires.
Je trouve l'exemple du sable mouillé superbe. Il fait REFLECHIR, au lieu d'être posé comme un dogme (de plus). Et il concerne un objet parfaitement familier.