Changements d'état de l'eau: Fusion et Solidification

Les changements d'état de l'eau offrent une opportunité idéale pour ancrer les apprentissages dans l'observation concrète et la mesure. Les élèves voient directement la matière se transformer tandis que la température reste stable, ce qui rend le concept de palier thermique tangible et mémorable.

• CE2
• Explorateurs du Monde et de la Matière
• 3 activités
• 15 min–45 min

Objectifs d’apprentissage

1. Expliquer le processus de fusion de la glace en eau liquide en identifiant le rôle de la température.
2. Décrire le processus de solidification de l'eau en glace en identifiant le rôle de la température.
3. Comparer les observations de température pendant la fusion et la solidification pour identifier un palier thermique.
4. Calculer la durée de chaque changement d'état à partir de relevés de température effectués à intervalles réguliers.
5. Représenter graphiquement l'évolution de la température au cours des changements d'état de l'eau.

Cercle de recherche

⏱ 40 min·Petits groupes

Investigation collaborative : La course de la fonte

Chaque groupe reçoit un glaçon identique et un thermomètre. Ils relèvent la température toutes les deux minutes et tracent la courbe au tableau. La comparaison des courbes entre groupes permet de vérifier la reproductibilité du palier à 0°C.

Préparation et détails

Expliquez le processus de fusion et de solidification de l'eau.

Conseil de facilitation: Préparez des gobelets identiques pour chaque groupe afin que les mesures de température soient comparables pendant La course de la fonte.

Setup: Groupes en îlots avec accès aux ressources documentaires

Materials: Corpus de documents sources, Fiche de suivi du cycle de recherche, Protocole de formulation de questions, Canevas de présentation des résultats

• Analyser
• Évaluer
• Créer
• Autogestion
• Conscience de soi

Penser-Partager-Présenter

⏱ 15 min·Binômes

Penser-Partager-Présenter: La température s'arrête-t-elle vraiment ?

Après l'expérience, l'enseignant demande : « La température a-t-elle arrêté de descendre ou de monter à un moment ? » Chaque élève consulte sa courbe, en discute avec son voisin, puis les binômes partagent leur conclusion avec la classe.

Préparation et détails

Analysez l'impact de la température sur les changements d'état de l'eau.

Setup: Disposition de classe standard ; les élèves se tournent vers leur voisin

Materials: Consigne de discussion (projetée ou distribuée), Optionnel : fiche de prise de notes pour les binômes

• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Conscience de soi
• Compétences relationnelles

Rotation par ateliers

⏱ 45 min·Petits groupes

Rotation par ateliers: Fusion et solidification

Trois ateliers : fondre un glaçon en le tenant dans ses mains et mesurer la durée, placer un petit pot d'eau au congélateur (observation différée), et trier des images de situations de fusion/solidification dans la nature (verglas, fonte des neiges, stalactites de glace).

Préparation et détails

Prédisez ce qui se passe lorsque la glace est chauffée ou l'eau est refroidie.

Setup: Tables ou bureaux organisés en 4 à 6 pôles distincts dans la salle

Materials: Fiches de consignes par station, Matériel spécifique à chaque activité, Minuteur pour les rotations

• Mémoriser
• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Autogestion
• Compétences relationnelles

Enseigner ce sujet

Commencez par des manipulations simples et visibles pour ancrer les concepts. Évitez les explications trop théoriques avant l'observation. Les élèves ont besoin de temps pour constater par eux-mêmes le plateau thermique. Un questionnement guidé après chaque activité renforce la compréhension et corrige les idées reçues.

À quoi s’attendre

Les élèves décrivent avec précision les étapes de fusion et de solidification, identifient le palier thermique à 0°C, et expliquent pourquoi la température ne varie pas pendant le changement d'état. Ils utilisent le vocabulaire scientifique adapté et relient leurs observations aux mesures réalisées.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

During Investigation collaborative : La course de la fonte, watch for élèves who believe the temperature keeps dropping as long as ice remains in the glass.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pendant l'activité, demandez aux élèves de noter la température toutes les minutes. Montrez-leur ensemble que la température se stabilise à 0°C tant qu'il y a coexistence de glace et d'eau liquide, même si le temps passe.

Idée reçue courante

During Station Rotation : Fusion et solidification, watch for élèves who think the container's size or shape changes the freezing temperature of water.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pendant la rotation, faites comparer les relevés de température de plusieurs groupes utilisant des récipients différents. La classe constate que le point de solidification reste toujours à 0°C, quel que soit le contenant.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

After Investigation collaborative : La course de la fonte, demandez aux élèves de dessiner deux schémas : un montrant la fusion de la glace et un autre la solidification de l'eau. Ils légendent chaque schéma avec le nom du changement d'état et indiquent la température observée (0°C).

Question de discussion

After Penser-Partager-Présenter : La température s'arrête-t-elle vraiment ?, présentez aux élèves un graphique montrant l'évolution de la température de l'eau lors d'un changement d'état. Posez les questions : 'Que se passe-t-il entre la minute 5 et la minute 10 ? Comment expliquez-vous que la température ne change pas ? Quel nom donne-t-on à ce phénomène ?'

Vérification rapide

During Station Rotation : Fusion et solidification, demandez à quelques élèves de lire la température affichée par le thermomètre et de la noter sur une ardoise. Vérifiez rapidement la cohérence des mesures et l'exactitude de la lecture.

Extensions et étayage

• Challenge : Proposez aux élèves de tester la fusion et la solidification avec de l'eau salée. Ils comparent les températures et expliquent les différences observées.
• Scaffolding : Pour les élèves en difficulté, fournissez un tableau pré-rempli avec des cases à cocher pour noter les températures et les états de l'eau à chaque étape.
• Deeper : Invitez les élèves à rechercher pourquoi la température reste stable pendant le changement d'état, en lien avec l'énergie thermique et les liaisons moléculaires.

Vocabulaire clé

Fusion	Transformation de l'eau de l'état solide (glace) à l'état liquide par augmentation de la température.
Solidification	Transformation de l'eau de l'état liquide à l'état solide (glace) par diminution de la température.
Palier thermique	Période pendant laquelle la température reste constante malgré l'apport ou le retrait de chaleur, comme lors d'un changement d'état.
Thermomètre	Instrument utilisé pour mesurer la température, essentiel pour observer les changements d'état de l'eau.