Guide 6e - De quoi est fait le monde ? Matière et matériaux

Séquence 2.2 : L’eau, une matière bien particulière
Auteurs : Equipe La main à la pâte(plus d'infos)
Résumé :
Des expériences montrent que le vivant est composé d’eau en proportions variables. L’eau peut se déplacer par capillarité. Elle se présente sous trois états : solide, liquide et gazeux. La vie, telle que nous la connaissons, pourrait éventuellement se développer sur une autre planète hors du système solaire, si cette planète contenait de l’eau et si sa distance à son étoile offrait des conditions telles que cette eau puisse être liquide.
Publication : 26 février 2013

Séquence 2.2 : L’eau, une matière bien particulière

Fil directeur :

Des expériences montrent que le vivant est composé d’eau en proportions variables.

L’eau peut se déplacer par capillarité.

Elle se présente sous trois états : solide, liquide et gazeux.

La vie, telle que nous la connaissons, pourrait éventuellement se développer sur une autre planète hors du système solaire, si cette planète contenait de l’eau et si sa distance à son étoile offrait des conditions telles que cette eau puisse être liquide.

2.2.1. Eau liquide et vie

Matériel nécessaire : végétaux (par exemple encore le concombre), étuve, sacs en plastique ou cloche en verre, fleurs coupées, eau colorée.

Situation déclenchante et exemples d’activités

On a vu dans la séquence 1 que la présence d'eau influence la répartition du vivant. Peut-on retrouver cette eau quelque part ? Où ? Comment peut-elle s’introduire dans une plante ?

Les enfants imaginent des protocoles, par exemple, dessécher des végétaux et mesurer la masse avant et après. Pour savoir si c’est bien de l’eau qui est partie, on peut essayer de placer une cloche dessus et observer si des gouttelettes d’eau se déposent sur les parois.

Des tableaux indiquant la teneur en eau peuvent être analysés : les organismes vivants contiennent de l'eau en proportion variable. A l’état de vie ralentie, certains contiennent très peu d’eau, c’est le cas des graines ou des tardigrades par exemple.

Le phénomène de capillarité est facilement mis en évidence en plongeant des sphaignes séchées dans un peu d'eau (ces dernières sont utilisées pour la fabrication de serviettes hygiéniques en raison de leurs propriétés particulières).

Des observations de montée d’eau colorée dans une tige de fleur peuvent aussi susciter des questions. Toutefois, il convient de préciser que la montée de sève dans une plante est un phénomène complexe différent de la capillarité (poussée radiculaire, maintien de l'eau sous tension à cause de la transpiration au niveau des feuilles).

Notions essentielles :

Le vivant contient de l’eau liquide en proportions variables dont il a besoin pour ses échanges. Les transferts d'eau se font selon des modalités variées.

2.2.2. L’eau dans tous ses états

Matériel nécessaire : eau, glace, moyen de chauffage, récipients divers, fil à plomb, équerre

Situation déclenchante et exemples d’activités

Les trois états de la matière ont déjà été rencontrés sommairement au cours du module 1. En utilisant l'eau, cette séance permet de montrer certaines propriétés de ces trois états.

On montre différentes images (cascade, banquise, lac, mer, nuages, ciel bleu, désert), puis on demande aux élèves s'il y a de l'eau dans les paysages représentés sur ces images. La plupart des élèves pensent que le désert et le ciel bleu ne contiennent pas d'eau. Il convient de déstabiliser cette croyance en montrant qu'il existe un état dans lequel l'eau n'est pas visible : la vapeur d'eau. Pour introduire cette notion, on pourra demander que devient l'eau du linge mouillé, des flaques d'eau ?

Proposition de défi : dans un récipient, essayer de maintenir la surface de l'eau « penchée ».

Face à l'impossibilité de relever ce défi, proposer une façon de montrer que la surface de l'eau liquide au repos est horizontale (avec fil à plomb et équerre). Que se passerait-il en impesanteur ?

Notions essentielles :

Les solides ont une forme propre.

Les liquides prennent la forme du récipient qui les contient, et ont une surface libre horizontale

Les gaz n'ont pas pas de forme propre ; ils occupent tout le volume disponible

Il est possible d'élargir cette partie en précisant que les autres corps purs peuvent se présenter sous ces trois états (exemples : neige carbonique, azote liquide[1]...).

 

2.2.3. Peut-on trouver de l’eau liquide ailleurs que sur Terre ?

Matériel nécessaire : lampe puissante (200W), thermomètre dont le réservoir a été noirci.

La séance précédente a montré que l'eau est essentielle à la vie. Pour trouver de la vie au-delà de la Terre, les scientifiques recherchent une planète qui aurait pu ou pourrait contenir de l'eau liquide.

Situation déclenchante et exemples d’activités

Modélisation de la température d'une planète en fonction de sa distance à l'étoile. Le thermomètre représente la planète, et la lampe correspond à l'étoile. Les élèves font des relevés de températures à différentes distances de la lampe en laissant suffisamment de temps pour que la température soit stabilisée.

Un graphique « température en fonction de la distance » est établi. La température est élevée à proximité de la lampe et se rapproche de la température ambiante lorsque l'on s'en éloigne. En transposant les températures à celles que l'on peut trouver dans l'espace (plusieurs milliers de degrés à la surface d'une étoile et proche du zéro absolu très loin des étoiles), on comprend qu'il peut exister une région dans laquelle la température (comprise entre 0°C et 100°C) permet d'avoir de l'eau liquide[2].

Notions essentielles :

La vie peut peut-être se développer sur une planète à condition que de l’eau existe et que cette eau soit liquide. Ceci dépend de la distance entre la planète et l’étoile. Les astrophysiciens parlent de zone habitable.



[1]A température ambiante, on peut observer un changement d'état de ces deux corps purs : sublimation pour la neige carbonique et vaporisation pour l'azote liquide. Les changements d'états seront plus développés dans le module 3.

[2]Ceci n'est qu'une approximation, à moduler ensuite par la présence d'effet de serre éventuel.

 

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