Chapitre 5 – Transformations physiques et chimiques
Thème 1 : Constitution et transformations de la matière | Physique-Chimie | Seconde générale et technologique
Dernière mise à jour : 26 juin 2026
Objectifs du chapitre :
Distinguer une transformation physique, une transformation chimique et une transformation nucléaire ;
Décrire les changements d'état et associer un état à une température de palier ;
Identifier les réactifs et les produits, écrire et ajuster une équation de réaction ;
Exploiter la conservation des éléments et la conservation de la masse (Lavoisier) ;
Découvrir la transformation nucléaire et la conservation des nombres lors d'une équation nucléaire.
Situation d'introduction
Quand l'eau bout, elle se transforme en vapeur : est-ce encore de l'eau ? Quand du bois brûle, il se transforme en cendres et en gaz : peut-on « récupérer » le bois ? Et dans le cœur du Soleil, des noyaux d'hydrogène fusionnent pour libérer une énergie colossale. Ces trois situations sont fondamentalement différentes : la première est une transformation physique, la deuxième une transformation chimique, la troisième une transformation nucléaire. Apprenons à les distinguer et à modéliser les réactions chimiques par une équation.
1. Transformation physique
Définition
Lors d'une transformation physique, l'espèce chimique ne change pas : seul son état physique change (solide, liquide ou gaz). Les molécules restent identiques, elles sont seulement réorganisées.
Propriété — palier de température
Pour un corps pur, un changement d'état se fait à température constante : sur la courbe \(T=f(t)\), on observe un palier. Tant que les deux états coexistent, la température ne bouge pas (par exemple l'eau pure fond à \(0\ \degree\text{C}\) et bout à \(100\ \degree\text{C}\) sous pression normale).
Méthode — reconnaître une transformation physique
Identifier l'espèce chimique avant et après : si c'est la même (ex. de l'eau), la transformation est physique.
Repérer le changement d'état (solide ↔ liquide ↔ gaz).
La transformation est réversible : on peut revenir à l'état de départ (l'eau gelée peut refondre).
Exemple travaillé. La fusion de la glace : \(H_2O(s)\rightarrow H_2O(l)\). Avant et après, ce sont des molécules d'eau \(H_2O\) : l'espèce est inchangée, seul l'état passe de solide à liquide. C'est bien une transformation physique.
Mini-exercice 1. Nomme le changement d'état : (a) eau liquide → vapeur ; (b) vapeur → buée sur une vitre ; (c) glace → directement vapeur (givre qui disparaît).
Définition
Lors d'une transformation chimique, des espèces (les réactifs) disparaissent et de nouvelles espèces (les produits) apparaissent. Les atomes ne sont ni créés ni détruits : ils se réorganisent. On la modélise par une équation de réaction.
Lois de conservation (Lavoisier)
Au cours d'une réaction chimique :
les éléments chimiques se conservent : on retrouve le même nombre d'atomes de chaque élément avant et après ;
la masse totale se conserve : \(m(\text{réactifs})=m(\text{produits})\).
« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. » On ajuste (ou équilibre) l'équation pour respecter ces deux lois.
Méthode — écrire et ajuster une équation de réaction
Écrire les formules des réactifs à gauche, des produits à droite, séparés par une flèche \(\rightarrow\).
Compter les atomes de chaque élément à gauche et à droite.
Ajouter des coefficients stœchiométriques devant les formules pour égaliser chaque élément. ⚠ On ne modifie jamais les indices d'une formule (ne pas transformer \(O_2\) en \(O_3\)).
Vérifier l'égalité élément par élément.
Exemple travaillé. Combustion du méthane.
Réactifs : méthane \(CH_4\) et dioxygène \(O_2\). Produits : dioxyde de carbone \(CO_2\) et eau \(H_2O\).
Équation non ajustée : \(CH_4+O_2\rightarrow CO_2+H_2O\).
On ajuste : il faut 2 molécules de \(H_2O\) (pour les 4 H) puis 2 molécules de \(O_2\) (pour les \(2+2=4\) O) :
\( CH_4+2\,O_2\rightarrow CO_2+2\,H_2O \)
Vérification : 1 C, 4 H et 4 O de chaque côté. ✓
Mini-exercice 2. Ajuste l'équation de formation de l'eau : \(H_2+O_2\rightarrow H_2O\).
\(2\,H_2+O_2\rightarrow 2\,H_2O\) : 4 atomes de H et 2 atomes de O de chaque côté.
Mini-exercice 3. 12 g de carbone réagissent complètement avec 32 g de dioxygène pour donner du \(CO_2\). Quelle masse de \(CO_2\) obtient-on ?
Conservation de la masse : \(m(CO_2)=12+32=44\ \text{g}\).
3. Transformation nucléaire
Définition
Lors d'une transformation nucléaire, c'est le noyau de l'atome qui change : des nouveaux éléments apparaissent (radioactivité, fission, fusion). C'est très différent d'une réaction chimique, où les noyaux restent intacts et où seuls les électrons sont concernés.
Conservation lors d'une équation nucléaire
Une réaction nucléaire s'écrit avec la notation \(^{A}_{Z}X\). On respecte deux conservations :
conservation du nombre de masse \(A\) (somme des \(A\) égale de part et d'autre) ;
conservation du nombre de charge \(Z\) (somme des \(Z\) égale de part et d'autre).
Exemple travaillé. Fusion de deux noyaux légers d'hydrogène (deutérium et tritium), réaction visée par les réacteurs de fusion :
Vérification : nombres de masse \(2+3=5\) et \(4+1=5\) ✓ ; nombres de charge \(1+1=2\) et \(2+0=2\) ✓. Un nouvel élément (l'hélium) est formé : c'est bien une transformation nucléaire.
Mini-exercice 4. Indique la nature de chaque transformation : (a) de l'eau qui gèle ; (b) du fer qui rouille ; (c) du sucre qui fond ; (d) un noyau d'uranium qui se casse en deux noyaux plus petits.
Transformations physiques : fabrication des glaçons, séchage du linge (évaporation), buée sur les vitres, lyophilisation des aliments (sublimation).
Transformations chimiques : combustion du gaz dans une chaudière, cuisson des aliments, corrosion (rouille du fer), photosynthèse des plantes.
Transformations nucléaires : production d'électricité dans les centrales (fission), énergie des étoiles (fusion), datation au carbone 14, médecine nucléaire (imagerie, radiothérapie).
Erreurs fréquentes
❌ Modifier une formule (écrire \(O_3\) au lieu de \(O_2\)) pour ajuster → ✅ on ajoute seulement des coefficients devant les formules.
❌ Croire que la combustion « fait disparaître » de la matière → ✅ la masse se conserve (les gaz formés comptent dans la masse).
❌ Confondre transformation physique et chimique → ✅ physique = même espèce, chimique = nouvelles espèces.
❌ Penser qu'un changement d'état détruit les molécules → ✅ elles restent identiques, seul l'état change.
❌ Confondre réaction chimique et nucléaire → ✅ chimique = les noyaux ne changent pas ; nucléaire = le noyau change.
À retenir
Transformation physique : l'espèce ne change pas (changement d'état, à température de palier pour un corps pur).
Transformation chimique : réactifs → produits ; équation ajustée avec des coefficients.
Conservation des éléments et de la masse (Lavoisier) : \(m(\text{réactifs})=m(\text{produits})\).
Transformation nucléaire : le noyau change ; on conserve \(A\) et \(Z\).