← Retour au sommaire

Chapitre 5 – Transformations physiques et chimiques

Thème 1 : Constitution et transformations de la matière | Physique-Chimie | Seconde générale et technologique

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Objectifs du chapitre :

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.
SOLIDE LIQUIDE GAZ fusion → ← solidification vaporisation liquéfaction sublimation condensation
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).
0 palier de fusion t T (°C)
Méthode — reconnaître une transformation physique
  1. Identifier l'espèce chimique avant et après : si c'est la même (ex. de l'eau), la transformation est physique.
  2. Repérer le changement d'état (solide ↔ liquide ↔ gaz).
  3. 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).

(a) vaporisation ; (b) liquéfaction ; (c) sublimation.

2. Transformations et transferts d'énergie

Définition Une transformation ne se limite pas à un changement d'aspect : elle s'accompagne toujours d'un transfert d'énergie avec le milieu extérieur. Une transformation qui absorbe de l'énergie est dite endothermique ; une transformation qui libère de l'énergie est dite exothermique.
Propriété — sens du transfert lors d'un changement d'état Pour passer de l'état solide à l'état liquide, puis gazeux, les entités doivent être de plus en plus libres : il faut donc fournir de l'énergie. Les deux sens mettent en jeu la même quantité d'énergie : celle qu'il faut fournir pour faire fondre un glaçon est celle que la même eau libérera en regelant.
la matière ABSORBE de l'énergie (endothermique) SOLIDE LIQUIDE GAZ fusion vaporisation solidification liquéfaction la matière LIBÈRE de l'énergie (exothermique)
Sens des transferts d'énergie : vers la droite (solide → liquide → gaz) la matière absorbe de l'énergie ; vers la gauche elle en libère. La sublimation (solide → gaz) absorbe, la condensation (gaz → solide) libère.
Exemple travaillé — pourquoi un glaçon rafraîchit une boisson. La fusion de la glace est endothermique : pour fondre, le glaçon doit prélever de l'énergie autour de lui, c'est-à-dire dans la boisson. La boisson, qui cède cette énergie, se refroidit. Ce n'est donc pas « le froid du glaçon » qui passe dans le verre : c'est l'énergie de la boisson qui sert à faire fondre la glace.
Propriété — ce que le palier signifie Pendant un changement d'état, on continue de chauffer et pourtant la température ne monte pas (le palier du §1). L'énergie reçue ne sert pas à élever la température : elle sert entièrement à séparer les entités les unes des autres pour faire passer le corps d'un état à l'autre. La température ne repart à la hausse que lorsque tout le corps a changé d'état.
Propriété — les transformations chimiques aussi Le même vocabulaire vaut pour une transformation chimique : une combustion libère de l'énergie (exothermique), tandis qu'une réaction qui refroidit son milieu, comme celle d'un pack de froid instantané, en absorbe (endothermique). Cette énergie est le plus souvent transférée sous forme de chaleur, parfois de lumière (une flamme éclaire) ou de travail (les gaz brûlés poussent le piston d'un moteur).
Méthode — reconnaître une transformation endothermique ou exothermique
  1. Repérer dans quel sens l'énergie circule : le milieu extérieur se refroidit-il ou se réchauffe-t-il ?
  2. Le milieu se refroidit (il a cédé de l'énergie à la transformation) → transformation endothermique.
  3. Le milieu se réchauffe (la transformation lui a cédé de l'énergie) → transformation exothermique.
  4. Vérifier avec le sens du changement d'état : vers le gaz → endothermique ; vers le solide → exothermique.
Mini-exercice 2. Pour chacune de ces situations, indique si la transformation absorbe ou libère de l'énergie, et donne le mot qui convient : (a) de la rosée se dépose sur l'herbe au petit matin ; (b) de l'alcool s'évapore sur la peau et procure une sensation de froid ; (c) du gaz brûle dans une chaudière.

(a) C'est une liquéfaction (vapeur → liquide) : elle libère de l'énergie, elle est exothermique.

(b) C'est une vaporisation : elle absorbe de l'énergie, prélevée sur la peau — d'où la sensation de froid. Elle est endothermique.

(c) Une combustion libère de l'énergie (chaleur et lumière) : elle est exothermique.

3. Transformation chimique

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.
réactifs CH₄ 2 O₂ produits CO₂ 2 H₂O
Lois de conservation (Lavoisier) Au cours d'une réaction chimique : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. » On ajuste (ou équilibre) l'équation pour respecter ces deux lois.
réactifs produits m(réactifs) = m(produits)
Méthode — écrire et ajuster une équation de réaction
  1. Écrire les formules des réactifs à gauche, des produits à droite, séparés par une flèche \(\rightarrow\).
  2. Compter les atomes de chaque élément à gauche et à droite.
  3. 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 \(O_3\)).
  4. 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 3. 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 4. 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 : \(m(CO_2)=12+32=44\ \text{g}\).

4. 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 :
Exemple travaillé. Fusion de deux noyaux légers d'hydrogène (deutérium et tritium), réaction visée par les réacteurs de fusion :
\( ^{2}_{1}H + ^{3}_{1}H \rightarrow\ ^{4}_{2}He + ^{1}_{0}n \)
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 5. 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.

(a) physique (changement d'état) ; (b) chimique (formation de rouille, espèce nouvelle) ; (c) physique (fusion) ; (d) nucléaire (le noyau change : fission).

5. Applications

Autour de nous.
Erreurs fréquentes
À retenir