Physique-Chimie — 2nde Bac Pro — Menuiserie, Agencement, Ameublement

Chapitre 8 — Solutions chimiques et concentration

Préparation et dosage des produits de traitement du bois

Dernière mise à jour : 24 avril 2026

Objectifs du chapitre

Distinguer mélange homogène et hétérogène, soluté et solvant.
Calculer une concentration massique \(C_m\) et retrouver une masse ou un volume.
Décrire la procédure de préparation d’une solution par dissolution.
Appliquer la relation de dilution \(C_{m1} \times V_1 = C_{m2} \times V_2\).
Découvrir la mole et la masse molaire (anticipation Première — hors programme).

Situation professionnelle — Préparation d'un produit de traitement

Un menuisier doit préparer une solution de traitement fongicide pour protéger des lambris en bois : la fiche technique indique une concentration massique précise, et il doit calculer la quantité de produit à dissoudre dans un volume d'eau donné pour obtenir la solution correcte.

1. Mélanges et solutions

Définition
Un mélange homogène a un aspect uniforme à l’œil nu : on ne distingue pas les constituants. Une solution est un mélange homogène liquide dans lequel un soluté est dissous dans un solvant.

Un mélange hétérogène présente des phases distinctes visibles (ex. huile + eau, sciure + eau).

Solution aqueuse

Quand le solvant est l’eau, on parle de solution aqueuse. Exemples courants :

Eau salée : sel (soluté) dissous dans l’eau (solvant).
Vernis dilué : résine (soluté) dissoute dans un diluant (solvant).
Produit de nettoyage du bois prêt à l’emploi.

Contexte professionnel
En atelier de menuiserie, de nombreux produits de traitement du bois (lasures, décapants, dégraissants, produits fongicides) sont des solutions présentant une concentration précise indiquée sur la fiche technique. Savoir lire et calculer cette concentration est indispensable pour utiliser ces produits correctement et en toute sécurité.

Comparaison visuelle : mélange homogène (à gauche) vs hétérogène (à droite)

2. Dissolution et dissociation

Définition
La dissolution est le processus par lequel un soluté se mélange de façon homogène à un solvant. Le résultat est une solution.

Dissolution moléculaire

Pour un composé moléculaire comme le sucre (\(\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}\)), les molécules se dispersent telles quelles dans l’eau, sans se fragmenter :

Exemple
\[ \text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}(\text{s}) \xrightarrow{\text{eau}} \text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}(\text{aq}) \]

Dissociation ionique

Pour un sel ionique comme le chlorure de sodium (NaCl), la dissolution s’accompagne d’une dissociation : le composé se sépare en ions :

Exemple
\[ \text{NaCl}(\text{s}) \xrightarrow{\text{eau}} \text{Na}^+(\text{aq}) + \text{Cl}^-(\text{aq}) \]

Attention — Saturation
La solubilité d’un soluté est la masse maximale que l’on peut dissoudre dans 1 L de solvant à une température donnée. Au-delà de cette limite, la solution est saturée : tout soluté supplémentaire reste à l’état solide (précipité).

3. Concentration massique

Définition
La concentration massique \(C_m\) d’une solution est la masse de soluté dissous par unité de volume de solution.

\[ C_m = \frac{m}{V} \] \(C_m\) en g/L — \(m\) masse de soluté en g — \(V\) volume de solution en L

Méthode — Calculer \(m\) ou \(V\)
En isolant chaque grandeur depuis la formule \(C_m = m / V\) :

Masse de soluté : \(\displaystyle m = C_m \times V\)
Volume de solution : \(\displaystyle V = \frac{m}{C_m}\)

Attention aux unités : \(C_m\) en g/L, \(m\) en g, \(V\) en L. Convertir les mL en L en divisant par 1 000.

Exemple résolu
Un produit décapant contient 25 g de principe actif dissous dans 500 mL de solution. Quelle est sa concentration massique ?

Données : \(m = 25\,\text{g}\) ; \(V = 500\,\text{mL} = 0{,}500\,\text{L}\)
\[ C_m = \frac{25}{0{,}500} = 50\,\text{g/L} \]

Application

Un produit de décapage du bois contient 36 g de principe actif dissous dans 600 mL de solution.

Exprimer le volume en litres.
Calculer la concentration massique \(C_m\) en g/L.

\(V = 600\,\text{mL} = 0{,}600\,\text{L}\)
\(\displaystyle C_m = \frac{m}{V} = \frac{36}{0{,}600} = \mathbf{60\,\text{g/L}}\)

4. Préparation d’une solution par dissolution

Protocole — Préparation d’une solution de volume \(V\) et de concentration \(C_m\)

Calculer la masse de soluté nécessaire : \(m = C_m \times V\).
Peser la masse \(m\) de soluté sur une balance de précision dans un bécher.
Dissoudre le soluté dans un peu de solvant (environ la moitié du volume final) en agitant avec un agitateur en verre jusqu’à dissolution complète.
Transférer quantitativement dans une fiole jaugée du volume \(V\) voulu (rincer le bécher plusieurs fois avec le solvant).
Compléter avec le solvant jusqu’au trait de jauge (lire le bas du ménisque à hauteur des yeux).
Boucher et agiter (retourner plusieurs fois) pour homogénéiser la solution.

Verrerie utilisée

Matériel	Rôle
Fiole jaugée	Mesure précise du volume final de solution
Bécher	Récipient de dissolution provisoire
Balance de précision	Peser le soluté
Agitateur en verre	Accélérer la dissolution
Entonnoir (si poudre)	Transférer sans perte dans la fiole
Pissette d’eau distillée	Rincer et compléter jusqu’au trait de jauge

Protocole de préparation d'une solution par dissolution (4 étapes)

Application

On souhaite préparer 250 mL d'une solution de dégraissant de concentration massique \(C_m = 40\,\text{g/L}\).

Quelle masse \(m\) de soluté faut-il peser ?
Décrire brièvement le protocole de préparation.

\(V = 250\,\text{mL} = 0{,}250\,\text{L}\)
\(m = C_m \times V = 40 \times 0{,}250 = \mathbf{10\,\text{g}}\)
Peser 10 g de soluté → dissoudre dans un peu d'eau dans un bécher → transférer dans une fiole jaugée de 250 mL → compléter au trait de jauge avec de l'eau distillée → boucher et homogénéiser.

5. Dilution

Définition
Diluer une solution consiste à ajouter du solvant à une solution mère (concentration \(C_{m1}\), volume prélevé \(V_1\)) pour obtenir une solution fille plus diluée (concentration \(C_{m2} < C_{m1}\), volume final \(V_2 > V_1\)).

\[ C_{m1} \times V_1 = C_{m2} \times V_2 \] Conservation de la masse de soluté lors de la dilution — \(V\) en L ou mL (unité cohérente des deux côtés)

Facteur de dilution
Le facteur de dilution \(F\) indique combien de fois la concentration est divisée : \[ F = \frac{V_2}{V_1} = \frac{C_{m1}}{C_{m2}} \] Exemple : dilution au 1/10 → \(F = 10\) ; la concentration est divisée par 10.

Exemple résolu
Un produit de traitement du bois a une concentration mère \(C_{m1} = 200\,\text{g/L}\). On prélève \(V_1 = 50\,\text{mL}\) et on complète à \(V_2 = 500\,\text{mL}\). Calculer \(C_{m2}\).

\[ C_{m2} = \frac{C_{m1} \times V_1}{V_2} = \frac{200 \times 50}{500} = 20\,\text{g/L} \] Le facteur de dilution est \(F = 500 / 50 = 10\).

Protocole de dilution à la fiole jaugée

Prélever le volume \(V_1\) de solution mère à la pipette jaugée.
L’introduire dans une fiole jaugée de volume \(V_2\).
Compléter avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge.
Boucher et homogénéiser par retournements successifs.

Évolution de la concentration C_m2 en fonction du volume final V₂ lors d'une dilution (C_m1=200 g/L, V₁=50 mL)

🧪 Simulation interactive : Dilution d'une solution

Volume total : 100 mL — Concentration : 200 g/L

Application

Une lasure concentrée a une concentration massique \(C_{m1} = 300\,\text{g/L}\). On prélève \(V_1 = 100\,\text{mL}\) et on dilue dans une fiole jaugée de \(V_2 = 1\,\text{L}\).

Calculer la concentration \(C_{m2}\) de la solution diluée.
Quel est le facteur de dilution \(F\) ?
La masse de soluté est-elle modifiée par la dilution ? Justifier.

\(\displaystyle C_{m2} = \frac{C_{m1} \times V_1}{V_2} = \frac{300 \times 0{,}100}{1} = \mathbf{30\,\text{g/L}}\)
\(F = V_2 / V_1 = 1\,000 / 100 = \mathbf{10}\) ; la concentration est divisée par 10.
Non. La dilution consiste à ajouter du solvant uniquement. La masse de soluté reste \(m = C_{m1} \times V_1 = 300 \times 0{,}100 = 30\,\text{g}\) avant et après dilution.

6. Concentration molaire (introduction) (anticipation Première — hors programme)

Hors programme — pour aller plus loin Le programme de Seconde se limite à la concentration massique (en g/L). La mole, la masse molaire et la concentration molaire sont au programme de Première (caractérisation quantitative d'une solution). Cette section est proposée en anticipation.

Définition — La mole
La mole est l’unité de quantité de matière. Une mole contient exactement \(N_A = 6{,}02 \times 10^{23}\) entités (atomes, molécules, ions…).
\(N_A\) est appelé nombre d’Avogadro.

Définition — Masse molaire
La masse molaire \(M\) d’une espèce chimique est la masse d’une mole de cette espèce, exprimée en g/mol. Elle s’obtient en additionnant les masses atomiques de tous les atomes de la formule chimique.

Espèce	Formule	Masse molaire \(M\) (g/mol)
Eau	\(\text{H}_2\text{O}\)	18,0
Chlorure de sodium	\(\text{NaCl}\)	58,5
Dioxyde de carbone	\(\text{CO}_2\)	44,0
Saccharose (sucre)	\(\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}\)	342,0
Acide acétique	\(\text{CH}_3\text{COOH}\)	60,0

\[ n = \frac{m}{M} \] \(n\) quantité de matière en mol — \(m\) masse en g — \(M\) masse molaire en g/mol

Définition — Concentration molaire
La concentration molaire \(C\) est la quantité de matière de soluté par litre de solution : \[ C = \frac{n}{V} \quad \text{unité : mol/L} \]

Lien entre \(C_m\) et \(C\)
\[ C_m = C \times M \qquad \Longleftrightarrow \qquad C = \frac{C_m}{M} \]

7. Application — Produits de traitement du bois

Situation 1 — Nettoyant bois
Un nettoyant bois concentré est vendu avec une concentration massique de \(C_{m1} = 150\,\text{g/L}\). La fiche technique recommande une dilution au 1/5 avant utilisation.

Quelle est la concentration prête à l’emploi ? \[ C_{m2} = \frac{C_{m1}}{F} = \frac{150}{5} = 30\,\text{g/L} \] Quel volume de concentré prélever pour préparer 1 L de solution prête à l’emploi ? \[ V_1 = \frac{C_{m2} \times V_2}{C_{m1}} = \frac{30 \times 1}{150} = 0{,}20\,\text{L} = 200\,\text{mL} \]

Situation 2 — Dégraissant avant vernissage
Un dégraissant est préparé en dissolvant 12 g de principe actif dans 400 mL d’eau. Calculer \(C_m\) puis la concentration molaire sachant que \(M = 120\,\text{g/mol}\).

\[ C_m = \frac{m}{V} = \frac{12}{0{,}400} = 30\,\text{g/L} \] \[ C = \frac{C_m}{M} = \frac{30}{120} = 0{,}25\,\text{mol/L} \]

8. Le pH d’une solution

Définition — pH
Le pH (potentiel Hydrogène) est une grandeur sans unité qui indique le caractère acide, neutre ou basique d’une solution aqueuse. Il est compris entre 0 et 14 (en conditions usuelles).

Échelle de pH : de 0 (très acide) à 14 (très basique) — 7 = neutre (eau pure)

Exemples courants

Solution	pH approx.	Caractère
Acide chlorhydrique (HCl dilué)	~1	Très acide
Vinaigre	~3	Acide
Pluie normale	~5,6	Légèrement acide
Eau pure / eau distillée	7	Neutre
Eau de mer	~8,2	Légèrement basique
Soude (NaOH dilué)	~13	Très basique

Mesure du pH

Papier pH (indicateur coloré) : comparaison de la couleur avec une échelle — rapide mais peu précis (±1 unité).
pH-mètre électronique : mesure précise (±0,01) avec une sonde à plonger dans la solution. Nécessite un étalonnage préalable.

Contexte professionnel — Produits de traitement du bois
De nombreux produits utilisés en atelier ont un pH caractéristique qu’il faut connaître pour la sécurité :

Décapants chimiques : souvent basiques (pH 10–13) → risque de brûlures, port de gants obligatoire.
Dégraissants acides : pH 2–4 → corrosif pour les métaux et les muqueuses.
Produits neutres : pH 6–8 → moins dangereux, mais lire toujours la FDS (Fiche de Données de Sécurité).

Attention
Le pH n’est pas additif : mélanger deux solutions de pH 3 et pH 5 ne donne pas un pH de 4. Le pH final dépend des concentrations en ions H⁺. Ne jamais mélanger des produits acides et basiques sans connaitre le résultat.

Application

En atelier, on dispose de trois produits :

Produit	pH mesuré
Décapant bois A	11,5
Nettoyant neutre B	7,2
Détartrant C	2,8

Classer ces produits du plus acide au plus basique.
Quel(s) produit(s) nécessitent des gants de protection ? Justifier.
Peut-on mélanger le produit A et le produit C ? Pourquoi ?

Détartrant C (pH 2,8) < Nettoyant B (pH 7,2) < Décapant A (pH 11,5)
Le décapant A (très basique, corrosif) et le détartrant C (acide, corrosif) nécessitent des gants. Le nettoyant B (pH ≈ 7) est moins dangereux.
Non. Mélanger un produit très basique et très acide provoque une réaction violente (chaleur, projections) → risque de brûlures chimiques graves.

9. Tableau de synthèse

Grandeur	Symbole	Unité	Formule
Masse de soluté	\(m\)	g	\(m = C_m \times V\)
Volume de solution	\(V\)	L	\(V = m \,/\, C_m\)
Concentration massique	\(C_m\)	g/L	\(C_m = m \,/\, V\)
Quantité de matière	\(n\)	mol	\(n = m \,/\, M\)
Concentration molaire	\(C\)	mol/L	\(C = n \,/\, V = C_m \,/\, M\)
Relation de dilution	—	—	\(C_{m1} \, V_1 = C_{m2} \, V_2\)
Facteur de dilution	\(F\)	sans unité	\(F = V_2 \,/\, V_1 = C_{m1} \,/\, C_{m2}\)

10. À retenir

À retenir

Une solution est un mélange homogène : le soluté est dissous dans le solvant. Quand le solvant est l’eau, on parle de solution aqueuse.
La concentration massique \(C_m = m/V\) s’exprime en g/L ; ne pas oublier de convertir les mL en L (diviser par 1 000).
Pour préparer une solution, on utilise une fiole jaugée et on ajuste précisément au trait de jauge avec de l’eau distillée.
Lors d’une dilution, la masse de soluté est conservée : \(C_{m1} V_1 = C_{m2} V_2\). On ajoute du solvant, pas de soluté supplémentaire.
La masse molaire \(M\) (en g/mol) permet de relier masse et quantité de matière via \(n = m/M\), et de calculer la concentration molaire via \(C = C_m/M\).

Simulation interactive

Solutions chimiques et concentration