Chapitre 12 – Changements d'état et énergie thermique | 2nde Bac Pro | Physique – Chimie | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 15 août 2026, 17:40
💡 Notions centrales : leçon §3 (palier de température) et §4 (\(Q = m \times L\)). Chaleur latente de fusion de l'eau : \(L_f = 334\,000\) J/kg.
Dans un reportage sur le climat, Théo apprend que la banquise de l'Arctique fond chaque été. Il est surpris : la température de l'air dépasse parfois 0 °C pendant des semaines, et pourtant la glace ne disparaît pas d'un coup. Théo se demande pourquoi il faut autant d'énergie, et autant de temps, pour faire fondre une telle quantité de glace.
Quand la banquise fond, l'eau passe de quel état à quel état ? Comment s'appelle ce changement d'état ?
L'eau passe de l'état solide (glace) à l'état liquide (eau de mer).
Ce changement d'état solide → liquide s'appelle la fusion.
La fusion absorbe-t-elle de la chaleur ou en dégage-t-elle ? D'où vient l'énergie qui fait fondre la banquise en été ?
La fusion absorbe de la chaleur : il faut fournir de l'énergie à la glace pour qu'elle fonde.
En été, cette énergie vient surtout du Soleil et de la chaleur de l'eau de mer autour de la banquise.
À l'aide du Document 1, décrire ce que fait la température pendant la longue partie horizontale de la courbe. À quelle température cette partie se situe-t-elle ?
Pendant le long palier, la température reste constante à 0 °C, même si la glace continue de recevoir de la chaleur.
Toute l'énergie reçue sert uniquement à faire fondre la glace : c'est le palier de fusion.
Calculer l'énergie \(Q\) nécessaire pour faire fondre le bloc de 1 tonne (1 000 kg) de glace, avec \(Q = m \times L_f\). Exprimer le résultat en joules puis en mégajoules (MJ).
\(Q = m \times L_f = 1\,000 \times 334\,000 = \mathbf{334\,000\,000\ \text{J}}\).
Soit \(Q = \mathbf{334\ \text{MJ}}\) (on divise par 1 000 000).
Faire fondre une seule tonne de glace demande donc 334 MJ : c'est énorme.
Quelle énergie reçoit en une journée un carré de banquise de 1 m², sachant qu'il reçoit 200 W (200 J chaque seconde) et qu'une journée dure 86 400 s ? Donner le résultat en MJ.
Énergie reçue : \(200 \times 86\,400 = 17\,280\,000\) J.
Soit environ \(\mathbf{17{,}3\ \text{MJ}}\) par m² et par jour.
En supposant que toute l'énergie reçue serve à fondre la glace, combien de jours faudrait-il, pour 1 m² de banquise, pour fournir les 334 MJ qui font fondre 1 tonne de glace ? Que montre ce résultat ?
Nombre de jours : \(\dfrac{334}{17{,}3} \approx \mathbf{19\ \text{jours}}\).
Il faut donc près de 3 semaines d'apport solaire continu pour fondre seulement 1 tonne de glace par m². Cela montre que faire fondre la glace demande beaucoup d'énergie et beaucoup de temps.
Tant qu'il reste de la glace, sa température ne dépasse pas 0 °C (palier de fusion). Expliquer en quoi la banquise joue ainsi un rôle de « régulateur » : que se passerait-il pour la température de la région si la glace fondait instantanément ?
Tant qu'il reste de la glace, l'énergie reçue est « consommée » par la fusion : la température reste bloquée vers 0 °C. La banquise absorbe la chaleur sans se réchauffer, ce qui modère la température de l'air et de l'eau autour.
Si toute la glace fondait d'un coup, cette énergie ne serait plus « absorbée » par la fusion : elle servirait alors à réchauffer l'eau et l'air, et la température de la région monterait beaucoup plus vite.
Rédiger en 3 ou 4 lignes une réponse à Théo : expliquer pourquoi il faut autant d'énergie pour faire fondre la banquise et pourquoi elle ne disparaît pas brutalement dès que l'air dépasse 0 °C.
Faire fondre de la glace demande une très grande énergie (\(Q = m \times L_f\), avec \(L_f = 334\) kJ/kg) : il faut 334 MJ rien que pour une tonne. Comme l'apport solaire est limité, la fonte prend des semaines. De plus, pendant toute la fonte, la température reste bloquée à 0 °C (palier de fusion) : l'énergie reçue sert à fondre la glace, pas à la réchauffer. La banquise ne disparaît donc pas d'un coup ; elle agit comme un réservoir de froid qui modère le climat tant qu'il reste de la glace.
Un petit lac gelé contient 50 tonnes de glace à 0 °C (soit 50 000 kg). Calculer l'énergie totale nécessaire pour le faire fondre entièrement, en MJ puis en GJ (1 GJ = 1 000 MJ).
\(Q = m \times L_f = 50\,000 \times 334\,000 = 16\,700\,000\,000\) J.
Soit \(\mathbf{16\,700\ \text{MJ}} = \mathbf{16{,}7\ \text{GJ}}\). L'énergie croît proportionnellement à la masse de glace à fondre.
Réponse à la problématique : faire fondre la glace demande une très grande énergie (\(Q = m \times L_f\)), donc la banquise fond lentement, sur des semaines. Et pendant toute la fonte, la température reste bloquée à 0 °C (palier de fusion) : l'énergie reçue sert à fondre la glace au lieu de réchauffer le milieu. La banquise ne disparaît donc pas brutalement et joue un rôle de régulateur du climat.
📚 Cette activité s'appuie sur §3 (palier de température) et §4 (énergie de changement d'état, \(Q = m \times L\)) de la leçon Ch12.