Aller au contenu principal

Le modèle particulaire de la matière

Le modèle particulaire décrit la matière comme un très grand nombre de particules invisibles, séparées par du vide et en agitation permanente. Dans un solide, les particules sont serrées et ordonnées ; dans un liquide, serrées mais désordonnées ; dans un gaz, très éloignées. Ce modèle explique la compressibilité des gaz, la diffusion d'un parfum et la dilatation d'un métal chauffé.

Conforme au programme officiel du Ministère de l'Éducation Nationale (2025-2026) · Mis à jour le

Trois fenêtres microscopiques montrent des particules serrées et ordonnées dans un solide, serrées et mobiles dans un liquide, puis espacées dans un gaz.
Le modèle particulaire relie les propriétés visibles aux particules : ordonnées dans un solide, désordonnées mais proches dans un liquide, très espacées dans un gaz.

À la fin de ce chapitre, vous saurez

  • Énoncer les trois idées du modèle particulaire
  • Décrire la disposition des particules dans un solide, un liquide et un gaz
  • Expliquer la compressibilité des gaz et l'incompressibilité des liquides
  • Expliquer la forme propre et le volume propre à l'aide du modèle
  • Expliquer la diffusion et la dilatation par l'agitation des particules
  • Expliquer la conservation de la masse par le nombre de particules
  • Comprendre ce qu'est un modèle et pourquoi il peut être remplacé

PrérequisLes trois états physiques et leurs propriétés · La compressibilité des gaz mise en évidence à la seringue · La conservation de la masse

Un bon cours, ça se partage.

Aide un camarade à comprendre ce chapitre. Envoie-lui cette page et révisez ensemble.

Instagram : copie le lien puis colle-le dans un message.

Les trois idées du modèle

Aucun microscope de collège ne montre les particules : elles sont bien trop petites. Le modèle particulaire est donc une image mentale, proposée parce qu'elle explique d'un coup une longue liste d'observations que rien d'autre ne relie entre elles.

Définition

Le modèle particulaire : Toute matière est constituée d'un très grand nombre de particules extrêmement petites, identiques pour un même corps, séparées par du vide et animées d'un mouvement permanent que l'on appelle l'agitation.

  1. La matière est discontinue : elle est faite de grains séparés, et non d'un bloc plein.
  2. Entre les particules, il y a du vide : ce n'est ni de l'air, ni une autre matière, c'est du vide.
  3. Les particules sont en mouvement permanent, et ce mouvement est d'autant plus vif que la température est élevée.

Attention

Entre deux particules d'eau, il n'y a pas d'air. L'air est lui-même fait de particules : dire qu'il y a de l'air entre les particules d'eau reviendrait à mettre de la matière entre les grains de matière, sans jamais rien expliquer. Le modèle dit du vide, et c'est ce vide qui rend un gaz compressible.

Les trois états vus par le modèle

La disposition des particules dans les trois états : Dans ce modèle, les particules sont rapprochées dans le solide et le liquide, mais très espacées dans le gaz. Le solide cristallin présente un arrangement ordonné.
Dans ce modèle, les particules sont rapprochées dans le solide et le liquide, mais très espacées dans le gaz. Le solide cristallin présente un arrangement ordonné.
ÉtatDispositionDistanceMouvement
Solideordonnée, en rangéestrès petite, elles se touchentvibrations sur place
Liquidedésordonnéepetite, elles se touchentglissement les unes sur les autres
Gazeuxdésordonnéegrande, beaucoup de videdéplacements rapides dans toutes les directions
Une seule ligne change vraiment entre le solide et le liquide : l'ordre. Entre le liquide et le gaz, c'est la distance.

Ce que le modèle explique

Propriété

Pourquoi un solide a une forme propre

Ses particules sont serrées et ordonnées, et elles restent chacune à sa place : elles ne peuvent que vibrer autour d'une position fixe. L'édifice garde donc sa forme.

Propriété

Pourquoi un liquide n'a pas de forme propre mais garde son volume

Ses particules sont toujours serrées, donc le volume ne change pas ; mais elles sont désordonnées et glissent les unes sur les autres, donc l'ensemble épouse la forme du récipient.

Propriété

Pourquoi un gaz n'a ni forme ni volume propre

Ses particules sont très éloignées et se déplacent dans toutes les directions sans se retenir : rien ne les empêche de s'écarter jusqu'aux parois du récipient. C'est l'expansibilité.

Propriété

Pourquoi les gaz sont compressibles et pas les liquides

Comprimer un corps, c'est rapprocher ses particules. Dans un gaz, il y a beaucoup de vide entre elles : on peut donc les rapprocher. Dans un liquide ou un solide, elles se touchent déjà : il n'y a plus de place, et le volume ne diminue pas.

Comprimer un gaz, c'est rapprocher ses particules : Comprimer un gaz rapproche ses particules sans en changer le nombre ni la taille. Les liquides sont très peu compressibles dans les conditions usuelles.
Comprimer un gaz rapproche ses particules sans en changer le nombre ni la taille. Les liquides sont très peu compressibles dans les conditions usuelles.

Propriété

Pourquoi la masse se conserve

Un changement d'état, un changement de forme ou une dissolution ne crée ni ne détruit aucune particule : il ne fait que les redisposer. Le nombre de particules reste le même, donc la masse aussi.

Remarque

C'est l'explication la plus économique du modèle : une seule phrase rend compte du glaçon qui fond sans changer de masse, du sucre qui disparaît à la vue sans que la balance bouge, et de la boule de pâte à modeler qu'on aplatit.

La diffusion

Définition

Diffusion : La diffusion est la dispersion spontanée d'un corps dans un autre, sans qu'on ait besoin d'agiter. Un parfum ouvert dans un coin de la pièce finit par être senti partout ; une goutte d'encre déposée dans un verre d'eau immobile finit par le colorer entièrement.

Le modèle l'explique en une ligne : les particules sont en mouvement permanent. Celles du parfum se glissent entre celles de l'air, celles de l'encre entre celles de l'eau, et le désordre des chocs finit par les répartir uniformément.

La diffusion d'une goutte d'encre : Une goutte d'encre déposée dans un verre d'eau immobile finit par le colorer entièrement : le mouvement permanent des particules suffit à les répartir, sans qu'on agite.
Une goutte d'encre déposée dans un verre d'eau immobile finit par le colorer entièrement : le mouvement permanent des particules suffit à les répartir, sans qu'on agite.

Propriété

La diffusion est plus rapide quand il fait chaud

L'agitation des particules augmente avec la température. Une goutte d'encre se disperse donc bien plus vite dans de l'eau chaude que dans de l'eau froide, et un parfum se répand plus vite dans une pièce chauffée.

Interpréter une observation

Deux verres identiques contiennent la même eau, l'un froid, l'autre chaud. On dépose dans chacun une goutte d'encre, sans agiter. L'eau chaude se colore en deux minutes, l'eau froide en dix. Expliquer.

  1. Dans les deux verres, la coloration vient du même phénomène : la diffusion, c'est-à-dire le mouvement permanent des particules.
  2. Dans l'eau chaude, ce mouvement est plus vif, parce que l'agitation augmente avec la température.
  3. Les particules d'encre se répartissent donc plus vite, sans qu'on ait touché ni au volume, ni à la quantité d'encre.

La dilatation

Définition

Dilatation : La dilatation est l'augmentation du volume d'un corps lorsqu'on le chauffe. La contraction est la diminution de son volume lorsqu'on le refroidit. Les trois états s'y prêtent, les gaz beaucoup plus que les liquides, et les liquides plus que les solides.

Le modèle l'explique sans supposer que les particules grossissent. Chauffer un corps, c'est augmenter l'agitation de ses particules : chacune s'écarte un peu plus de ses voisines, donc l'ensemble occupe un volume plus grand. Le nombre de particules, lui, ne change pas, donc la masse ne change pas.

La dilatation vue par le modèle : Lors de la dilatation thermique, l’écart moyen entre les particules augmente : les particules ne grossissent pas et la masse du corps reste la même.
Lors de la dilatation thermique, l’écart moyen entre les particules augmente : les particules ne grossissent pas et la masse du corps reste la même.
  • Un thermomètre à liquide fonctionne grâce à la dilatation : le liquide monte dans le tube quand il fait plus chaud.
  • Les rails de chemin de fer sont posés avec un petit jeu entre eux, sinon ils se déformeraient en été.
  • Un pont est monté sur des appuis coulissants, pour la même raison.
  • Un couvercle métallique coincé sur un bocal en verre se dévisse après avoir passé le col sous l'eau chaude : le métal se dilate plus que le verre.

Attention

L'eau fait exception entre °C et °C : en gelant, elle augmente de volume au lieu de diminuer. C'est pourquoi une bouteille pleine et fermée éclate au congélateur, et pourquoi la glace flotte. Un modèle est utile même lorsqu'un cas particulier lui échappe, à condition de savoir lequel.

Un modèle, et non la vérité

Un modèle est une représentation simplifiée, jugée sur une seule question : explique-t-elle ce qu'on observe ? Le modèle particulaire est excellent sur ce point pour tout le programme de 1AC. Il ne dit pourtant presque rien de ce que sont réellement ces particules.

Méthode

Rédiger une explication avec le modèle particulaire

  1. Nommer l'observation à expliquer, en une phrase : « l'air se comprime, l'eau non ».
  2. Décrire la disposition des particules dans l'état concerné : serrées, éloignées, ordonnées ou non.
  3. Dire ce que deviennent ces particules pendant l'expérience : elles se rapprochent, s'écartent, glissent, se répartissent.
  4. Conclure en revenant à l'observation, et vérifier qu'aucune particule n'a été créée ni détruite au passage.

Remarque

La suite du collège raffine ce modèle plutôt qu'elle ne l'abandonne. En 2AC, la particule devient une molécule, elle-même faite d'atomes. En 3AC, l'atome se révèle formé d'un noyau et d'électrons. Chaque étape garde ce qui marchait et explique en plus ce que la précédente ne pouvait pas expliquer : c'est ainsi que fonctionne un modèle en sciences.

Questions fréquentes

Qu'est-ce que le modèle particulaire de la matière ?

C'est une représentation selon laquelle toute matière est constituée d'un très grand nombre de particules extrêmement petites, séparées par du vide et animées d'un mouvement permanent appelé agitation. Ce modèle n'apporte aucune mesure nouvelle : il explique les propriétés observées dans les chapitres précédents, des trois états à la compressibilité des gaz.

Qu'y a-t-il entre les particules de la matière ?

Du vide, et rien d'autre. Il n'y a pas d'air entre les particules d'eau, car l'air est lui-même constitué de particules : en mettre là reviendrait à placer de la matière entre les grains de matière, sans rien expliquer. C'est justement ce vide qui rend un gaz compressible.

Comment sont disposées les particules dans les trois états ?

Dans un solide, elles sont serrées et ordonnées, et elles vibrent autour d'une position fixe. Dans un liquide, elles sont tout aussi serrées mais désordonnées, et elles glissent les unes sur les autres. Dans un gaz, elles sont très éloignées les unes des autres et se déplacent rapidement dans toutes les directions.

Pourquoi un gaz est-il compressible et pas un liquide ?

Comprimer un corps, c'est rapprocher ses particules. Dans un gaz, il y a beaucoup de vide entre elles, donc on peut les rapprocher et le volume diminue. Dans un liquide ou un solide, les particules se touchent déjà : il n'y a plus de vide à supprimer, donc le volume ne diminue pas.

Pourquoi la masse se conserve-t-elle lors d'un changement d'état ?

Parce qu'un changement d'état ne crée ni ne détruit aucune particule : il ne fait que les redisposer. Un glaçon de 50 g contient exactement autant de particules que les 50 g d'eau qu'il donne en fondant, et c'est ce nombre inchangé qui explique que la balance affiche la même valeur.

Qu'est-ce que la diffusion ?

C'est la dispersion spontanée d'un corps dans un autre, sans qu'on ait besoin d'agiter : un parfum ouvert dans un coin de la pièce finit par être senti partout, une goutte d'encre déposée dans un verre d'eau immobile finit par le colorer entièrement. Elle s'explique par le mouvement permanent des particules, et elle est plus rapide quand la température est élevée.

Pourquoi un corps se dilate-t-il quand on le chauffe ?

Parce que le chauffage augmente l'agitation de ses particules : chacune s'écarte un peu plus de ses voisines, donc l'ensemble occupe un volume plus grand. Les particules ne grossissent pas et leur nombre ne change pas, ce qui explique que la masse reste rigoureusement la même pendant toute la dilatation.

Pourquoi 50 mL d'eau et 50 mL d'alcool ne donnent-ils pas 100 mL ?

Parce que les particules d'eau et d'alcool n'ont pas la même taille : les plus petites se logent entre les plus grandes, comme du sable versé sur des billes. Le volume final vaut donc environ 97 mL. La masse, elle, reste la somme des deux masses : la masse s'additionne, le volume pas toujours.

Les particules d'un solide sont-elles immobiles ?

Non. Elles ne se déplacent pas, ce qui donne au solide sa forme propre, mais elles vibrent en permanence autour d'une position fixe. Cette vibration devient plus ample quand la température monte, ce qui explique la dilatation des solides, et plus faible quand elle baisse, sans jamais s'annuler dans les conditions ordinaires.

Pourquoi parle-t-on d'un modèle et non de la réalité ?

Parce qu'aucun microscope de collège ne montre les particules, bien trop petites. Le modèle est retenu parce qu'il explique beaucoup d'observations avec peu d'idées, et il sera précisé plus tard : en 2AC, la particule devient une molécule faite d'atomes ; en 3AC, l'atome se révèle formé d'un noyau et d'électrons.

Quiz : 20 questions sur ce chapitre

20 questions tirées au hasard parmi les 40 de ce chapitre : le quiz est différent à chaque visite. Une seule réponse est correcte, et vous voyez immédiatement si la vôtre l'est.

Q1Selon le modèle particulaire, la matière est constituée :

Bonne réponse : de particules séparées par du vide

La matière est discontinue : elle est faite de grains séparés.

Q2Entre deux particules d'eau, il y a :

Bonne réponse : du vide

L'air est lui-même fait de particules : en mettre là ne résoudrait rien.

Q3Les particules sont :

Bonne réponse : en mouvement permanent

Même dans un solide, elles vibrent sur place.

Q4Dans un solide, les particules sont :

Bonne réponse : serrées et ordonnées

L'ordre est ce qui donne au solide sa forme propre.

Q5Dans un liquide, les particules sont :

Bonne réponse : serrées et désordonnées

Serrées comme dans un solide, mais libres de glisser.

Q6Dans un gaz, les particules sont :

Bonne réponse : très éloignées les unes des autres

C'est ce grand vide qui rend un gaz compressible.

Q7Qu'est-ce qui distingue un solide d'un liquide dans le modèle ?

Bonne réponse : l'ordre des particules

Dans les deux cas elles se touchent ; seul l'ordre change.

Q8Qu'est-ce qui distingue un liquide d'un gaz ?

Bonne réponse : la distance entre particules

Les deux sont désordonnés ; c'est l'écartement qui change.

Q9Pourquoi un gaz est-il compressible ?

Bonne réponse : il y a du vide entre ses particules

Comprimer, c'est rapprocher les particules en supprimant du vide.

Q10Pourquoi un liquide est-il incompressible ?

Bonne réponse : ses particules se touchent déjà

Il n'y a plus de vide à supprimer entre elles.

Q11Comprimer un gaz :

Bonne réponse : rapproche les particules

Leur nombre et leur taille ne changent pas.

Q12Pourquoi la masse se conserve-t-elle lors d'un changement d'état ?

Bonne réponse : le nombre de particules ne change pas

Elles sont seulement redisposées, jamais créées ni détruites.

Q13Qu'est-ce que la diffusion ?

Bonne réponse : la dispersion spontanée d'un corps dans un autre

Elle se produit sans qu'on agite.

Q14Qu'est-ce qui explique la diffusion ?

Bonne réponse : le mouvement permanent des particules

Rien ne pousse : ce sont les particules qui bougent d'elles-mêmes.

Q15Une goutte d'encre se disperse plus vite dans l'eau :

Bonne réponse : chaude

L'agitation des particules augmente avec la température.

Q16Qu'est-ce que la dilatation ?

Bonne réponse : l'augmentation de volume par chauffage

Le volume augmente, la masse ne change pas.

Q17Quand on chauffe un corps, ses particules :

Bonne réponse : s'écartent davantage

L'agitation augmente, donc l'écart entre elles aussi.

Q18Quand on chauffe un corps, sa masse :

Bonne réponse : ne change pas

Aucune particule n'a été ajoutée ni retirée.

Q19Pourquoi les rails ont-ils un jeu entre eux ?

Bonne réponse : à cause de la dilatation

Sans ce jeu, ils se déformeraient en été.

Q20Un ballon fermé placé au congélateur :

Bonne réponse : se contracte

Le froid réduit l'agitation, donc les particules se rapprochent.

Q21L'eau qui gèle :

Bonne réponse : augmente de volume

C'est l'exception signalée dans le cours.

Q22Un thermomètre à liquide fonctionne grâce :

Bonne réponse : à la dilatation

Le liquide chauffé occupe plus de volume et monte dans le tube.

Q23Pourquoi le tube d'un thermomètre est-il très étroit ?

Bonne réponse : pour amplifier la montée

Une petite variation de volume donne une grande hauteur.

Q24Le sucre dissous dans l'eau :

Bonne réponse : est dispersé entre les particules d'eau

Le goût sucré et la balance le prouvent.

Q25Quel est le nombre de particules dans un gaz comprimé de moitié ?

Bonne réponse : le même

Seul le vide entre elles a diminué.

Q26Un gaz exerce une pression sur les parois parce que :

Bonne réponse : ses particules les heurtent sans arrêt

La pression est la somme d'innombrables chocs.

Q27Le modèle particulaire est :

Bonne réponse : un modèle qui sera raffiné

En 2AC il devient molécules et atomes, en 3AC noyau et électrons.

Q28Peut-on voir les particules au microscope du collège ?

Bonne réponse : non, elles sont bien trop petites

C'est pourquoi on parle d'un modèle et non d'une observation.

Q29Mélanger mL d'eau et mL d'alcool donne :

Bonne réponse : un peu moins de mL

Les plus petites particules se logent entre les plus grandes.

Q30Dans ce mélange, la masse totale vaut :

Bonne réponse : la somme des deux masses

La masse est toujours additive, le volume ne l'est pas toujours.

Q31Les particules d'un solide :

Bonne réponse : vibrent autour d'une position fixe

Elles bougent sans changer de place.

Q32Un gaz libéré dans un flacon fermé plus grand :

Bonne réponse : occupe tout le flacon

Rien ne retient ses particules les unes aux autres.

Q33Pourquoi un couvercle métallique se dévisse après passage sous l'eau chaude ?

Bonne réponse : le métal se dilate plus que le verre

Le jeu entre le couvercle et le col augmente.

Q34Un pneu chauffé au soleil voit sa pression :

Bonne réponse : augmenter

Les particules plus agitées frappent les parois plus fort.

Q35La masse d'air d'un pneu fermé chauffé au soleil :

Bonne réponse : ne change pas

Rien n'entre ni ne sort d'un récipient fermé.

Q36Une odeur finit par ne plus être sentie parce que :

Bonne réponse : elles se diluent dans tout le volume

Leur concentration en chaque point devient trop faible.

Q37Le modèle continu, sans vide, échoue à expliquer :

Bonne réponse : la compressibilité des gaz

Un bloc plein n'a rien à comprimer.

Q38Quelle grandeur dépend du nombre de particules ?

Bonne réponse : la masse

Le volume, lui, dépend de leur écartement.

Q39Refroidir un corps :

Bonne réponse : diminue l'agitation des particules

Elles vibrent plus faiblement, sans jamais s'immobiliser tout à fait.

Q40Comment choisit-on entre deux modèles ?

Bonne réponse : on garde celui qui explique le plus de faits

À condition qu'il ne contredise aucune observation établie.

Exercices corrigés

30 exercices classés du plus simple au plus difficile. Cherchez d'abord seul, puis révélez la correction rédigée étape par étape.

Exercice 1

Facile
  1. De quoi la matière est-elle constituée selon le modèle particulaire ?
  2. Qu'y a-t-il entre deux particules ?
  3. Les particules sont-elles immobiles ?

Correction

1. D'un très grand nombre de particules extrêmement petites.

2. Du vide, et rien d'autre.

3. Non : elles sont en mouvement permanent, d'autant plus vif que la température est élevée.

Exercice 2

Facile

Dans quel état est la matière représentée dans chaque cas ?

  1. Particules serrées et rangées en lignes régulières
  2. Particules très éloignées les unes des autres
  3. Particules serrées mais en désordre

Correction

1. Solide.

2. Gazeux.

3. Liquide.

Exercice 3

Facile

Indiquer si chaque affirmation est vraie ou fausse.

  1. Entre les particules d'eau, il y a de l'air.
  2. Les particules d'un solide sont immobiles.
  3. Le nombre de particules est le même dans un glaçon et dans l'eau qu'il donne en fondant.
  4. Chauffer un corps fait grossir ses particules.

Correction

1. Faux. Il y a du vide : l'air est lui-même fait de particules.

2. Faux. Elles vibrent sur place ; elles ne se déplacent pas, mais elles bougent.

3. Vrai. C'est pourquoi la masse se conserve.

4. Faux. Elles s'écartent davantage, elles ne grossissent pas.

Exercice 4

Facile
  1. Pourquoi peut-on comprimer l'air d'une seringue bouchée ?
  2. Pourquoi ne peut-on pas comprimer l'eau ?

Correction

1. Parce que ses particules sont très éloignées : il y a du vide entre elles, donc on peut les rapprocher.

2. Parce que ses particules se touchent déjà : il n'y a plus de vide à supprimer, donc le volume ne diminue pas.

Exercice 5

Facile

On ouvre un flacon de parfum dans un coin de la salle. Quelques minutes plus tard, tout le monde le sent.

  1. Comment s'appelle ce phénomène ?
  2. Quelle propriété des particules l'explique ?
  3. A-t-on eu besoin d'agiter l'air ?

Correction

1. La diffusion.

2. Leur mouvement permanent dans toutes les directions.

3. Non : la diffusion est spontanée.

Exercice 6

Facile
  1. Que devient le volume d'un corps qu'on chauffe ?
  2. Que devient sa masse ?
  3. Que deviennent ses particules ?

Correction

1. Il augmente : c'est la dilatation.

2. Elle ne change pas : aucune particule n'a été ajoutée ni retirée.

3. Elles s'agitent davantage et s'écartent les unes des autres, sans changer de taille.

Exercice 7

Facile

Recopier et compléter : « Dans un solide, les particules sont … et … . Dans un liquide, elles sont … mais … . Dans un gaz, elles sont … . »

Correction

« Dans un solide, les particules sont serrées et ordonnées. Dans un liquide, elles sont serrées mais désordonnées. Dans un gaz, elles sont très éloignées les unes des autres. »

Exercice 8

Facile

Un glaçon de g fond entièrement dans un flacon fermé.

  1. Le nombre de particules a-t-il changé ?
  2. La masse a-t-elle changé ?
  3. Qu'est-ce qui a changé ?

Correction

1. Non.

2. Non : elle vaut toujours g.

3. Seule la disposition des particules : d'ordonnées elles sont devenues désordonnées, et elles glissent maintenant les unes sur les autres.

Exercice 9

Facile

Expliquer en une phrase, à l'aide de la dilatation.

  1. Pourquoi les rails de chemin de fer sont-ils posés avec un jeu entre eux ?
  2. Pourquoi le liquide d'un thermomètre monte-t-il quand il fait chaud ?

Correction

1. Parce qu'ils se dilatent en été : sans ce jeu, ils se déformeraient.

2. Parce que le liquide se dilate : son volume augmente, donc il monte dans le tube étroit.

Exercice 10

Facile
  1. Peut-on voir les particules au microscope du collège ?
  2. Pourquoi utilise-t-on quand même ce modèle ?
  3. Sera-t-il remplacé plus tard ?

Correction

1. Non : elles sont bien trop petites.

2. Parce qu'il explique un grand nombre d'observations avec très peu d'idées.

3. Oui : par les molécules en 2AC, puis par les atomes et les électrons en 3AC. Chaque étape garde ce qui marchait et explique en plus.

Exercice 11

Moyen

Trois observations sont rappelées.

  • Un glaçon garde sa forme dans n'importe quel récipient.
  • L'eau liquide prend la forme du récipient.
  • Un gaz occupe tout le récipient fermé.
  1. Expliquer chacune avec le modèle particulaire.

Correction

Glaçon. Ses particules sont serrées et ordonnées, chacune reste à sa place et ne peut que vibrer : l'édifice conserve donc sa forme.

Eau liquide. Ses particules sont toujours serrées, donc le volume est conservé, mais désordonnées et libres de glisser les unes sur les autres : l'ensemble épouse la forme du récipient.

Gaz. Ses particules sont très éloignées et se déplacent dans toutes les directions sans rien pour les retenir : elles s'écartent jusqu'aux parois et remplissent tout le volume.

Exercice 12

Moyen

On bouche deux seringues identiques, l'une pleine d'air, l'autre pleine d'eau, et on pousse les pistons.

  1. Décrire ce qui se passe pour les particules dans chaque cas.
  2. Le nombre de particules a-t-il varié ?
  3. Peut-on comprimer un gaz indéfiniment ?

Correction

1. Dans la seringue à air, les particules, très espacées, se rapprochent : le vide entre elles diminue. Dans la seringue à eau, les particules se touchent déjà, donc elles ne peuvent pas se rapprocher davantage.

2. Non, dans aucun des deux cas.

3. Non. Plus on comprime, moins il reste de vide, et plus la résistance augmente. À la limite, les particules se toucheraient et le gaz ne se comprimerait plus, comme un liquide. C'est d'ailleurs ainsi qu'on liquéfie un gaz.

Exercice 13

Moyen

Deux béchers identiques contiennent la même quantité d'eau, l'un à °C, l'autre à °C. On y dépose une goutte d'encre sans agiter.

  1. Dans lequel la coloration sera-t-elle la plus rapide ?
  2. Expliquer avec le modèle.
  3. Que se passerait-il si on agitait les deux béchers ?

Correction

1. Dans le bécher le plus chaud, celui à °C.

2. L'agitation des particules augmente avec la température : dans l'eau chaude, les particules d'encre et d'eau se déplacent plus vite, donc la répartition se fait plus vite.

3. Les deux se coloreraient rapidement, et la différence deviendrait beaucoup moins visible. L'agitation mécanique masquerait alors la diffusion : c'est bien pour cela que l'expérience se fait sans agiter.

Exercice 14

Moyen

Un ballon de baudruche bien gonflé et fermé est placé au congélateur. Au bout d'une heure, il paraît dégonflé.

  1. De l'air s'est-il échappé ?
  2. Expliquer l'observation avec le modèle.
  3. Que se passe-t-il si on le remet à température ambiante ?

Correction

1. Non : le ballon est fermé, rien n'est sorti.

2. Le froid diminue l'agitation des particules d'air : elles se rapprochent, donc le gaz occupe un volume plus petit. C'est une contraction, l'inverse de la dilatation.

3. Il reprend son volume initial : l'agitation retrouve son niveau, les particules s'écartent de nouveau. Une pesée confirmerait que la masse n'a jamais changé.

Exercice 15

Moyen

On dissout un morceau de sucre dans un verre d'eau.

  1. Le sucre a-t-il disparu ?
  2. Où sont passées ses particules ?
  3. Comment le modèle explique-t-il que la masse ne change pas ?

Correction

1. Non, il a seulement disparu à la vue : le goût sucré de l'eau prouve qu'il est toujours là.

2. Ses particules se sont séparées les unes des autres et dispersées entre les particules d'eau, où elles sont trop petites et trop éparpillées pour être vues.

3. Aucune particule n'a été créée ni détruite : celles du sucre sont toujours dans le verre, simplement réparties autrement. La masse totale est donc inchangée.

Exercice 16

Moyen

Un couvercle métallique refuse de se dévisser d'un bocal en verre. On passe le col du bocal sous l'eau chaude et le couvercle s'ouvre.

  1. Quel phénomène a été utilisé ?
  2. Pourquoi le couvercle se libère-t-il et non l'inverse ?
  3. Qu'aurait-on pu faire d'autre ?

Correction

1. La dilatation sous l'effet de la chaleur.

2. Parce que le métal se dilate davantage que le verre pour une même hausse de température : le couvercle s'agrandit plus que le col, donc le jeu entre les deux augmente.

3. Refroidir le bocal seul aurait aussi pu marcher, en le faisant se contracter, mais c'est bien plus difficile à réaliser sans refroidir le couvercle en même temps. Chauffer le couvercle seul est la méthode la plus simple.

Exercice 17

Moyen

Un élève propose trois affirmations.

  • « Les particules sont des petites boules de couleur. »
  • « Entre les particules, il y a de l'air. »
  • « Quand un corps refroidit, ses particules se figent complètement. »
  1. Corriger chacune de ces trois affirmations.

Correction

1. Le modèle ne dit rien de leur couleur ni de leur forme exactes. On les dessine en cercles par commodité, mais la couleur est une propriété de la matière en grande quantité, pas d'une particule isolée.

2. Il y a du vide. L'air est lui-même constitué de particules : en mettre entre les particules ne ferait que repousser la question d'un cran.

3. L'agitation diminue quand la température baisse, mais elle ne s'annule pas dans les conditions ordinaires. Un solide très froid a des particules qui vibrent faiblement, et non des particules immobiles.

Exercice 18

Moyen

Un schéma montre un récipient fermé contenant particules de gaz. On enfonce ensuite le piston jusqu'à diviser le volume par trois.

  1. Combien de particules le nouveau schéma doit-il montrer ?
  2. Qu'est-ce qui doit changer sur le dessin ?
  3. Quelle grandeur physique a augmenté ?

Correction

1. Douze, exactement comme avant.

2. Seul l'écartement entre les particules : elles doivent être trois fois plus resserrées, dans un cadre trois fois plus petit. Leur taille, elle, ne change pas.

3. La pression du gaz, puisqu'un même nombre de particules frappe désormais des parois plus rapprochées.

Exercice 19

Moyen

Un rail d'acier de m s'allonge d'environ mm quand sa température augmente de °C.

  1. Quel phénomène est en jeu ?
  2. Quel allongement pour une hausse de °C, en supposant la proportionnalité ?
  3. Pourquoi un pont est-il monté sur des appuis coulissants ?

Correction

1. La dilatation du métal.

2. Trois fois plus, soit mm, c'est-à-dire plus d'un centimètre.

3. Pour lui permettre de s'allonger et de se raccourcir librement avec la température. Un pont bloqué à ses deux extrémités subirait des contraintes considérables et finirait par se fissurer.

Exercice 20

Moyen

On ouvre un flacon d'ammoniaque à une extrémité d'un couloir. Un élève placé à m sent l'odeur au bout de s, un élève placé à m au bout de plusieurs minutes.

  1. Quel phénomène est en jeu ?
  2. Pourquoi le second attend-il plus longtemps ?
  3. L'odeur finit-elle par disparaître ? Pourquoi ?

Correction

1. La diffusion d'un gaz dans l'air.

2. Parce que les particules ne vont pas en ligne droite : elles se heurtent sans arrêt à celles de l'air et suivent un trajet en zigzag. Doubler la distance coûte donc bien plus que doubler le temps.

3. Oui : les particules continuent de se répartir dans tout le volume disponible, donc leur concentration en chaque point finit par devenir trop faible pour être détectée par le nez. Elles ne sont pas détruites, seulement diluées.

Exercice 21

Moyen

Un élève dessine trois schémas particulaires.

  • Solide : particules très espacées et rangées.
  • Liquide : particules serrées et parfaitement alignées.
  • Gaz : particules serrées et désordonnées.
  1. Corriger chacun des trois dessins.

Correction

Solide. Rangées, oui, mais elles doivent être serrées, au contact les unes des autres.

Liquide. Serrées, oui, mais désordonnées : c'est l'ordre, et non la distance, qui distingue le liquide du solide.

Gaz. Désordonnées, oui, mais très éloignées : c'est la distance, et non l'ordre, qui distingue le gaz du liquide.

Exercice 22

Moyen

Une même quantité d'eau est observée successivement à l'état solide, liquide et gazeux, dans un récipient fermé de volume variable.

  1. Ranger les trois états par volume croissant.
  2. Ranger les trois états par masse croissante.
  3. Expliquer la différence entre ces deux classements.

Correction

1. Solide, puis liquide, puis gazeux, ce dernier occupant un volume énormément plus grand. Pour l'eau, le solide est en réalité un peu plus volumineux que le liquide, ce qui est l'exception signalée dans le cours.

2. Aucun classement n'est possible : les trois ont la même masse.

3. Le volume dépend de l'écartement des particules, qui change complètement d'un état à l'autre. La masse dépend de leur nombre, qui ne change jamais. C'est pourquoi la masse se conserve alors que le volume, lui, varie beaucoup.

Exercice 23

Difficile

On mélange mL d'eau et mL d'alcool. Le volume final mesuré n'est pas mL mais environ mL. La masse totale, elle, est bien la somme des deux masses.

  1. Pourquoi la masse se conserve-t-elle ?
  2. Comment le modèle explique-t-il que le volume, lui, diminue ?
  3. Que conclure sur les deux grandeurs ?

Correction

1. Parce qu'aucune particule n'a été créée ni détruite : les particules d'eau et celles d'alcool sont toutes présentes dans le mélange.

2. Parce que les particules d'eau et d'alcool n'ont pas la même taille : les plus petites se logent dans les espaces laissés entre les plus grandes, exactement comme du sable versé sur des billes occupe moins de place que la somme des deux volumes. L'empilement final est plus compact que les deux empilements séparés.

3. La masse est toujours additive, le volume ne l'est pas toujours. C'est une différence de fond entre les deux grandeurs, et elle vient directement du modèle : la masse compte des particules, le volume mesure la place qu'occupe leur empilement.

Exercice 24

Difficile

Un pneu correctement gonflé le matin paraît plus dur en fin d'après-midi, après une longue route sous le soleil, alors que rien n'y a été ajouté.

  1. Quelle grandeur a augmenté ?
  2. Expliquer avec le modèle particulaire.
  3. Le nombre de particules a-t-il changé ? Et la masse ?
  4. Pourquoi mesure-t-on la pression des pneus à froid ?

Correction

1. La pression de l'air enfermé.

2. La température a augmenté, donc l'agitation des particules d'air aussi. Elles frappent les parois plus souvent et plus fort, dans un volume qui n'a presque pas changé puisque le pneu est peu déformable : la pression augmente.

3. Ni l'un ni l'autre. Le pneu est fermé : aucune particule n'est entrée ni sortie, donc la masse d'air est exactement la même qu'au départ.

4. Parce qu'une mesure à chaud donne une valeur plus élevée que la valeur de référence. En dégonflant pour « corriger », on retirerait de l'air, et le pneu se retrouverait sous-gonflé une fois refroidi.

Exercice 25

Difficile

On dépose délicatement un cristal de permanganate de potassium au fond d'un grand cristallisoir rempli d'eau parfaitement immobile. Au bout de plusieurs heures, toute l'eau est devenue violette, de façon uniforme.

  1. Quel phénomène est mis en évidence ?
  2. Quelle idée du modèle cette expérience appuie-t-elle le plus directement ?
  3. Pourquoi est-il important que l'eau soit restée immobile ?
  4. Cette expérience prouve-t-elle l'existence des particules ?

Correction

1. La diffusion d'un solide dissous dans un liquide.

2. Le mouvement permanent des particules. Rien n'a été agité, aucune force extérieure n'est intervenue, et pourtant la matière s'est déplacée : il faut donc que quelque chose bouge tout seul à l'échelle invisible.

3. Parce qu'un mouvement de l'eau, même léger, transporterait la couleur mécaniquement. On ne saurait plus si la répartition vient du modèle ou du brassage. L'immobilité est ce qui rend l'observation concluante.

4. Non, et c'est un point important. Elle montre qu'un modèle où la matière bouge d'elle-même explique très bien l'observation, alors qu'un modèle où la matière est un bloc continu et immobile ne l'explique pas du tout. Un modèle n'est jamais prouvé : il est retenu tant qu'il rend compte des faits, et remplacé dès qu'un fait lui échappe.

Exercice 26

Difficile

Un thermomètre est un tube très étroit relié à un réservoir contenant un liquide coloré.

  1. Expliquer son fonctionnement avec le modèle particulaire.
  2. Pourquoi le tube est-il très étroit ?
  3. La masse de liquide change-t-elle quand la température monte ?
  4. Pourrait-on faire un thermomètre avec un solide ?

Correction

1. Quand la température monte, l'agitation des particules du liquide augmente, elles s'écartent, et le volume du liquide augmente. Comme le réservoir est rigide, ce surplus de volume ne peut que monter dans le tube.

2. Pour amplifier l'effet. Une petite augmentation de volume, répartie dans un tube étroit, donne une grande montée en hauteur : c'est le même raisonnement que pour l'éprouvette étroite, plus précise.

3. Non. Aucune particule n'est ajoutée ni retirée : la masse est constante et seul l'écartement change. C'est d'ailleurs pour cela que la masse volumique d'un liquide diminue quand il est chauffé.

4. En principe oui, puisque les solides se dilatent aussi, et certains thermomètres fonctionnent effectivement avec une lame métallique. Mais la dilatation d'un solide est bien plus faible que celle d'un liquide, donc l'effet est plus difficile à lire.

Exercice 27

Difficile

Deux faits semblent contredire le cours.

  • L'eau augmente de volume en gelant, alors que le refroidissement devrait la contracter.
  • Un ballon d'hélium monte, alors que l'hélium a une masse.
  1. Le premier fait contredit-il le modèle particulaire ?
  2. Le second contredit-il la conservation de la masse ?
  3. Que faut-il conclure sur l'usage d'un modèle ?

Correction

1. Il contredit la règle générale de la contraction par refroidissement, pas le modèle lui-même. En gelant, les particules d'eau s'organisent en un empilement particulier, plus aéré que celui du liquide : le modèle peut en rendre compte, à condition d'admettre que l'arrangement compte autant que la distance moyenne.

2. Non. La masse de l'hélium est bien positive et se conserve. Le ballon monte parce que l'air qui l'entoure, plus dense, le pousse vers le haut : c'est un problème de masse volumique, pas de conservation.

3. Qu'un modèle a un domaine de validité. Il ne devient pas faux parce qu'un cas particulier lui échappe ; il devient dangereux si on l'applique sans savoir où il cesse de valoir. Connaître les exceptions fait partie de la maîtrise du modèle, pas de sa réfutation.

Exercice 28

Difficile

Rédiger, pour chacune des trois observations, une explication en trois phrases : l'observation, la disposition des particules, ce qui leur arrive.

  1. Un gaz enfermé exerce une pression sur toutes les parois du récipient.
  2. Un liquide chauffé occupe un volume plus grand.
  3. Une bouteille d'eau pleine et fermée éclate au congélateur.

Correction

1. Un gaz enfermé pousse sur toutes les parois. Ses particules sont très éloignées et se déplacent rapidement dans toutes les directions. Elles heurtent donc sans arrêt chaque paroi, et la somme de ces innombrables chocs constitue la pression du gaz.

2. Un liquide chauffé occupe plus de place. Ses particules sont serrées et désordonnées, glissant les unes sur les autres. Le chauffage augmente leur agitation, elles s'écartent un peu plus les unes des autres, et le volume total augmente sans qu'aucune particule n'ait été ajoutée.

3. Une bouteille d'eau pleine et fermée éclate au congélateur. En gelant, les particules d'eau s'ordonnent selon un empilement plus aéré que celui de l'eau liquide. Le volume augmente alors, mais la bouteille fermée et pleine ne peut pas l'accueillir : la paroi cède.

Exercice 29

Difficile

Avant le modèle particulaire, certains pensaient que la matière était un bloc continu, plein, sans vide à l'intérieur.

  1. Quelles observations du semestre ce modèle continu explique-t-il correctement ?
  2. Lesquelles ne peut-il pas expliquer ?
  3. Comment choisit-on entre deux modèles ?

Correction

1. Il explique très bien l'incompressibilité des liquides et des solides, la forme propre d'un solide et la conservation de la masse : si la matière est un bloc plein, on ne peut ni la comprimer ni la faire disparaître.

2. Il échoue sur la compressibilité des gaz, puisqu'un bloc plein n'a rien à comprimer ; sur la diffusion, puisque rien ne bouge dans un bloc immobile ; sur la dilatation, qui exigerait que la matière se crée en chauffant ; et sur le mélange eau et alcool, dont le volume final est inférieur à la somme.

3. On garde celui qui explique le plus de faits avec le moins d'hypothèses, et qui ne contredit aucune observation établie. Le modèle particulaire n'ajoute que trois idées et couvre tout le semestre, y compris tout ce que le modèle continu explique déjà : c'est cette couverture plus large, à coût égal, qui le fait retenir.

Exercice 30

Difficile

Voici sept observations du semestre. Les expliquer toutes avec le seul modèle particulaire, en une ou deux phrases chacune.

  1. L'air d'une seringue bouchée se comprime.
  2. L'eau d'une seringue bouchée ne se comprime pas.
  3. Un glaçon de g donne g d'eau.
  4. Un parfum ouvert se sent dans toute la pièce.
  5. Un rail s'allonge en été.
  6. Le sucre dissous rend l'eau sucrée sans être visible.
  7. Un gaz libéré dans un flacon fermé en occupe tout le volume.

Correction

1. Les particules d'un gaz sont très éloignées : le vide entre elles peut être réduit, donc le volume diminue.

2. Les particules d'un liquide se touchent déjà : il n'y a plus de vide à supprimer, donc le volume ne diminue pas.

3. La fonte ne crée ni ne détruit de particules, elle les redispose seulement : leur nombre est constant, donc la masse aussi.

4. Les particules du parfum sont en mouvement permanent et se glissent entre celles de l'air, jusqu'à se répartir dans tout le volume : c'est la diffusion.

5. La chaleur augmente l'agitation des particules du métal, qui s'écartent davantage : le volume, donc la longueur, augmente, sans qu'aucune particule n'ait été ajoutée.

6. Les particules de sucre se séparent et se dispersent entre celles de l'eau, trop petites et trop éparpillées pour être vues, mais toujours présentes : d'où le goût et la conservation de la masse.

7. Rien ne retient les particules d'un gaz les unes aux autres : leur mouvement dans toutes les directions les mène jusqu'aux parois, et elles se répartissent dans tout le volume offert.

Ces sept explications reposent sur trois idées seulement, la petitesse des particules, le vide qui les sépare et leur mouvement permanent. C'est cette économie qui fait la valeur d'un modèle.

Physique-Chimie 1AC · S1

Le cours en PDF

Cours illustré et exercices corrigés.

Gratuit · À lire ou à imprimer