Comment fonctionne le monde - La main à la pâte

Annexe : Compléments scientifiques
Quelle relation entre chaleur et température ?
Les changements d’état ont été observés en 6e (De quoi est fait le monde ? Matière et matériaux).
On en aborde l’aspect énergétique. Les activités liminaires sont celles proposées par le programme de
physique-chimie de la classe de 5e :
Congeler de l'eau, suivre l'évolution de la température (éventuellement avec l’ordinateur) ;
Chauffer de l'eau liquide, suivre l'évolution de la température de l'eau, réaliser l'ébullition.
On met en évidence l’existence pour le changement d’état d’un corps pur d’un « palier » dans
l’évolution de la température.
D’un point de vue énergétique, on parvient à la conclusion essentielle : l’énergie thermique fournie à
l’eau ne provoque plus d’élévation de température au moment du changement d’état.
Peut‐on parler du contenu en énergie d’un système sans plus de
précision ?
En ce qui concerne le "contenu en énergie de la nourriture", on ne peut parler du contenu en énergie
d'un système que si l'on précise le type de transformation qu'il va subir. Par exemple, si je fais subir à
la matière une transformation nucléaire, je récupère en gros un million de fois plus d'énergie que si je
lui fais subir une transformation chimique. Donc, il faut que les élèves associent la notion d'énergie
non pas à l'état d'un système, mais au passage de ce système d'un état à un autre. Il est très important
de bien faire comprendre cela aux élèves.
Là-dessus, il n'y a pas de différence entre la physique, la chimie ou la biologie. L'enseignement
intégré des sciences a pour objectif de mettre en cohérence les discours en science et technologie. Ce
que nous disons sur un concept aussi important que l'énergie doit avoir le même sens dans les
différentes disciplines.
Voici un exemple qui peut sembler idiot, mais qui est loin d'être stupide. Je prends un paquet de
corn-flakes et je lis : « Pour 100g, énergie : 370 kcal ou 1573 kJ ». Que signifient ces valeurs chiffrées ?
Elles ne sont correctes que si je mange ces corn-flakes, c'est-à-dire si je leur fais subir une série de
transformations chimiques bien précises. Mais si je prends mes 100g de corn-flakes, et que je les laisse
tomber en chute libre de 1m, je récupère seulement 0,1x9,81x1 = 0,981 J. Donc vous voyez bien que le
"contenu en énergie" des corn-flakes n'est pas bien défini, il dépend de ce que j'en fais.
La question de l'énergie thermique semble moins importante à ce niveau. Mais disons tout de même
où se situe l'ambiguïté. Comme il a été dit plus haut, tout vient de ce qu'on ne peut pas définir
"l'énergie thermique d'un système". Il ne peut s'agir que d'une forme d'énergie qui apparaît ou
disparaît lorsque le système subit un certain type de transformation.
Par exemple, lorsque je frotte deux objets l'un contre l'autre, l'énergie que je dépense est transformée
en agitation désordonnée des constituants microscopiques des objets, ce qui se manifeste par une
augmentation de la température du système. Mais cette même énergie, je peux l'utiliser pour lancer ces
objets vers le haut. Dans ce cas, la température n'augmente pas, c'est l'énergie cinétique du centre de
masse qui augmente. Dans le premier cas, je dirai que j'ai effectué un transfert thermique d'énergie,
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