L’eau, élément essentiel de la vie, on en boit tous les jours (et non, les bouteilles rouges avec l’inscription « Coca-cola » ne sont pas de l’eau). On en utilise pour se doucher, se brosser les dents, cuisiner… Mais connaît-on vraiment notre amie de toujours ? 🤔
Aujourd’hui, on va se concentrer sur la masse volumique de l’eau. Tu es certainement en train de te dire : « mais qu’est-ce qu’il baragouine celui-là ? »
Pourtant, tu risques de passer à côté d’une notion essentielle et qui te servira forcément en chimie ou autres cours scientifiques 🧑🔬.
Allez on se jette à l’eau et on y va !
Entrée en matière : qu’est-ce que la masse volumique de l’eau ? 🚿
C’est bien beau de connaître les mots « masse », « volumique » et « eau » mais une fois assemblés, que veulent-ils dire ?
La définition de la masse volumique de l’eau 💧
💡 Définition de la masse volumique
La masse volumique, dont le symbole est ρ (rhô), représente la quantité de matière (masse) se trouvant dans un un espace.
Attention aux conclusions hâtives ! Il ne faut pas confondre la masse volumique avec la notion de densité ✖️.
Si la masse volumique est relative à la concentration d’une substance dans un espace, la densité, quant à elle, détermine si la substance est plus ou moins pesante par rapport à un matériau de référence. L’eau (à 3,98°C) est le matériau de référence pour les liquides et les solides, tandis que l’air l’est pour les gaz.
Par définition, la densité de l’eau à 3,98 °C est égale à 1.
Cette mesure permet d’identifier si le matériau, la substance en question, va flotter dans de l’eau. Si la valeur de la densité est inférieure à 1 (densité de l’eau), le matériau flottera (puisqu’à volume égal, il subira, immergé dans l’eau, une poussée supérieure à son propre poids) 💦.
La densité se calcule en divisant la masse volumique de la substance par celle de l’eau 3,98 °C (ou celle de l’air pour les gaz).
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D’ailleurs, on peut mesurer une masse volumique pour découvrir la nature d’une substance. Par exemple si tu connais pas la nature d’une substance tu peux calculer sa masse volumique et avec ce résultat tu pourras en déduire sa nature.
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Une formule qui permet de la calculer ➗
La formule utilisée pour calculer la masse volumique est la suivante :
ρ = m / V
où :
🔫 ρ est la masse volumique (g/mL ou g/cm3)
⚖️ m est la masse (g)
🥛 V est le volume (mL ou cm3)
💡 Pour info
La masse volumique s’exprime aussi en kilogramme par mètre cube (kg/m3) dans le système international et pas seulement en g/cm3.
Pour que tu sois moins perdu, tiens on t’aide : 1 g/cm3 = 1000 kg/m3 😉.
D’ailleurs, le choix des unités n’est pas un hasard mais dépend simplement de l’état de la solution à analyser.
Si la substance est à l’état liquide, la masse volumique est calculée en grammes par millilitre (g/mL) alors que si la substance est à l’état solide, la masse volumique est calculée en grammes par centimètre cube (g/cm3). Si la substance est à l’état gazeux, tu as le choix, soit en g/mL ou en grammes par centimètre cube (g/cm3).
En savoir plus sur l’eau et sa masse volumique 🚰
C’est bien beau de connaître des formules farfelues, mais qu’en est-il des caractéristiques de la masse volumique de l’eau ? On va voir qu’elle dépend de plusieurs facteurs (état de l’eau, température…) 🥵
L’eau liquide 💧
Pour te remettre en contexte, on te rappelle que : ρ eau liquide à 3.98°C = 1000 kg/m3 = 1000 g/L = 1 g/cm3 = 1 g/mL. Cela signifie, entre autres, que 1 m3 d’eau liquide pèse 1000 kg, soit 1 tonne 💪.
Néanmoins, cette masse volumique peut changer et cela est dû aux différences de température de l’eau. ♨️
Lorsqu’il fait 4 °C, on peut, comme on l’a vu, mettre 1000 kg d’eau dans un mètre cube. À 4 °C, sa masse volumique est donc de 1000 kg / m3.
Lorsque l’eau passe de 4 °C à 100 °C, elle augmente de volume et prend plus de place. À 100 °C, sa masse volumique n’est plus que de 958 kg / m3.
La même quantité d’eau pèse toujours le même poids. Elle prend, néanmoins, plus de place lorsque sa température croît et qu’elle chauffe, car elle se dilate.
Entre 4 °C et 100 °C, le volume d’eau augmente de plus de 4 %.
💡 Pour rappel
☔ L’eau est dans un état liquide entre 0 et 100 °C ;
🧊 En dessous de 0 °C, c’est de la glace (état solide) ;
😤 Et au-dessus de 100 °C, elle se transforme en vapeur (état gazeux).
| Liquide (à 20 °C) | Masse volumique (g/mL) |
|---|---|
| Essence | 0,75 |
| Huile d’olive | 0,920 |
| Eau douce | 0,98 |
| Eau de mer | 1,03 |
L’eau sous forme solide 🧊
Comme vu précédemment, on calcule la masse volumique d’un solide en divisant sa masse (g) par celle de son volume (cm³). Le volume n’est plus en mL ou L, on parle ici d’un solide et non plus d’un liquide.
| Solide | Masse volumique (g/cm3) |
|---|---|
| Glace | 0,92 |
| Or | 19,3 |
| Plomb | 11,3 |
D’ailleurs pourquoi l’eau solide prend plus de place que sous forme liquide 😯 ?
Tout bonnement parce que dans la glace, les molécules d’eau sont de forme hexagonale, ce qui laisse beaucoup de vide entre elles : la glace prend donc plus de place. Alors que dans l’eau liquide, ces espaces vides sont moins nombreux et le liquide prend donc moins d’espace que le solide.
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L’eau sous forme de vapeur (gaz) 🫧
Tu te souviens quand on t’a dit que l’eau bouillait à une température de 100 °C ? Et bah pas toujours !
💡 Petit point sur l’ébullition
Cela va dépendre de la pression atmosphérique. En effet, plus la pression de l’atmosphère augmente et plus la température pour arriver à ébullition va être élevée. C’est pourquoi il faudra faire plus chauffer l’eau pour obtenir de la vapeur. Cela fonctionne dans l’autre sens, lorsque la pression diminue.
Par exemple :
À 3000 m sous le niveau de l’océan, l’eau bout à 300 degrés. C’est pourquoi il existe des sources d’eaux chaudes à plus de 100 °C sans que l’eau ne soit à l’état gazeux pour autant 🪸.
En revanche, au sommet du Mont Blanc, la pression atmosphérique est plus basse et l’eau bout à une température de 85 °C. En haut de l’Everest, c’est à 72 °C que l’on peut mettre ses pâtes à bouillir 🏔️.
| Gaz | Masse volumique (kg/m3) |
|---|---|
| Air à 0 °C | 1,293 |
| Air à 20 °C | 1,204 |
| Vapeur d’eau à 100 °C | 0.597 |
| Helium | 0,178 |
💡 Observation
Pour les gaz, on a donné la masse volumique en kg/m3 et non en g/cm³. Pour la vapeur d’eau par exemple, elle est de 0.000597 g/cm³.
La masse volumique des gaz est bien plus faible qu’à l’état solide et encore plus que sous forme liquide, comme tu peux le constater.
Par contre, le volume occupé par l’eau à l’état gazeux est plus grand que celui de l’eau à l’état liquide. En effet, ses molécules vont se disperser sans s’arrêter pour essayer d’occuper le plus grand espace possible ⭕.
Voilà, tu sais désormais l’essentiel sur la masse volumique de l’eau et sur ses variations dues à des facteurs tels que la température ou l’état de l’eau par exemple. Mais parlons de ton parcours à présent, quand est-ce que cette notion pourrait t’être utile ? 👉
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La masse volumique : dans quels domaines l’appliquer ?🤔
Et oui, ce n’est pas juste une notion pour faire joli. Elle te servira sans doute dans tes études ou même dans ton futur métier.
Les études qui abordent le sujet 📚
Passons au concret mon cher ami et voyons à quel moment dans ton parcours, tu pourras rencontrer la notion de masse volumique.
✍️ En 3ᵉ / pour le Brevet. Effectivement, cette notion sera au programme de ta dernière année de collège et pourrait bien te servir pour passer le Brevet. Plus particulièrement pour ton épreuve de sciences qui durera 1 h.
📖 En Seconde : la masse volumique traverse les frontières du collège et débarque au lycée. En effet, après avoir vu les bases de la notion, tu seras amené à déterminer la masse d’un échantillon à partir d’une masse volumique ou bien d’une densité.
🧑🎓 En école d’ingénieurs : certaines choses te poursuivent même dans tes études supérieures. Et tu risques de revoir la notion de masse volumique si jamais tu t’aventures dans l’ingénierie.
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Les métiers dans lesquels la masse volumique pourra te servir 👍
🏗️ Dans le bâtiment. En effet, les architectes et les ingénieurs doivent calculer la masse volumique des différents matériaux de construction tels que le béton, l’acier, le bois et les briques pour s’assurer qu’ils peuvent supporter la charge du bâtiment.
🍷 Dans l’œnologie : Et oui, il faut bien calculer le pourcentage d’alcool que contiennent les boissons alcoolisées (les spiritueux) et pour ça on utilise la masse volumique. On s’en sert aussi pour la fermentation des bières 🍻.
On ne fait pas que picoler quand on travaille dans l’œnologie, la preuve !
Et voilà, fini d’en avoir l’eau à la bouche, notre article se termine. On peut dire qu’on a fait le tour, de sa définition à son application dans la réalité, la masse volumique et plus particulièrement celle de l’eau n’a plus de secret pour toi 👏.
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![[5e] Les changements d’état de l’eau ️](https://adymrxvmro.cloudimg.io/v7/sherpas.com/content/uploads/2021/10/les-changements-detat-de-leau-5eme-e1627648824442.jpg?func=crop&w=384&h=280)
