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LA MATIERE

Les différentes tailles :

Le kilomètre :

kilo, avec un “k” minuscule signifie “mille”. Un kilomètre vaut mille

mètres, comme un kilogramme vaut mille grammes.

1 km = 1 000 m. 1 km = 10 3 m

C’est le multiple du mètre qui est utilisé pour mesurer les villes, les

pays…

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Une carte de France

http://big.chez-alice.fr/francegps/gps/france1287-1218.bmp

http://big.chez-alice.fr/francegps/gps/france1287-1218.bmp

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Le mètre :

C’est l’unité de mesure de référence du Système International.

Avant la Révolution française, les unités de mesure étaient variées, mais

surtout imprécises, car elles provenaient de la taille du corps : le pouce,

la palme (à partir de la main), la coudée, le pied… Or rien n’est plus

variable d’une personne à une autre que la taille des organes.

A la Révolution française, des mathématiciens, physiciens et géomètres

ont mesuré une partie du méridien terrestre (Le méridien est une ligne

imaginaire qui fait le tour de la Terre en passant par les deux pôles).

En 1795, une nouvelle unité est créée, le mètre, mesurant un quarante

millionième de la longueur du méridien terrestre.

http://www.industrie.gouv.fr/metro/aquoisert/metre.htm

http://www.industrie.gouv.fr/metro/aquoisert/metre.htm

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Le mètre-étalon du 36 rue de Vaugirard à Paris,

gravé dans la pierre d’un ancien immeuble, en face du Sénat.

Le millimètre :

On utilise, en physique les multiples et les sous-multiples par tranches

de 1 000.

Dans un mètre, il y a mille millimètres.

1 m = 1 000 mm 1 m = 10 3 mm

1 mm = 1 / 1 000 m 1 mm = 10 -3 m

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Le micromètre :

Le micromètre est l’unité utilisée pour mesurer au microscope les gros

microbes, les bactéries, mais aussi les cellules de notre corps. Un

globule rouge mesure environ 7 micromètres de diamètre.

Des bactéries.

www.ulb.ac.be/sciences/ biodic/ImBacterie.html.

Des globules rouges, ou hématies du sang humain

(moins de 10 micromètres)

http://www.recherche.gouv.fr/archives/stomato.jpg

http://www.ulb.ac.be/sciences/biodic/ImBacterie.htmlhttp://www.recherche.gouv.fr/archives/stomato.jpg

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Quelques cellules.

http://www.fm.usj.edu.lb/hp/pcoll/neuro/oligoab/N-016780-04E.jpg

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Les microscopes optiques de biologie les plus performants utilisent la

lumière. Ils permettent de distinguer des détails de l’ordre du

micromètre.

Un microscope optique.

http://www.az-microscope.on.ca/images/Ml2100.jpg

http://www.az-microscope.on.ca/images/Ml2100.jpg

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Dans un mètre, il y a un million de micromètres.

1 m = 1 000 000 µm 1 m = 10 6 µm

1 µm = 1 / 1 000 000 m 1 µm = 10 -6 m

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Le nanomètre :

Pour « voir » des détails 1 000 fois plus petits, on ne peut plus utiliser la

lumière. Il faut bombarder les objets de particules extrêmement petites,

comme les électrons. On utilise alors un microscope électronique.

Un microscope électronique à balayage.

http://www.shef.ac.uk/eee/fegtem/microscope.html

Dans un mètre, il y a un milliard de nanomètres.

1 m = 1 000 000 000 nm 1 m = 10 9 nm

1 nm = 1 / 1 000 000 000 m 1 nm = 10 -9 m

http://www.shef.ac.uk/eee/fegtem/microscope.html

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Pour se rapprocher davantage de la matière, on utilise un microscope à

effet tunnel, ou nanoscope : une pointe extrêmement fine survole une

surface à une distance très petite. Un courant électrique s’établit entre

la surface et la pointe. Les variations de ce courant électrique indiquent

les variations du relief de la surface explorée.

http://dpmc.unige.ch/

http://dpmc.unige.ch/

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Une démonstration de microscopie tunnel : un nanoscope.

http://dpmc.unige.ch/opendoors/Labos/3%20STM/STM.html

Université des sciences de Genève.

http://dpmc.unige.ch/opendoors/Labos/3%20STM/STM.html

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Une vue rapprochée du dispositif.

http://dpmc.unige.ch/opendoors/Labos/3%20STM/STM.html

http://dpmc.unige.ch/opendoors/Labos/3%20STM/STM.html

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La structure de la matière :

Rapprochons-nous de la pointe d’un crayon :

A l’œil nu.

2

(ordre de grandeur :

le millimètre)

Au microscope

optique.

2 000

(ordre de grandeur : le

micromètre)

Avec un microscope

électronique.

20 000 000

(ordre de grandeur : le

nanomètre)

http://www.nccr-

nano.org/nccr/media/gallery/gallery_01/gallery_01_02

La matière est formée de particules très petites : les atomes. Ces atomes

se groupent pour donner des cristaux, des molécules. Chaque atome

mesure moins d’un nanomètre.

Entre les atomes, il n’y a rien : c’est le vide.

Les images données par un nanoscope ne sont pas une représentation

directe de la réalité. Il faut les décoder et les interpréter. L’image

suivante montre la position des différents atomes par des crêtes.

On observe un cristal, car les atomes sont rangés en ordre, selon des

lignes droites.

http://www.nccr-nano.org/nccr/media/gallery/gallery_01/gallery_01_02http://www.nccr-nano.org/nccr/media/gallery/gallery_01/gallery_01_02

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Représentation au nanoscope d’une surface de graphite (carbone).

Chaque « pointe » est la « position » d’un atome.

http://www.physics.purdue.edu/nanophys/images/hopg3d-1.jpg

http://www.physics.purdue.edu/nanophys/images/hopg3d-1.jpg

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Les différents états de la matière :

On trouve les corps purs sous trois états principaux : solide, liquide,

gazeux.

L’état solide :

L’eau est solide dans la banquise, les icebergs, la glace, la neige, les

nuages de neige, le verglas, la grêle…

Des Manchots sur la banquise.

http://ecologie.blog.lemonde.fr/files/2016/02/RTR2YWTR.jpg

http://ecologie.blog.lemonde.fr/files/2016/02/RTR2YWTR.jpg

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Un iceberg (vue d’artiste).

http://astucesdegrandmere.net/wp-

content/uploads/2014/10/iceberg.png

http://astucesdegrandmere.net/wp-content/uploads/2014/10/iceberg.pnghttp://astucesdegrandmere.net/wp-content/uploads/2014/10/iceberg.png

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Un flocon de neige vu au microscope.

http://www.unice.fr/DeptPhys/informatique/Rapports/sherrer/flocon.

jpg

http://www.unice.fr/DeptPhys/informatique/Rapports/sherrer/flocon.jpghttp://www.unice.fr/DeptPhys/informatique/Rapports/sherrer/flocon.jpg

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Un rameau enneigé.

http://montagne.photo.free.fr/arbres/photos.arbres.jpg

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http://www.astrosurf.com/lombry/Documents/meteo-grele-charter-

nez.jpg

Le résultat du passage dans un nuage de grêle : les grêlons sont

solides !

http://www.astrosurf.com/lombry/Documents/meteo-grele-charter-nez.jpghttp://www.astrosurf.com/lombry/Documents/meteo-grele-charter-nez.jpg

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En compactant la neige en blocs de glace, on peut fabriquer un igloo.

http://jwit.webinstituteforteachers.org/~lrcohen/webquest/images/igl

oo-big.jpg

Le solide est formé de matière compacte et ordonnée :

Comme une grande quantité de matière est réunie sous un faible

volume, le solide est compact.

http://jwit.webinstituteforteachers.org/~lrcohen/webquest/images/igloo-big.jpghttp://jwit.webinstituteforteachers.org/~lrcohen/webquest/images/igloo-big.jpg

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Un cristal métallique : des atomes (blancs) serrés les uns contre les

autres, alignés obliquement.

Photo Hachette.

Dans un solide, ces particules sont serrées les unes contre les autres et

liées entre-elles. Dans un cristal métallique, les atomes sont alignés en

ordre géométrique (lignes).

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Des atomes liés entre-eux, vus au nanoscope.

Le solide a donc une forme propre, est difficilement déformable. On ne

peut pas faire varier son volume.

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L’état liquide :

Une goutte d’eau tombant.

http://danigrouik.free.fr/Galerie/Galerie_small/Goutte%20d'eau.jpg

L’eau est sous forme liquide dans la mer, les lacs, les rivières, les fleuves,

les nuages de pluie, le brouillard…

http://danigrouik.free.fr/Galerie/Galerie_small/Goutte%20d'eau.jpg

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La mer : de l’eau sous forme liquide.

Les nuages : des gouttes d’eau liquide en suspension dans un air riche

en vapeur d’eau.

http://bateaux.bois.free.fr/fond/or-eau.jpg

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On voit les nuages, le panache sortant des tours de refroidissement des

centrales nucléaires, des réacteurs d’un avion, le brouillard sortant de

notre nez et de notre bouche quand il fait froid, car la vapeur d’eau se

condense en un nuage blanc de petites gouttelettes d’eau liquide.

Les réacteurs d’avions rejettent des tonnes de gouttelettes d’eau dans

l’atmosphère.

http://www.kolumbus.fi/jimenez/photos/misc/airbus340.jpg

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Condensation de gouttelettes d’eau liquide autour d’un F18

approchant la vitesse du son

http://www.pro-

photography.net/portfoliodata/aviation/F18_condensation_prophoto.

jpg

http://www.pro-photography.net/portfoliodata/aviation/F18_condensation_prophoto.jpghttp://www.pro-photography.net/portfoliodata/aviation/F18_condensation_prophoto.jpghttp://www.pro-photography.net/portfoliodata/aviation/F18_condensation_prophoto.jpg

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La centrale nucléaire de Cruas-Meysse sur le Rhône.

Un panache blanc de gouttelettes d’eau liquide sort des tours de

refroidissement (ce ne sont pas des cheminées !)

www.edf.fr

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La buée sur les vitres est aussi formée de gouttelettes d’eau liquide.

La buée liquide sur une vitre.

http://gbizzotto.free.fr/blogfotos/buee2.jpg

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Les gouttes d’eau liquide de la buée vues de près.

http://home.swiftdsl.com.au/~benandsal/photos/dscn0833.jpg

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Le liquide est compact et fluide :

Dans un liquide, les molécules sont aussi serrées les unes contre les

autres. Le liquide est compact. On ne peut pas faire varier son volume :

ni le comprimer, ni le détendre.

Par contre, les particules étant libres de se déplacer, le liquide peut

couler, traverser des tuyaux : il est fluide.

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Le liquide coule dans le tuyau de la fontaine et tombe en décrivant une

parabole.

http://www.lcdj.net/2005/0507/050705-p397-fontaine.jpg

La surface libre d’un liquide au repos est plane et horizontale. Le liquide

prend la forme du fond du récipient qui le contient.

http://www.lcdj.net/2005/0507/050705-p397-fontaine.jpg

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Même si on incline le récipient, la surface libre (en contact avec l’air

reste plane et horizontale.

http://d.villafruela.free.fr/cours_cinquieme/eau_biosphere/ebios_04/

cours/img/eb4-01.gif

http://d.villafruela.free.fr/cours_cinquieme/eau_biosphere/ebios_04/cours/img/eb4-01.gifhttp://d.villafruela.free.fr/cours_cinquieme/eau_biosphere/ebios_04/cours/img/eb4-01.gif

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L’état gazeux :

L’eau se trouve sous forme de vapeur invisible dans l’air, l’atmosphère.

L’air est un mélange de plusieurs gaz, dont les deux principaux sont le

diazote et le dioxygène.

Le gaz est fluide et diffus :

Dans un gaz, les particules (molécules) sont éloignées les unes des

autres. Entre les particules, il y a beaucoup de vide.

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© Bruno Brolis

Les particules d’un gaz sont en mouvement désordonné et rapide dans

tous les sens. Elles s’entrechoquent et tapent contre les parois du

récipient : c’est la pression du gaz.

Le gaz diffuse dans tout le récipient : il occupe tout le volume disponible.