Sciences et technologie · CM2
Masse, volume, mélanges et états
Masse et volume sont deux grandeurs différentes que l’on mesure et convertit. Des expériences sur l’eau permettent d’étudier déplacement, conservation, évaporation et changements d’état.
Les activités numériques préparent et prolongent le travail en classe. Le protocole précise les observations, mesures ou réalisations à faire réellement.
Ce que nous allons travailler
- Convertir des unités usuelles de masse et volume.
- Mesurer le volume d’un liquide et d’un solide par déplacement.
- Étudier les conservations de masse ou de volume selon la transformation.
- Distinguer mélange et changement d’état.
- Différencier les propriétés des solides, liquides et gaz.
- Relier fusion, solidification, évaporation et condensation au cycle de l’eau.
Unités
1 t = 1 000 kg ; 1 kg = 1 000 g ; 1 g = 1 000 mg ; 1 L = 1 000 mL ; 1 mL = 1 cm³. Une conversion conserve la grandeur mais change l’écriture de sa valeur.
Déplacement
Pour un solide plein, non soluble et entièrement immergé sans bulles d’air, le volume se calcule par différence entre le volume final et le volume initial du liquide, sans confondre cette différence avec une masse.
Conservation
Dans un système fermé, la masse totale se conserve lors d’une dissolution ou d’un changement d’état. Les volumes peuvent ne pas s’additionner et un changement d’état peut modifier le volume occupé.
Évaporation
Lors d’une évaporation dans un récipient ouvert, de l’eau liquide passe dans l’air sous forme de vapeur ; un solide dissous non volatil peut rester.
Trois états
Un solide possède une forme et un volume propres ; un liquide possède un volume propre, prend la forme du récipient et présente une surface libre horizontale au repos. Un gaz ne possède ni forme ni volume propres : il occupe l’espace disponible et peut être comprimé ou détendu.
États et eau
Fusion : solide vers liquide ; solidification : liquide vers solide ; évaporation : liquide vers gaz ; condensation : gaz vers liquide. Ces changements participent au cycle naturel de l’eau.
Le quintal
Un quintal, symbole q, vaut 100 kg. Une tonne vaut 10 q, soit 1 000 kg. Le quintal est une unité de masse, pas de volume.
Matériau naturel et matériau transformé
Le bois d’une branche existe dans la nature ; il peut être débité et façonné pour fabriquer un crayon. Une roche contenant du minerai est une ressource naturelle ; des procédés industriels permettent d’en extraire un métal, ensuite mis en forme. Trouvé dans la nature ne signifie pas prêt à l’emploi, et transformé ne signifie pas toujours synthétique.
Changer d’unité de masse
Convertis sans changer la masse.
Grandeurs et conversions
Choisis puis justifie avec l’unité.
Mélange ou changement d’état
Classe le phénomène principal.
Volume par déplacement
Utilise un solide plein, non soluble, entièrement immergé sans bulles. Lis les volumes au niveau du ménisque et saisis les mesures.
Gabarit à zéro : saisir les données de classe.
| Objet | Volume initial (mL) | Volume final (mL) | Volume du solide (mL) |
|---|---|---|---|
- Le solide est-il totalement immergé ?
- La différence est-elle exprimée en volume ?
Reconnaître les trois états
Associe chaque observation à l’état physique étudié.
Tester une conservation
Conçois une comparaison avant/après.
Avant la mise en commun
- Système défini
- Même appareil
- Unité constante
- Aucune conclusion avant les mesures
Tes réponses sont à discuter avec l’enseignant ; elles ne sont pas notées automatiquement.
Les volumes s’additionnent-ils lors d’une dissolution ?
Teste le volume apparent d’un mélange d’eau et de sel, puis compare avec une expérience publiée par La main à la pâte (Mélanges et solutions, p. 98–99, pages PDF 15–16). Le document rapporte 50 mL d’eau et 10 mL de sel en poudre avant mélange, puis 55 mL après dissolution : 55 est inférieur à 60. Il s’agit d’un résultat documenté, pas de tes mesures ni d’une valeur imposée.
Avant la mise en commun
- Prévision puis mesures personnelles datées
- Dissolution complète et absence de perte vérifiées
- Somme initiale comparée au volume final avec sa précision
- Résultat publié distingué du résultat de la classe
- Limite du volume apparent explicitée
Tes réponses sont à discuter avec l’enseignant ; elles ne sont pas notées automatiquement.
Revenir à l’état initial
Prépare une observation de fusion et de solidification de la même eau avec l’enseignant.
Avant la mise en commun
- Solide → liquide nommé fusion
- Liquide → solide nommé solidification
- Même matière eau conservée
- Récipient prévu pour la congélation, jamais rempli à ras bord
Tes réponses sont à discuter avec l’enseignant ; elles ne sont pas notées automatiquement.
L’eau dans la nature
Ordonne un trajet possible d’une portion d’eau.
- Elle ruisselle ou s’infiltre vers un réservoir.
- L’eau retombe en précipitations.
- Des gouttes forment un nuage.
- La vapeur se refroidit et se condense.
- L’eau liquide d’un lac s’évapore.
Séquence eau et sel
Mesure sans chauffer.
Avant la mise en commun
- Le matériel et les mesures sont précisés
- La trace permet de comparer les essais
- Quelle grandeur se conserve dans quel système ?
- Pourquoi les volumes ne s’additionnent-ils pas toujours ?
Tes réponses sont à discuter avec l’enseignant ; elles ne sont pas notées automatiquement.
Convertir aussi les quintaux
Choisis puis justifie avec les connaissances et les observations.
De la ressource naturelle au matériau de l’objet
Au CM, reprends le tri naturel/fabriqué en distinguant maintenant ressource, matériau et objet. Observe une branche, un crayon et un objet métallique scolaire. Le minerai est étudié par le document textuel ci-dessous : aucune extraction ou chauffe n’est réalisée.
Avant la mise en commun
- Ressource, matériau et objet distingués
- Deux chaînes bois/crayon et minerai/métal
- Transformation humaine explicitée
- Aucune manipulation de minerai ni chauffe
Tes réponses sont à discuter avec l’enseignant ; elles ne sont pas notées automatiquement.
Réaliser en classe
Matériel
- Balance
- Éprouvette graduée
- Seringue sans aiguille
- Eau
- Sel
- Récipients avec couvercle
Déroulement
- Convertir les volumes prévus.
- Choisir un solide plein, non soluble ; mesurer son volume par immersion complète sans bulles d’air.
- Transvaser de l’eau entre deux récipients gradués ; comparer forme, volume et surface libre au repos.
- Emprisonner de l’air dans une seringue sans aiguille en bouchant son embout avec un doigt ; pousser puis tirer doucement le piston, sans forcer, et comparer les volumes occupés.
- Peser un système fermé avant dissolution.
- Dissoudre puis repeser fermé.
- Laisser un autre échantillon évaporer sans chauffage.
- Observer le résidu et distinguer les phénomènes.
Garder une trace
Tableau avant/après avec grandeur, unité, système ouvert ou fermé.
Mettre en commun
- Quelle grandeur se conserve dans quel système ?
- Pourquoi les volumes ne s’additionnent-ils pas toujours ?
Aucune dégustation ; seringue sans aiguille ; pas de chauffage.
Programme et sources
En CM2, le programme 2023 reste applicable en 2026-2027. Ces objectifs du BO 2026 s’appliquent au CM2 à partir de septembre 2027 ; le module reste compatible avec le programme 2023 de fin de cours moyen.
- La main à la pâte — Mélanges et solutions, La Classe 213 (2010) · p. 98–99 (PDF 15–16), mesure des volumes avant/après dissolution
- BO 2026, annexe 2 · p. 5-6
- Programme 2023 du cycle 3 · p. Matière, mouvement, énergie, information
- Éduscol — calendrier d’application · p. Cycle 3
- BO 2023 — fin de cours moyen · p. 4
CM2 · Masse, volume, mélanges et états
Changer d’unité de masse
Prénom : ____________________ Date : ______________
Convertis sans changer la masse.
2,5 tonnes correspondent à…
- □ 2 500 kg
- □ 250 kg
- □ 25 kg
Réponse : 2 500 kg. Une tonne vaut mille kilogrammes.
750 milligrammes correspondent à…
- □ 750 g
- □ 0,75 g
- □ 7,5 g
Réponse : 0,75 g. On divise les milligrammes par mille pour obtenir des grammes.
0,6 kilogramme correspond à…
- □ 60 g
- □ 6 g
- □ 600 g
Réponse : 600 g. On multiplie les kilogrammes par mille.
CM2 · Masse, volume, mélanges et états
Grandeurs et conversions
Prénom : ____________________ Date : ______________
Choisis puis justifie avec l’unité.
250 mL correspondent à…
- □ 0,25 L
- □ 2,5 L
- □ 25 L
Réponse : 0,25 L. On divise les millilitres par 1 000.
Un solide plein et non soluble, entièrement immergé sans bulles, fait passer l’eau de 120 à 165 mL. Son volume vaut…
- □ 285 mL
- □ 45 mL
- □ 45 g
Réponse : 45 mL. 165 − 120 = 45 mL, une mesure de volume.
Dans un récipient fermé, la glace fond. La masse totale…
- □ augmente
- □ diminue
- □ se conserve
Réponse : se conserve. La matière ne quitte pas le système fermé.
CM2 · Masse, volume, mélanges et états
Mélange ou changement d’état
Prénom : ____________________ Date : ______________
Classe le phénomène principal.
Catégories : Mélange · Changement d’état
| Élément | Catégorie |
|---|---|
| Sel réparti dans l’eau | ________________Mélange — Le sel et l’eau restent deux constituants. |
| Glace qui fond | ________________Changement d’état — L’eau passe du solide au liquide. |
| Buée formée sur une paroi froide | ________________Changement d’état — La vapeur d’eau se condense. |
| Sable agité dans l’eau | ________________Mélange — Les constituants sont associés sans changer d’état. |
CM2 · Masse, volume, mélanges et états
Volume par déplacement
Prénom : ____________________ Date : ______________
Utilise un solide plein, non soluble, entièrement immergé sans bulles. Lis les volumes au niveau du ménisque et saisis les mesures.
Gabarit à zéro : saisir les données de classe.
| Objet | Volume initial (mL) | Volume final (mL) | Volume du solide (mL) |
|---|---|---|---|
| Essai 1 | 0 | 0 | 0 |
| Essai 2 | 0 | 0 | 0 |
| Essai 3 | 0 | 0 | 0 |
- Le solide est-il totalement immergé ?
- La différence est-elle exprimée en volume ?
Comparer les mesures et justifier à partir des valeurs et des unités. Les observations de classe peuvent différer des données proposées.
CM2 · Masse, volume, mélanges et états
Reconnaître les trois états
Prénom : ____________________ Date : ______________
Associe chaque observation à l’état physique étudié.
Catégories : Solide · Liquide · Gaz
| Élément | Catégorie |
|---|---|
| Un caillou conserve sa forme et son volume quand on le change de récipient. | ________________Solide — Le solide possède une forme et un volume propres. |
| L’eau transvasée change de forme, mais garde son volume ; sa surface libre au repos est horizontale. | ________________Liquide — Le liquide prend la forme du récipient. |
| Dans une seringue bouchée sans aiguille, le même air occupe moins de place quand on pousse doucement le piston. | ________________Gaz — L’air est un gaz compressible ; il ne possède pas de volume propre. |
| En tirant doucement le piston de cette seringue bouchée, le même air occupe davantage de place. | ________________Gaz — Le gaz se détend et occupe le volume disponible. |
CM2 · Masse, volume, mélanges et états
Tester une conservation
Prénom : ____________________ Date : ______________
Conçois une comparaison avant/après.
Système
Ouvert ou fermé ?
Grandeur
Masse ou volume ?
Transformation
Dissolution, fusion ou évaporation ?
Mesures
Que mesurer avant et après ?
Critères de réussite
- Système défini
- Même appareil
- Unité constante
- Aucune conclusion avant les mesures
CM2 · Masse, volume, mélanges et états
Les volumes s’additionnent-ils lors d’une dissolution ?
Prénom : ____________________ Date : ______________
Teste le volume apparent d’un mélange d’eau et de sel, puis compare avec une expérience publiée par La main à la pâte (Mélanges et solutions, p. 98–99, pages PDF 15–16). Le document rapporte 50 mL d’eau et 10 mL de sel en poudre avant mélange, puis 55 mL après dissolution : 55 est inférieur à 60. Il s’agit d’un résultat documenté, pas de tes mesures ni d’une valeur imposée.
Prévoir
Prévois le volume final. Prépare un récipient transparent gradué au millilitre, un doseur, de l’eau, du sel et un agitateur. L’enseignant vérifie le matériel et la faisabilité ; ne goûte pas le mélange.
Mesurer avant
Mesure 50 mL d’eau et 10 mL de sel en poudre sans tasser. Écris unités et graduations. Le volume apparent du sel inclut de l’air entre les grains : ce n’est pas le volume du sel compact.
Mesurer après
Verse le sel dans l’eau sans perte, remue jusqu’à dissolution complète, attends la disparition des bulles et lis le volume à hauteur des yeux. Si du sel reste ou si la graduation ne permet pas de trancher, note-le au lieu de forcer une conclusion.
Confronter
Compare le volume mesuré à 60 mL et au résultat publié de 55 mL. Recommence et compare les groupes. Un écart d’une petite graduation peut relever de l’incertitude.
Conclure
Distingue volume apparent, masse et matière : le sel reste présent. Cette expérience teste la non-additivité des volumes apparents mesurés ; l’air entre les grains empêche d’en tirer une explication moléculaire. La comparaison de masse nécessite une pesée séparée, avec tous les mêmes récipients avant/après.
Critères de réussite
- Prévision puis mesures personnelles datées
- Dissolution complète et absence de perte vérifiées
- Somme initiale comparée au volume final avec sa précision
- Résultat publié distingué du résultat de la classe
- Limite du volume apparent explicitée
CM2 · Masse, volume, mélanges et états
Revenir à l’état initial
Prénom : ____________________ Date : ______________
Prépare une observation de fusion et de solidification de la même eau avec l’enseignant.
Fusion
Décris un glaçon fondant dans un récipient : nomme les états initial et final.
Solidification
Confie le récipient adapté à l’enseignant pour le placer au congélateur ; observe l’eau ensuite et nomme le changement inverse.
Conclusion
Explique pourquoi ces deux changements sont réversibles et pourquoi dissoudre du sel est un autre phénomène.
Critères de réussite
- Solide → liquide nommé fusion
- Liquide → solide nommé solidification
- Même matière eau conservée
- Récipient prévu pour la congélation, jamais rempli à ras bord
CM2 · Masse, volume, mélanges et états
L’eau dans la nature
Prénom : ____________________ Date : ______________
Ordonne un trajet possible d’une portion d’eau.
- Rang : ___ · Elle ruisselle ou s’infiltre vers un réservoir.
- Rang : ___ · L’eau retombe en précipitations.
- Rang : ___ · Des gouttes forment un nuage.
- Rang : ___ · La vapeur se refroidit et se condense.
- Rang : ___ · L’eau liquide d’un lac s’évapore.
- L’eau liquide d’un lac s’évapore.
- La vapeur se refroidit et se condense.
- Des gouttes forment un nuage.
- L’eau retombe en précipitations.
- Elle ruisselle ou s’infiltre vers un réservoir.
Le cycle n’a pas un unique départ ; cet ordre décrit un trajet possible.
CM2 · Masse, volume, mélanges et états
Séquence eau et sel
Prénom : ____________________ Date : ______________
Mesure sans chauffer.
Étape 1
Convertir les volumes prévus.
Étape 2
Choisir un solide plein, non soluble ; mesurer son volume par immersion complète sans bulles d’air.
Étape 3
Transvaser de l’eau entre deux récipients gradués ; comparer forme, volume et surface libre au repos.
Étape 4
Emprisonner de l’air dans une seringue sans aiguille en bouchant son embout avec un doigt ; pousser puis tirer doucement le piston, sans forcer, et comparer les volumes occupés.
Étape 5
Peser un système fermé avant dissolution.
Étape 6
Dissoudre puis repeser fermé.
Étape 7
Laisser un autre échantillon évaporer sans chauffage.
Étape 8
Observer le résidu et distinguer les phénomènes.
Critères de réussite
- Le matériel et les mesures sont précisés
- La trace permet de comparer les essais
- Quelle grandeur se conserve dans quel système ?
- Pourquoi les volumes ne s’additionnent-ils pas toujours ?
CM2 · Masse, volume, mélanges et états
Convertir aussi les quintaux
Prénom : ____________________ Date : ______________
Choisis puis justifie avec les connaissances et les observations.
Une récolte de 3 q a une masse de…
- □ 30 kg
- □ 300 kg
- □ 3 000 kg
Réponse : 300 kg. 3 × 100 kg = 300 kg.
2,5 t correspondent à…
- □ 25 q
- □ 250 q
- □ 2,5 q
Réponse : 25 q. 1 t = 10 q, donc 2,5 t = 25 q.
50 kg correspondent à…
- □ 5 q
- □ 0,05 q
- □ 0,5 q
Réponse : 0,5 q. 50 ÷ 100 = 0,5 q.
0,02 q correspondent à…
- □ 2 000 g
- □ 20 g
- □ 200 g
Réponse : 2 000 g. 0,02 q = 2 kg = 2 000 g. La masse reste identique à chaque conversion.
CM2 · Masse, volume, mélanges et états
De la ressource naturelle au matériau de l’objet
Prénom : ____________________ Date : ______________
Au CM, reprends le tri naturel/fabriqué en distinguant maintenant ressource, matériau et objet. Observe une branche, un crayon et un objet métallique scolaire. Le minerai est étudié par le document textuel ci-dessous : aucune extraction ou chauffe n’est réalisée.
Observer et trier
Dessine la branche et le crayon. Classe bois, mine et assemblage : quelle partie provient d’une ressource naturelle, quelles opérations humaines ont modifié sa forme ? La mine d’un crayon ordinaire contient du graphite et de l’argile, pas du plomb.
Deux chaînes
Document de travail : arbre → bois débité et façonné → enveloppe du crayon ; roche contenant du minerai → extraction et traitement industriel → métal → pièce d’un objet. Trace ces deux chaînes et souligne les transformations humaines. La fabrication d’un métal ne consiste pas simplement à tailler un caillou.
Classer les matériaux
Range branche brute et morceau de roche du côté des ressources directement présentes dans la nature ; planche sciée et métal extrait du côté des matériaux obtenus ou transformés. Explique pourquoi un objet contenant une matière naturelle peut néanmoins être fabriqué.
Justifier
Choisis une partie de l’objet métallique et indique le matériau, une propriété utile et un procédé humain de mise en forme possible. Distingue ce que tu as observé de ce que le document apporte.
Critères de réussite
- Ressource, matériau et objet distingués
- Deux chaînes bois/crayon et minerai/métal
- Transformation humaine explicitée
- Aucune manipulation de minerai ni chauffe
CM2 · Masse, volume, mélanges et états
Protocole de classe
Matériel
- Balance
- Éprouvette graduée
- Seringue sans aiguille
- Eau
- Sel
- Récipients avec couvercle
Déroulement
- Convertir les volumes prévus.
- Choisir un solide plein, non soluble ; mesurer son volume par immersion complète sans bulles d’air.
- Transvaser de l’eau entre deux récipients gradués ; comparer forme, volume et surface libre au repos.
- Emprisonner de l’air dans une seringue sans aiguille en bouchant son embout avec un doigt ; pousser puis tirer doucement le piston, sans forcer, et comparer les volumes occupés.
- Peser un système fermé avant dissolution.
- Dissoudre puis repeser fermé.
- Laisser un autre échantillon évaporer sans chauffage.
- Observer le résidu et distinguer les phénomènes.
Trace et mise en commun
Tableau avant/après avec grandeur, unité, système ouvert ou fermé.
- Quelle grandeur se conserve dans quel système ?
- Pourquoi les volumes ne s’additionnent-ils pas toujours ?
Aucune dégustation ; seringue sans aiguille ; pas de chauffage.
