Fondre ou brûler ? Les deux vies d'une bougie allumée

Sur un gâteau d'anniversaire, les bougies brûlent quelques secondes : la cire coule, la flamme danse… et quand on les retire, elles sont plus courtes. Où est passée la cire qui manque ? Elle n'a pas seulement fondu : une partie s'est transformée en substances nouvelles, invisibles. Mène l'enquête avec un chimiste.

1. Transformation physique ou transformation chimique ?

Lors d'une transformation physique, la matière change d'aspect ou d'état, mais elle reste la même substance (on dit la même espèce chimique). Un glaçon qui fond reste de l'eau ; le sucre dissous dans l'eau est toujours du sucre (l'eau a un goût sucré).

Lors d'une transformation chimique, des substances disparaissent et de nouvelles substances apparaissent. Le bois qui brûle devient cendres et fumées ; un clou qui rouille se couvre d'une matière orange qui n'est plus du fer.

• Les substances qui disparaissent s'appellent les réactifs.
• Les substances qui apparaissent s'appellent les produits.

Un changement de couleur, un dégagement de gaz, de chaleur ou de lumière sont des indices de transformation chimique. Mais la vraie preuve, c'est d'identifier une substance nouvelle grâce à un test.

Dans les deux cas, la masse totale se conserve : rien ne disparaît vraiment.

2. La bougie : physique et chimique à la fois

Exemple 1 : observer une bougie. Une bougie est faite de paraffine, une cire tirée du pétrole.

• Près de la mèche, la paraffine solide fond ; les gouttes qui coulent redeviennent solides en refroidissant. Ce sont des transformations physiques : c'est toujours de la paraffine.
• La paraffine liquide monte le long de la mèche, puis la chaleur la transforme en gaz : encore une transformation physique (vaporisation).
• C'est ce gaz de paraffine qui brûle dans la flamme : c'est la combustion, une transformation chimique.

Une preuve amusante, à faire avec un adulte : souffle une bougie et approche aussitôt une allumette enflammée de la fumée blanche, à quelques centimètres au-dessus de la mèche. La flamme « saute » le long de la fumée et rallume la bougie : c'était bien de la paraffine en vapeur, prête à brûler.

3. Les réactifs : la paraffine et le dioxygène

Pour qu'une combustion ait lieu, il faut trois choses : un combustible (ici la paraffine), un comburant (le dioxygène de l'air) et une source de chaleur pour démarrer (l'allumette). C'est le triangle du feu.

Exemple 2 : la bougie sous le bocal. Recouvre une bougie allumée d'un bocal en verre retourné. Au bout de quelques secondes, la flamme s'éteint, alors qu'il reste de la paraffine : l'air du bocal ne contient plus assez de dioxygène. Le dioxygène a été consommé, c'est donc bien un réactif. C'est aussi pour cela qu'on étouffe un feu de poêle avec un couvercle, et jamais avec de l'eau.

4. Les produits : l'eau et le dioxyde de carbone

L'eau. Un verre froid et sec, tenu retourné quelques secondes au-dessus de la flamme, se couvre de buée. Pour prouver que c'est de l'eau, on utilise du sulfate de cuivre anhydre, une poudre blanche qui bleuit au contact de l'eau.

Le dioxyde de carbone. On le détecte avec l'eau de chaux, un liquide limpide qui se trouble (il devient blanchâtre, comme du lait dilué) en présence de dioxyde de carbone.

Exemple 3 : le protocole complet.

• On recouvre une bougie allumée d'un flacon retourné jusqu'à ce que la flamme s'éteigne.
• On y verse un peu d'eau de chaux, on bouche et on agite.
• Observation : l'eau de chaux se trouble.
• Expérience témoin : dans un flacon identique rempli d'air, sans bougie, l'eau de chaux reste limpide.
• Conclusion : la combustion de la bougie a produit du dioxyde de carbone.

Le témoin prouve que le gaz vient de la combustion, et non de l'air. Attention, l'eau de chaux irrite les yeux : on porte des lunettes de protection.

On résume la transformation par un bilan :

paraffine + dioxygène → dioxyde de carbone + eau

La flèche se lit « se transforment en ». Voilà où est passée la cire : elle est partie dans l'air sous forme de gaz invisibles.

À retenir

• Transformation physique : la substance reste la même (fusion, vaporisation, dissolution). Transformation chimique : des réactifs disparaissent, des produits apparaissent.
• Dans une bougie, la paraffine fond puis se vaporise (physique), puis brûle (chimique).
• Combustion de la bougie : paraffine + dioxygène → dioxyde de carbone + eau.
• L'eau de chaux se trouble en présence de dioxyde de carbone ; le sulfate de cuivre anhydre bleuit en présence d'eau.
• Une expérience témoin permet de prouver qu'un résultat vient bien de la transformation étudiée.

★ Pour aller plus loin

Au XVIIIᵉ siècle, le chimiste Antoine Lavoisier (1743-1794) pèse tout avec soin et montre que la masse se conserve lors des transformations chimiques. On résume souvent son idée par la formule : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. »

La flamme est jaune car elle contient de minuscules grains de carbone très chauds, qui brillent : une cuillère froide placée dans la flamme se couvre de suie noire. Quand le dioxygène manque, la combustion est incomplète : elle produit de la suie et du monoxyde de carbone, un gaz toxique, sans odeur ni couleur. C'est pourquoi on ne bouche jamais les aérations d'une pièce chauffée.

Sources pour creuser

• Livres : The Chemical History of a Candle, de Michael Faraday (ses célèbres conférences de 1860 pour les jeunes, en anglais) ; en bibliothèque, un manuel de physique-chimie de cycle 4.
• Vidéos : C'est pas sorcier sur YouTube, cherche « C'est pas sorcier feu » ; Jamy - Epicurieux, cherche ses vidéos sur le feu ; sur lumni.fr, cherche « combustion » et « transformation chimique ».
• Sites : eduscol.education.fr (programme du cycle 4).