On entend souvent dire qu’un matériau est « très dense » ou « pas très dense », qu’un objet est « lourd pour sa taille » ou « léger comme une plume ». En sciences, deux notions se cachent derrière cette idée : la masse volumique et la densité.
Elles parlent toutes les deux de la même intuition : « Combien de matière y a-t-il dans un certain volume ? » Mais elles n’ont pas la même définition, ni le même usage. Cet article a justement pour but de les distinguer clairement, sans formule compliquée.
Pour les enfants (et parents) curieux : si tu veux revoir d’abord ce que sont les unités (mètres, kilogrammes, litres, etc.), tu peux lire l’article « Les unités expliquées aux enfants ». Ce n’est pas obligatoire : ce texte peut se lire tout seul.
L’idée commune : lourd ou léger pour sa taille
Imagine deux petits cubes de même taille : l’un en métal, l’autre en bois. Tu les prends dans les mains l’un après l’autre : le cube métallique paraît beaucoup plus lourd que le cube en bois, alors qu’ils ont le même volume.
Spontanément, on se dit que le métal est « plus dense » que le bois. On a l’impression que la matière est plus concentrée dans le métal et plus « aérée » dans le bois.
Cette intuition est exactement ce que les physiciens cherchent à mesurer avec la masse volumique et la densité.
Masse volumique : combien de masse dans un volume ?
La masse volumique est la notion la plus directe. On se pose une question simple : « Si je prends un certain volume de ce matériau, quelle masse cela représente-t-il ? »
En langage courant, la masse volumique indique donc combien de masse il y a dans un volume donné. Plus la masse volumique est grande, plus le matériau est « lourd pour sa taille ».
Pour la décrire, on a besoin d’une unité de masse (comme le kilogramme) et d’une unité de volume (comme le mètre cube). Les scientifiques parlent de « kilogrammes par mètre cube », ou de « grammes par centimètre cube ». Tu n’as pas besoin de retenir les unités exactes pour comprendre l’idée : à volume égal, celui qui pèse le plus lourd a la masse volumique la plus élevée.
Si tu veux revoir ce qu’est exactement la masse d’un objet, tu peux te reporter à l’article « C’est quoi la masse d’un objet ? ».
Densité : une masse volumique comparée à une référence
La densité, elle, ne se mesure pas directement. C’est une comparaison entre deux masses volumiques.
Pour les liquides et les solides, on choisit en général l’eau comme matériau de référence. On définit alors :
densité = masse volumique du matériau ÷ masse volumique de l’eau
Résultat important : la densité est un nombre sans unité.
- densité = 1 → même masse volumique que l’eau ;
- densité > 1 → matériau plus « concentré » en masse que l’eau (plus lourd à volume égal) ;
- densité < 1 → matériau moins « concentré » que l’eau (plus léger à volume égal).
Pour les gaz, on fait la même chose mais en prenant souvent l’air comme référence.
On peut voir la densité comme une manière rapide de dire : « Par rapport à l’eau (ou à l’air), ce matériau est-il plus ou moins lourd pour un même volume ? »
Quelques exemples concrets
En prenant l’eau comme référence :
- Eau : masse volumique ≈ 1 000 kg/m³, densité = 1 ;
- Huile de cuisine : masse volumique plus faible que celle de l’eau, densité < 1 → l’huile flotte à la surface dans une vinaigrette ;
- Bois (en général) : masse volumique proche ou un peu plus faible que celle de l’eau, densité souvent légèrement < 1 → un morceau de bois flotte en grande partie à la surface ;
- Fer / acier : masse volumique beaucoup plus grande que celle de l’eau, densité largement > 1 → un bloc de fer coule immédiatement au fond.
La masse volumique donne des valeurs précises avec des unités ; la densité donne un nombre simple pour savoir tout de suite si un matériau est plus ou moins dense que l’eau.
Et à l’intérieur de la matière ?
À l’échelle microscopique, la matière est faite d’atomes et de particules. Dans certains matériaux, ces particules sont lourdes et très serrées ; dans d’autres, elles sont plus légères ou plus espacées (comme dans le bois ou le polystyrène).
C’est cette organisation interne qui explique les différences de masse volumique et donc de densité. Si tu veux en savoir plus sur la façon dont la matière est construite, tu peux lire « L’atome et la matière expliqués aux enfants ».
Dans le langage courant : « dense » ne veut pas toujours dire densité physique
Dans la vie de tous les jours, on parle aussi de forêt dense (beaucoup d’arbres dans une petite zone), de circulation dense (beaucoup de voitures sur une route), de population dense (beaucoup d’habitants dans une ville).
L’idée est toujours « beaucoup de choses dans peu de place », mais on ne parle plus de masse volumique ni de densité au sens scientifique. On compte des arbres, des voitures, des personnes…
Ce n’est pas faux d’utiliser le mot « dense » comme ça : c’est simplement un autre contexte que celui de la physique.
Pourquoi garder les deux notions en physique ?
On pourrait se dire : « Puisque la densité dépend de la masse volumique, pourquoi ne pas garder un seul mot ? »
En pratique :
- la masse volumique sert surtout aux calculs précis : elle apparaît dans les formules, les tableaux de valeurs, les modèles de physique ;
- la densité est très pratique pour des comparaisons rapides, surtout pour savoir si un matériau va flotter ou couler par rapport à l’eau, ou si un gaz est plus lourd ou plus léger que l’air.
Les deux notions parlent de la même réalité, mais elles n’ont pas tout à fait la même fonction.
En résumé : comment ne plus les confondre
- La masse volumique dit combien de masse il y a dans un volume donné. Elle s’exprime avec des unités (kg/m³, g/cm³…).
- La densité compare cette masse volumique à celle d’un matériau de référence (souvent l’eau, parfois l’air). C’est un nombre sans unité :
- densité = 1 → même masse volumique que l’eau ;
- densité > 1 → plus dense que l’eau ;
- densité < 1 → moins dense que l’eau.
- Les deux notions reposent sur la même idée intuitive : « Ce matériau est-il lourd ou léger pour sa taille ? ». La masse volumique décrit cette idée avec des unités, la densité la décrit par rapport à un matériau de référence.