L’eau chaude gèle-t-elle plus vite que l’eau froide ? Il semble évident que la réponse devrait être non, car, toutes choses égales par ailleurs, l’eau chaude met plus de temps à se refroidir que l’eau froide, et il est donc impossible qu’elle gèle plus vite.
Mais les observations faites au cours de milliers d’années, ainsi que d’innombrables expériences modernes, ont montré que le contraire est vrai – dans des conditions soigneusement contrôlées, l’eau chaude semble parfois geler plus vite que l’eau froide.
Comment cela est-il possible ? Eh bien, c’est une question qui laisse encore les scientifiques perplexes – en fait, ils ont encore du mal à prouver que cet effet existe en premier lieu, comme l’explique le premier épisode de la nouvelle chaîne scientifique de Derek Muller, Sciencium.
Il s’avère que la congélation de l’eau est beaucoup plus compliquée que vous ne le pensez.
Comme l’explique la vidéo ci-dessus, le phénomène de congélation de l’eau chaude plus rapidement que l’eau froide est connu sous le nom d’effet Mpemba, du nom d’Erasto Mpemba, un étudiant tanzanien qui, en 1963, fabriquait de la crème glacée dans le cadre d’un projet scolaire.
Les élèves étaient censés faire bouillir un mélange de crème et de sucre, le laisser refroidir, puis le mettre au congélateur.
Inquiet d’avoir une place dans le congélateur, Mpemba a préféré y mettre son mélange alors qu’il était encore brûlant. Mais au bout d’une heure et demie, son mélange avait gelé, alors que celui de ses camarades ne l’avait pas fait.
Intrigué par ce phénomène, il a ensuite travaillé avec le professeur de physique Denis Osborne, et ensemble, ils ont pu reproduire les résultats et publier un article en 1969 montrant que l’eau chaude gèle plus vite que l’eau froide.
C’était la première étude évaluée par des pairs sur cet effet, mais comme Derek le note dans la vidéo ci-dessus, les observations remontent jusqu’à Aristote au 4e siècle avant notre ère, qui a observé que l’eau chaude refroidissait plus vite que l’eau froide lors de ses expériences.
Sir Frances Bacon et Descartes ont également noté le phénomène dans leurs études.
Mais quelle est la physique derrière cet étrange phénomène ?
Comme l’explique la vidéo ci-dessus, il existe cinq mécanismes proposés pour expliquer ce qui se passe ici :
- Fonte du givre : Le givre est un isolant, et donc l’eau froide givrée pourrait mieux conserver sa chaleur qu’un bécher chaud qui fait fondre le givre sur ses parois.
- Gaz dissous : Il y a plus de gaz dissous dans l’eau froide que dans l’eau chaude, et les chercheurs ont prédit que cela pourrait jouer un rôle dans les taux de refroidissement, bien que l’on ne sache pas exactement comment.
- Superrefroidissement : Nous savons tous que l’eau gèle à zéro degré Celsius, mais parfois elle devient beaucoup plus froide avant de geler – un phénomène connu sous le nom de surfusion. Ce phénomène se produit parce que la glace a besoin d’un site de nucléation, comme une bulle d’air ou une impureté dans l’eau, pour se former. Donc peut-être que l’eau chaude subit moins de surfusion que l’eau froide.
- Évaporation : Le bécher d’eau chaude perd plus de molécules d’eau par évaporation, il y en a donc moins à congeler.
- Convection : Enfin, il y a l’idée que l’eau chaude pourrait se refroidir plus rapidement en raison de l’augmentation des courants de convection. Ces courants se produisent parce que l’eau se refroidit principalement à partir de sa surface et des côtés du bécher, ce qui fait que l’eau froide coule et que l’eau chaude remonte et prend sa place. Les courants sont plus importants dans les béchers chauds, et pourraient affecter les taux de refroidissement.
Il y a du mérite dans toutes ces idées, mais le problème est que les expériences menées au fil des ans ont contrôlé tous ces effets, et les résultats ont été frustrants et incohérents.
Certains laboratoires n’ont pas réussi à montrer que l’effet Mpemba se produit du tout, tandis que d’autres montrent qu’il se produit même dans des conditions variables.
Alors quelle est la réponse ? Eh bien une nouvelle étude publiée cette année suggère que peut-être l’effet Mpemba est causé par quelque chose d’entièrement différent – et cela n’a rien à voir avec la vitesse à laquelle l’eau chaude se refroidit.
Nous laissons Derek vous l’expliquer dans la vidéo ci-dessus, et n’oubliez pas de vous abonner à sa nouvelle chaîne.
C’est assez fou de penser qu’après des millénaires d’observations, nous avons encore tant à apprendre sur quelque chose d’aussi basique que la congélation de l’eau. La science est la meilleure.