Vous avez donc essayé cette petite astuce amusante : mettre un bac à glaçons rempli d’eau chaude dans le congélateur produit de la glace plus rapidement que de l’eau froide..
Curieusement, il n’existe toujours pas d’explication bien établie à cet étrange phénomène appelé « effet Mpemba » (du nom de son découvreur tanzanien en 1963). Les scientifiques ont néanmoins proposé cinq hypothèses, qui peuvent être complémentaires, et qui jouent un rôle variable selon les conditions.
La plus simple implique l’évaporation de l’eau chaude : ce phénomène provoquerait principalement une diminution de la masse de l’eau, ce qui favoriserait son refroidissement par rapport au même volume initial d’eau froide. Ajoutons à cela, seconde hypothèse, le fait que l’évaporation consomme beaucoup de chaleur, ce qui accélère encore le refroidissement. Mais le phénomène pourrait aussi être dû à la perte de gaz dissous (dioxyde de carbone, azote, etc.), qui s’échappent lorsque l’eau est chauffée ; mais sans ces gaz, l’eau gèlerait plus rapidement.
L’eau chaude est-elle moins sensible à l’hypothermie ? Génère-t-il des courants de convection plus intenses ?
Troisième proposition : l’eau chaude refroidirait plus rapidement car elle serait moins affectée par l’effet « surfusion », phénomène qui permet à un liquide de conserver sa viscosité même lorsque sa température descend en dessous de son point de congélation. Cet état se produit généralement lorsque le refroidissement est lent et que l’eau contient peu d’impuretés. Cependant, l’eau chaude serait moins sujette à la surfusion que l’eau froide, ce qui signifie qu’elle gèlerait à une température plus élevée, et donc plus rapidement.
La quatrième explication repose sur l’existence de courants de convection plus forts dans l’eau chaude : Ces courants accéléreraient les transferts de chaleur entre l’eau chaude et son environnement, ce qui favoriserait là encore un refroidissement plus rapide.
Enfin, la cinquième hypothèse implique une modification de l’environnement autour de l’échantillon provoquée par la chaleur de l’eau. Par exemple, si le récipient repose sur de la glace pilée, l’eau chaude, contrairement à l’eau froide, peut faire fondre la glace, établissant ainsi une meilleure conduction thermique pendant l’expérience et favorisant le refroidissement de l’eau chaude.
Ces cinq thèses n’ont pas été rigoureusement validées car les tests dépendent d’un grand nombre de facteurs mal définis. L’effet Mpemba reste donc difficile à reproduire et à étudier.
Ko
Cet article a été initialement publié le 31 janvier 2022
