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Pourquoi l’eau chaude gèle-t-elle plus vite que l’eau froide ?

Crédits : music4life / Pixabay

Il existe un phénomène des plus surprenants : l’eau chaude gèle plus vite que l’eau froide! Connu depuis l’antiquité, ce « paradoxe Mpemba » a été redécouvert en 1963 par le Tanzanien Erasto Mpemba et reste encore à ce jour un mystère irrésolu.

Faire l’expérience chez vous est assez simple, il suffit de placer dans le même congélateur deux récipients (des pots de yaourt font bien l’affaire) remplis d’eau. Remplissez-en un d’eau froide et un d’eau chaude et regardez lequel des deux gèle le plus rapidement. Aussi incroyable que cela puisse paraître, l’eau chaude se transformera en glaçon de manière bien plus rapide…

Une question anime la communauté scientifique : pourquoi ? Comment explique-t-on cet étrange phénomène ? En fait, il n’y a pas une réponse, mais quatre. Quatre hypothèses, qui ne sont certes pas les seules, mais bien les plus importantes, à la fois complémentaires et rivales, elles laissent planer un doute sur ce mystère de la physique.

Hypothèse n° 1 : l’eau chaude s’évapore, la masse d’eau s’en trouverait donc diminuée et la congélation serait donc plus rapide.

Hypothèse n° 2 : lorsque l’eau chauffe, elle perd une partie des gaz qu’elle contient (azote, dioxyde de carbone, etc), or, ceux-ci pourraient potentiellement ralentir la congélation.

Hypothèse n° 3 : les transferts thermiques entre l’eau et son environnement sont accélérés quand l’eau est chaude puisqu’il y aurait des courants de convection plus importants. Pour comprendre, rappelez-vous seulement la dernière fois que vous avez fait bouillir de l’eau. Le liquide qui repose au fond de la casserole remonte quand celle-ci chauffe parce qu’il perd en densité alors que l’eau en contact avec l’air gagne en densité et suit un mouvement descendant. Ces déplacements de matière se font plus facilement lorsque l’eau est chaude donc la transformation de liquide à solide est accélérée quand l’eau a une température élevée.

Hypothèse n° 4 : l’eau chaude serait également moins sensible que l’eau froide au phénomène de surfusion. Surfusion, kézako ? C’est un effet se produisant en général lorsque le refroidissement est très lent (3 heures approximativement) et que le liquide contient peu d’impuretés, il se traduit par un maintien de l’état liquide malgré le dépassement du seuil de solidification (0 °c).

Erasto Mpemba a fait cette découverte alors qu’il était encore au collège, il observa lors d’un cours de cuisine que le lait chaud mis au congélateur se transformait plus vite en crème glacée que le lait froid… On ne sait toujours pas, d’ailleurs si cet effet est propre à l’eau ou s’il est universel ; les expériences domestiques effectuées par certains internautes semblent toutefois attester d’un phénomène assez général.