Les illusions, l’Effet Mpemba

par Jean Marie Champeau 12 Novembre 2022, 03:00 curiosité expérimentale

L’Effet Mpemba

Eau chaude.


«Il est gentil mais il a pas inventé l’eau chaude !»


Cette expression est contemporaine et nous l’avons tous un jour utilisée pour se moquer de la naïveté de quelqu’un.

 

Pourtant l’eau chaude pourrait bien réserver quelques surprises.

 

Par exemple, geler plus vite que l’eau froide comme l’affirme L’effet Mpemba.

 

 

l’effet

 

L’effet Mpemba serait un phénomène faisant que l’eau chaude gèle plus vite que l’eau froide dans des conditions de refroidissement similaires. 

 

Cet effet est aussi parfois nommé «paradoxe Mpemba» car l'eau doit obligatoirement repasser par une température inférieure en refroidissant, et elle devrait alors se comporter comme l’eau froide.

 

L'effet aurait été connu de savants de l’Antiquité, tel Aristote. Celui-ci décrit un effet similaire et l'attribue à l'amélioration d’une qualité due à un entourage de qualité opposée. 

 

Dès la Renaissance, ce phénomène apparaît dans les textes scientifiques comme ceux écrits par Francis Bacon et René Descartes. Toutefois, aucun d'entre eux ne le décrivit clairement et seuls des rapprochements furent faits.


On peut supposer qu’ils n’ont pas pu pousser très loin leurs expériences faute de frigo !

 

 

Décroissance de la température de l'eau avec une température initiale 35 °C (rouge) et 25 °C (bleu) jusqu'au gel.
L'eau à 35°C gèle en 40mn, et l'eau à 25°C en 50mn 

Le nom de cet effet est dû à un jeune tanzanien, Erasto Mpemba qui observa, durant des cours de cuisine, que son lait chaud, mis au congélateur, se transformait plus rapidement en crème glacée que la même préparation déjà froide.

 

Ce jeune homme ne faisant pas encore partie de la gente scientifique, son article fit l’objet de contestations diverses. Pourtant des expériences menées depuis près de 30 ans ont permis d'observer que de l'eau chaude pouvait refroidir plus rapidement que de l'eau froide dans les mêmes conditions:

 

    • milieu extérieur : convection naturelle d'air contrôlée en température (réfrigérateur) ;

 

    • surface libre permettant un échange de matière entre l'eau et l'air (possibilité d'évaporation et ou de dissolution de gaz) ;

 

    • pas d'agitation mécanique de l'eau.

 

 

Explications
Des éprouvettes.


Ou plutôt tentatives de négation car l’effet semble aller à l’encontre des lois de la thermodynamique ce qui perturbe au plus haut point les sachants.

 

L'effet Mpemba serait ainsi lié à une bonne douzaine d’explications plus ou moins objectives, où l’on sent une pointe de scepticisme.


En octobre 2013, trois chercheurs chinois ont proposé une explication de l'effet Mpemba, proche du phénomène de surfusion, sans que cette explication n'ait encore été validée par la communauté scientifique. 

 

Selon ces chercheurs, l'effet est dû à la liaison covalente H-O de l'eau, qui stocke de l'énergie quand l'eau est préalablement réchauffée, en devenant plus courte et plus forte, tandis que la liaison hydrogène O-H, formée par le doublet non liant de l'oxygène avec un H d'une autre molécule d'eau, s'allonge et perd de l'énergie.

 

Lors du refroidissement, l'énergie stockée est restituée à un rythme d'autant plus grand que la liaison covalente est courte. La décroissance exponentielle de la température de l'eau peut être prédite et calculée selon ce modèle.

 

Ce sont justement toutes ces observations indépendantes qui poussent certains à penser que ce paradoxe a une existence réelle, ce malgré le fait que le phénomène va à l'encontre des lois de la thermodynamique.

 

Une glace au citron.

Si je peux ajouter mon grain de sel, j’ai idée que l’agitation des molécules, plus forte dans l’eau chaude que dans l’eau froide, y est pour quelque chose.

 

Elle permettrait un meilleur échange de chaleur (froid) par de plus nombreuses interactions entre les molécules, lequel froid s'étendrait plus rapidement à l’intérieur de la masse d’eau.

 

Ce faisant, plus de froid (chaleur négative) y serait emmagasiné avant que les températures des deux échantillons se rejoignent à la congélation. 

 

Ceci étant. . . on va laisser les sachants oeuvrer pour l’explication définitive. . . 

 

Que ça ne nous empêche pas de manger des crèmes glacées.

 

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effetmpemba

 

 

Sources

https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Mpemba

https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-effet-mpemba-15271/

https://www.techno-science.net/definition/3342.html

https://fr.wikipedia.org/wiki/Erasto_Mpemba

 

 

Photos

Eau chaude

https://img.freepik.com/photos-gratuite/assortiment-eau-chaude-nature-morte_23-2149055825.jpg

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Eau gelée

https://img.freepik.com/photos-gratuite/verres-congeles-boisson-froide-alcool_144627-19391.jpg?w=360&t=st=1665651731~exp=1665652331~hmac=6997a23d322d6547428cbe04b9fdf947de9f57cc42de4a41e602b9f61b377a4c

 

Décroissance de la température de l'eau avec une température initiale 35 °C (rouge) et 25 °C (bleu) jusqu'au gel.

Par Jean-Christophe BENOIST — Travail personnel, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=37714495

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/de/Effet_Mpemba_-_Decroissance_exponentielle.png

 

éprouvettes

https://img.freepik.com/photos-gratuite/banniere-scientifique-horizontale-recipients-verre_23-2149495048.jpg?w=900&t=st=1665652669~exp=1665653269~hmac=3c23c6d6868296ec22858888b6ab2b9b303cca19e7ba8db1e01e959a84e7770f

 

Glace au citron

https://img.freepik.com/photos-gratuite/main-tenant-glace-au-citron-fond-bleu_123827-21125.jpg?w=740&t=st=1665650565~exp=1665651165~hmac=c50b756b67ffe857388a520f9c25ad3f6f0448f6915223ede0d68fe63c37ff35

 

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    Ancien informaticien, j’ai toujours été fasciné par les illusions d’optique, mais aussi les illusions sous d'autres formes.

    Ces phénomènes nous en disent plus sur nous que nous le supposons.

    Pour moi ce sont des Illusions Visuelles de Nature Optique, IVNO, pour faire un clin d’oeil (façon de parler), au sigle OVNI où l’on évoque souvent les illusions d'optique dont les observateurs de bonne foi seraient les victimes.

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