Pourquoi l'eau chaude forme les glaçons plus vite ?

Vous souhaitez avoir des glaçons plus rapidement ? Vous vous êtes déjà rendu compte que les glaçons se formaient plus vite avec de l'eau chaude et vous souhaitez obtenir une explication à ce sujet ?

Alors vous êtes au bon endroit. Mes Glaçons est une boutique spécialisée dans les accessoires pour glaçons. Nous écrivons régulièrement des articles à ce sujet afin de vous transmettre nos trucs et astuces sur les cubes de glace.

Les glaçons se forment plus rapidement en mettant de l'eau chaude dans un congélateur plutôt que de l'eau froide. Ce phénomène s'appelle l'effet Mpemba. Quatre explications peuvent expliquer ce phénomène : l'évaporation, le gaz, les courants de convection ou la liaison des atomes d'hydrogène.

Dans cette article vous découvrirez :

• L'histoire du fameux effet Mpemba
• Les théories expliquants cet effet
• L'utilisation de l'eau chaude pour obtenir un glaçon plus net

Regardons tout de suite l'histoire de Aristote à nos jours.

L'histoire de l'effet Mpemba

Afin de former des glaçons plus rapidement, il est coutume de dire que le résultat sera plus rapide en mettant de l'eau chaude dans un bac à glaçon plutôt que de l'eau froide. Ce phénomène, appelé l'effet Mpemba, est véridique et de nombreuses études le prouve.

Aristote a été le premier a noter l'existence de l'effet Mpemba en notant, il y a deux millénaires, que les pêcheurs sur glace chauffaient l'eau pour qu'elle gèle plus rapidement.

Il n'était pas le seul à avoir observé ce phénomène. René Descartes et Francis Bacon étaient également convaincus que l'eau chaude gelait plus rapidement que l'eau froide.

L'effet porte le nom de Erasto Mpemba qui, en 1963, alors qu'il était lycéen, a remarqué que les mélanges de crème glacée chaude gelaient plus vite que les mélanges de crème glacée froide.

En 1969, le Dr Denis G. Osborne ainsi que Erasto Mpemba ont cosigné un article expliquant l'observation suivante : en prenant deux récipients similaires contenant des volumes égaux d'eau, l'un à 35 °C et l'autre à 100 °C, et que vous les mettez dans un congélateur, celui à 100 °C gèlera en premier.

L'effet Mpemba se produit donc lorsque deux masses d'eau de températures différentes sont exposées au même environnement glacial et que l'eau la plus chaude gèle en premier.

4 théories expliquant l'effet Mpemba

Alors qu'en théorie l'eau froide devrait geler plus rapidement que l'eau chaude, des hypothèses ont été avancé afin d'expliquer ce phénomène défiant les principes de la thermodynamique. Voici les 4 théories les plus plausibles :

1. L'évaporation

Parmi les nombreuses explications, la théorie de l'évaporation est la plus plausible pour expliquer l'effet Mpemba. Lorsque que de l'eau chaude est placée dans un contenant ouvert, une partie de l'eau s'évapore et donc la masse globale diminue. Avec moins d'eau à congeler, le processus peut prendre moins de temps.

Cela ne fonctionne pas toujours, surtout lorsque l'on utilise des récipients fermés qui empêchent l'eau évaporée de s'échapper. Découvrez donc l'ensemble de nos bacs à glaçons sans couvercle afin de tenter l'expérience de l'évaporation.

2. Le gaz

Après l'évaporation, la deuxième théorie afin d'expliquer pourquoi l'eau chaude gèle plus rapidement est celle du gaz présent dans l'eau. En effet, dans de l'eau chaude, il peut y avoir moins de gaz que dans de l'eau froide. Le processus peut donc être accéléré et l'eau peut se refroidir plus rapidement. Toutefois, dans les années 1980, des physiciens polonais n'ont pas été en mesure de démontrer de manière concluante cette relation.

3. Les courants de convection

L'effet Mpemba peut également s'expliquer avec la troisième théorie : les différentes températures présentes au sein du récipient. En effet, l'eau chaude monte jusqu'au sommet d'un récipient avant de s'échapper, déplaçant l'eau froide située en dessous et créant un "sommet chaud". Ce mouvement de l'eau chaude vers le haut et de l'eau froide vers le bas s'appelle un courant de convection.

Ces courants de convection sont souvent présents dans les liquides et les gaz. On les retrouve également dans les océans et dans les radiateurs. L'eau la plus froide se trouve au fond et l'eau chaude au dessus. La répartition des différentes températures entre les deux zones crée des courants de convection, ce qui accélère le refroidissement du liquide. La température de l'eau la plus chaude peut baisser plus rapidement que celle de l'eau la plus froide.

4. La liaison des atomes d'hydrogène

L'étude la plus récente, menée par Xi Zhang, Zengsheng Ma et Chang Q Sun de l'Université technologique de Nanyang, à Singapour, permet d'apporter une autre théorie à ce phénomène.

Une molécule d'eau est composée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène qui sont liés entre eux par le partage d'électrons, ce que l'on appelle une liaison covalente. Les molécules d'eau sont ensuite reliées entre elles par des forces intermoléculaires appelées liaisons hydrogène, ce qui se produit lorsqu'un atome d'hydrogène d'une molécule d'eau est proche d'un atome d'oxygène d'une autre.

Selon l'étude de Nanyang, ces liaisons sont à l'origine de l'effet Mpemba lorsque les ponts hydrogène (ou liaisons hydrogènes) mettent les molécules d'eau en contact. Cependant, les molécules ont une répulsion naturelle l'une envers l'autre. Cette action des liaisons hydrogène fait que les liaisons covalentes s'écartent et stockent de l'énergie.

Lorsque le liquide est chauffé, les liaisons hydrogène s'étirent et les molécules d'eau sont forcées de s'éloigner les unes des autres. En conséquence, les liaisons covalentes au sein des atomes d'eau se contractent et perdent de l'énergie. Ce processus s'apparente à un refroidissement.

En fait, l'eau chaude ressemble déjà beaucoup à l'eau froide au niveau moléculaire. L'énergie de l'eau chaude est si étroitement enroulée que lorsqu'elle est libérée, elle se refroidit et gèle plus rapidement que l'eau froide.

Utiliser de l'eau chaude pour un glaçon plus net

Non seulement l'eau chaude gèle plus rapidement pour créer un glaçon, mais beaucoup de personnes pensent également qu'elle produit un glaçon de meilleure qualité. Le glaçon peut avoir une apparence plus nette et plus transparente en utilisant de l'eau chaude plutôt que de l'eau froide. Alors comment obtenir des glaçons cristallins facilement ?

Les glaçons sont souvent troubles et opaques à cause de l'air qui est emprisonnée à l'intérieur de l'eau. En faisant d'abord bouillir l'eau que vous utiliserez pour faire de la glace, vous éliminerez l'air dissous dans le liquide et obtiendrez des glaçons plus clairs.

Pour maximiser vos chances de réussites, certains conseils recommandent d'utiliser de l'eau minérales plutôt que de l'eau du robinet. D'autres préconisent de faire bouillir deux fois l'eau avant de la mettre dans le bac à glaçons.

Reproduisez l'expérience vous-même !

Pour pouvoir expliquer l'effet Mpemba, de nombreux éléments doivent être pris en compte. La forme du congélateur ainsi que le volume et la matière du bac à glaçons peuvent jouer un rôle important dans les résultats.

Toutefois le phénomène est bien réel. Vous pouvez également tenter l'expérience chez vous en utilisant deux mêmes bacs à glaçons et en remplissant l'un avec de l'eau froide et l'autre avec de l'eau chaude. Vous verrez quel récipient obtient le meilleur résultat !

L'eau chaude permet non seulement d'obtenir des glaçons plus rapidement mais également d'obtenir un résultat net et transparent. Elle provoque donc deux avantages en l'utilisant pour faire ses glaçons.

Si vous souhaitez avoir des bacs à glaçons de qualité, nous vous invitons à parcourir notre collection dédiée en cliquant sur l'image ci-dessous.