Effet Mpemba

L’effet Mpemba établit que de l’eau chaude gèle plus vite que de l’eau froide, sous certaines conditions. Connu depuis l'Antiquité, cet effet a été redécouvert en 1963 par le Tanzanien Erasto B. Mpemba, et largement diffusé dans la communauté scientifique à partir de cette date^[1].

Histoire

L'effet aurait été connu de savants de l’Antiquité, tel Aristote, et de scientifiques comme Roger Bacon et René Descartes. Toutefois, aucun d'entre eux ne le décrivit clairement et seuls des rapprochements furent faits^[2].

Aristote décrit un effet similaire, qu’il attribue à l'antiperistasis, qu’il définit comme « l'amélioration d’une qualité due à un entourage de qualité opposée ». Aristote, cependant, utilisait ce terme d’une façon assez générale, pour expliquer par exemple la température constante du corps humain, phénomène qui sera expliqué bien plus tard et qui prouvera la fausseté des théories du savant grec.

Erasto Mpemba^{[note 1]} était encore élève du secondaire lorsqu'il 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. Aidé du Dr Denis Osborne, alors professeur de physique à Dar es Salam, ils publièrent les données des expériences menées sur le sujet en 1969^[3].

Description

À première vue, l’effet Mpemba est contraire aux lois de Fourier sur la thermodynamique. Pourtant, les expériences menées depuis près de 30 ans démontrent sa réalité. Cet effet n’est pas « universel » (systématique) : seules des conditions précises permettent de l’observer, sans que l'on comprenne exactement pourquoi^[4].

Si on ne sait pas au début du XXI^e siècle l’expliquer clairement, l'effet Mpemba serait lié à une somme entre différents effets, comme :

• l'évaporation (moins de liquide à refroidir, mais le phénomène subsiste en milieu clos) ;
• la présence moindre des gaz dissouts dans un liquide chaud ;
• le phénomène de convection qui accélère les transferts thermiques : la réduction de la densité de l'eau en deçà de 4°C tend à supprimer les courants de convection qui refroidissent la partie la plus basse de la masse du liquide ; la densité plus faible de l'eau chaude réduirait cet effet, maintenant peut-être le refroidissement initial plus rapide ;
• les effets environnementaux tels que l’isolation due au givre ;
• un effet de surfusion ;
• l'effet d'éventuels solutés, notamment le calcium et le carbonate de magnésium, qui vont abaisser la température de fusion ;
• la définition ambigüe d’eau « gelée » : est-ce une eau à 0°C ou une eau à l’état solide ?

On ne sait pas si cet effet est propre à l’eau ou s’il est universel - l’expérience de Mpemba avec les crèmes glacées semble attester d’un phénomène assez général, mais les expériences en laboratoire n’ont été menées qu’avec de l’eau distillée.

Notes et références

Notes

Références

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Mpemba effect » (voir la liste des auteurs)

Voir aussi

Bibliographie

• Jean-Michel Courty et Édouard Kierlik, La Physique buissonnière, Belin : Pour la Science, coll. « Bibliothèque scientifique », 2010, 160 p. (ISBN 978-2-84245-105-9)(ISSN 0224-5159) 
• (en) Erasto B. Mpemba, Denis G. Osborne (1969), Cool ?, Physics Education (Institute of Physics) 4: 172–175. Fiche bibliographique
• (en) [PDF] E. B. Mpemba, « The Mpemba effect », Physics Education (Institute of Physics), 1979 14: 410–412,
• (en) David Auerbach, « Supercooling and the Mpemba effect : When hot water freezes quicker than cold », American Journal of Physics, 1995, 63(10). Fiche bibliographique.
• (en) Monwhea Jeng, « Can hot water freeze faster than cold water ? », novembre 1998, Department of Physics, University of California
• Monwhea Jeng, « L'eau chaude gèle-t-elle plus vite que l'eau froide ? » La Recherche, 2007, n° 413, p. 62-65.

Articles connexes

• Conduction thermique

Liens externes

• L'effet Mpemba sur le site Cyberzoide (une explication qui valorise la surfusion)

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