Dois-je mettre de l’eau chaude ou froide pour faire rapidement des glaçons ?

iceblocknearjoekullsarlon« Dois-je mettre de l’eau chaude ou froide pour faire rapidement des glaçons ? » C’est une question existentielle que l’on s’est tous posé un jour. Un pote vient à l’improviste et vous n’avez plus rien à mettre dans le Scotch, ou votre copine vous a mis une beigne et vous ne voulez pas gâcher un steak pour votre œil au beurre noir. Ou plus simplement vous avez l’esprit tordu comme moi.

Et bien vous pouvez courir vers votre bouilloire, mettre en ébullition la quantité d’eau désirée et vous assurer que votre congélateur est mis suffisamment fort avant d’y mettre l’eau encore frémissante. Explications.

Il s’agit d’un phénomène encore mal connu et maîtrisé, appelé l’effet Mpemba. Jusque là, plusieurs hypothèses plus ou moins vérifiées tentent d’expliquer cet effet :

  • l’effet d’évaporation est plus importante pour l’eau chaude (je reviendrai sur l’évaporation dans un prochain article), ce qui entraîne une rapide perte de chaleur, contrairement à l’eau froide qui voit sa température baissée plus lentement,
  • l’eau contient des gaz, notamment du dioxygène (O2) et du dioxyde de carbone (CO2), qui tendent à faire baisser la température de solidification de l’eau. Or, la chaleur de l’eau chaude ne facilite pas la dissolution de ces gaz, ce qui explique leur moindre présence que dans l’eau froide,
  • le phénomène de convection (l’eau chaude monte car sa densité diminue ; l’eau froide descends car sa densité augmente) est bien moins présente dans l’eau froide que dans l’eau chaude, et ce phénomène facilite les échanges thermiques avec l’extérieur,
  • moins communément admise, l’hypothèse de choc thermique impliquerai une décroissante de température de l’eau chaude exponentielle, face à une décroissance linéaire pour l’eau froide.
  • l’effet de surfusion, où l’eau reste à l’état liquide en dessous de zéro indépendament de la pression extérieure, expliquerai pourquoi l’eau vraiment froide ne gèle pas même en dessous de zéro.

Voila, vous êtes maintenant parés en cas d’envahissement impromptu de potes à la maison.

Sources : wikipédia et  cyberzoide.developpez.com


Nota Bene : Rien à voir avec l’article, mais une fois n’est pas coutume je vais faire de la pub pour un blog que j’ai découvert récemment et qui partage le même objectif que culture-generale.fr, à savoir apprendre pleins de trucs sans se prendre la tête. Il s’agit d’un blog en BD, avec une bonne dose de cynisme comme j’aime, toujours très bien documenté (même si le sérieux des sources est parfois douteux) et répondant en profondeur à une question que l’on ne se poserai pas. C’est ici : http://tumourrasmoinsbete.blogspot.com/

A propos de l'auteur

Avatar
Kae

Kae est un petit hibou curieux de (presque) tout et contribue de temps en temps au site www.culture-generale.fr quand son emploi du temps le lui permet. Il a comme principal intérêt des questions liées de près ou de loin à la science mais reste ouvert et intéressé par bien d'autres choses.

Comme tous les hiboux, il n'est pas infaillible, même dans son domaine de prédilection. Il prie donc le lecteur de se montrer indulgent envers ses articles mais sera toujours heureux de voir des commentaires soulignant des erreurs ou apportant des précisions !

32 commentaires

Laisser un commentaire
  • Oups, merci billx…
    Mettre le congélo à fond ne sera visiblement utile que dans si l’hypothèse du choc thermique est véridique, et comme je ne l’ai trouvé dans aucune de mes sources (vieilles connaissances personnelles), je reconnais qu’elle n’est pas communément admise :-p

  • Ce que je me demande, à propos de cette histoire, c’est que, selon toute (ma) logique, l’eau chaude doit bien refroidir pour devenir froide avant d’atteindre 0°C (+/- un petit peu car l’eau n’est pas pure)
    eau chaude —temps—> eau froide —temps—> eau à 0°C
    contre
    . eau froide —temps—> eau à 0°C
    (désolé si le schéma passe mal)

    J’ai l’impression que c’est une légende ‘urbaine’ (Rien dans myth busters)
    Je vais tester ça par moi même, je vous tiens au courant dans la journée.

    PS : La surfusion, ça gèle d’un coup quand on secoue, non ?

  • eau chaude —–temps—–> eau froide —–temps—–> eau à 0°C
    contre
    …………………………………………. eau froide —–temps—–> eau à 0°C

  • Quelques éléments de réponses, dans l’ordre.
    – Oui, c’est pas top d’un point de vue énergétique. Ceci dit, on s’en fout ici, ça ne réponds pas à la problèmatique :-p
    – Zuiter, ton erreur est de considérer que la rapidité de refroissement de l’eau chaude et l’eau froide est la même, et de ne pas prendre en compte « l’inertie thermique »(pas sûr que l’on appelle ça comme ça). Par exemple, tu laisse tomber un objet A du 5ème étage, et un objet similaire B du 2ème étage en même temps que A arrive au niveau du deuxième étage. Pourtant, avec l’inertie, l’objet A va s’écraser en premier. Ici, c’est le même principe.
    – Je parlais d’eau bouillante un peu pour le style, normalement la comparaison devrait marcher avec de l’eau très froide et de l’eau tiède.

    Je me rappelle avoir essayé quand j’étais gamin, et ne résultat n’a pas été très concluant ; j’avais dû me planter quelque part. En tout cas, il ne s’agit évidemment pas d’une « légende urbaine » :-p

  • Considérant le scepticisme de certains lecteurs (et le scepticisme est une très bonne réaction scientifique), j’ai fait des recherches un peu plus poussées.

    L’effet Mpemba est bien confirmé et reste un sujet d’étude qui fait l’objet de publications dans des conférences et revues scientifiques (et on ne fait pas de publi sur des légendes urbaines, croyez-moi je sais de quoi je parle…). Ceci dit, cet effet ne s’observe que dans des conditions très spécifiques : quantité d’eau, forme du récipiant (et donc surface d’eau en contact avec l’extérieur), température, etc. Il apparait bien parfois que de l’eau chaude gèle plus vite que de l’eau plus froide, mais ceci ne se vérifie pas tout le temps. Je vous invite à jeter un oeil sur cette page et cet article (les deux en anglais) où des graphiques sont présents pour avoir des exemples comparatifs visuels : http://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project_ideas/Phys_p032.shtml et http://arxiv.org/PS_cache/physics/pdf/0512/0512262v1.pdf

  • Zuiter : je suis d’accord avec toi. Ça parait être la logique même.

    Kae : tu te trompes dans les données du problème, pour 2 raisons.
    1) On lâche les objets A et B en même temps. Tu reçois du monde et tu as un besoin urgent de glaçons. Dans le doute, tu fais 1 bac avec de l’eau froide et un autre avec de l’eau chaude. Évidemment tu les mets simultanément dans le congélo.

    2) 2me erreur : pour les objets que tu lâches, l’énergie potentielle de pesanteur se transforme en énergie cinétique (en vitesse).
    Dans le cas des glaçons, il y a bien transfert d’énergie thermique mais pas d’énergie cinétique.
    Contrairement aux objets, plus le temps passe, moins l’écart de température est important et moins le transfert est important.
    Autrement dit, l’eau à 60° refroidit vite dans un environnement à -5°. Mais une fois qu’elle a atteint les 5-10°, elle refroidit beaucoup moins vite.

    Quelles sont tes sources ?

    Plutôt que de longs discours… quelqu’un a-t-il expérimenté ?

  • Pour mes sources, cf. un commentaire que j’ai déjà posté et que Bastien ne va pas tarder à débloquer :-p (soumis à vérification car y’a des liens).

    Je persiste et signe : non, je ne me trompe pas. Mon exemple avec l’objet A et B est pour illustrer le phénomène d’inertie. Comme je le disais à Zuiter, il ne prend pas en compte l’inertie ET la différence de vitesse de chute de température. Quand on lâche deux objets similaire, ils sont assujettis aux même accélérations (je compte y revenir dans un prochain article). Ce n’est pas le cas de l’eau chaude et de l’eau froide dont la courbe de chute de température n’est pas la même. Soit la première est exponentielle et la seconde linéaire, soit elles sont toutes deux linéaires ou exponentielles (perso je ne crois pas en ce dernier) avec des coefficients différents.
    Concernant ton point 2), tu n’as pas pris en compte ou mal compris le principe d’inertie.

  • J’ai déjà entendu cette problématique de glaçon avec de l’eau chaude. Une des réponses apportée et qui me semble logique est celle-ci:
    Lorsque vous mettez au froid le bac à glaçon rempli d’eau chaude, la glace résiduelle du congélateur va fondre, puis regeler autour de votre récipient.
    Il va donc y avoir échange thermique optimal entre le congélateur et l’eau chaude, qui gèlera donc plus vite qu’un bac à glaçon rempli certes d’eau froide, mais avec un échange thermique inférieur.

  • Bien tenté, mais non : des expériences concluantes ont été effectuées avec des frigos dont certains étaient sans glace résiduelle (frost-free). Cf. les sources de mon commentaire de 12h45.

  • Mince, je voulais faire un article-compilation qui revenait sur le mythe de la bille de plomb qui tombe plus vite :-/
    Note pour plus tard : vérifier ce qui existe déjà sur le site…

  • Après lecture de cet article, je vais apporter ma petite pierre à l’édifice en parlant d’expérience empirique. J’ai la chance d’habiter au Québec depuis quelques mois et donc de bénéficier d’un température plus froide derrière ma fenêtre que dans mon frigo durant l’hiver. Mon expérience est basée sur les excursions en raquette que je fais tous les dimanches. Je promène une gourde d’eau accrochée à mon sac toute la journée dans le but de me rehydrater. La gourde est rangée dans un protège-gourde isotherme pour éviter que l’eau à l’intérieur ne gèle trop vite. Cas 1 : temperature autour de -18 °C, 6h dehors avec une gourde remplie à 50/50 d’eau bouillante / eau du robinet (froide) Résultat : Gel apparaissant en toute fin de journée. Cas 2 : 5h dehors (température équivalente à peu de choses près) , eau froide du robinet uniquement. Résultat gel apprairassant 1,5h après le début de la rando. Moralité : balotée sur mon dos, l’eau chaude gèle quand même moins vite que l’eau froide.
    Bon tout ca n’est vraiment pas scientifique, mais interessera les gens qui randonnent en conditions hivernales 😉
    En vous saluant bien bas.

  • c’est assez amusant comme effet.
    Pour a ajouter ma pierre à l’édifice, une etude de Jonathan Katz donne un explication interessante. c’est ici:
    http://arxiv.org/abs/physics/0604224

    Pour resumé pour les eaux « dures » (riche en sel mineraux, notament en calcaire), l’effet est concluant. Le chauffage de l’eau change la solubilité ce qui crée un précipité. ce changement de concentration change l’inertie thermique. L’effet Mpemba est alors possible.

  • BOn je suis peut-etre d’accord avec ça mais moi je voudrais savoir… On s’ostine présentement chez moi a savoir, est-ce l’eau chaude ou l’eau froid qui bouille en premier???

  • Ah ah ! Intéressante question. A priori je dirai que l’eau chaude bout plus vite.
    [cherche sur le net]
    Visiblement ça c’est, l’eau chaude bout plus vite. Pas de chose contre-intuitive ici comme l’effet Mpemba.

  • eau bouillante ou froide pour les glaçons?
    Cette question a été posée hier 05/01/2011 sur la radio RTL.
    Pour gagner il fallait repondre bouillante!
    L’explication faisait reference à un nom asiatique!
    Est-ce l’effet Mpemba?
    J’aimerai savoir ?

  • RTL devait effectivement faire référence à l’effet Mpemba (nom africain d’ailleurs, pas asiatique). Mais attention comme le souligne les commentaires de cet article, l’effet Mpemba est vérifiée selon certaines conditions. Il est donc faux de dire que de l’eau bouillante gèlera toujours plus vite que de l’eau froide (même si mon article peut être interprété de cette manière, mais j’avoue que c’était un peu pour attirer l’attention et susciter la curiosité).

  • Quelque soit le robinet ouvert en premier il coule d’abord de l’eau froide ou refroidie.
    La chimie serait une question d’hygiene:nettoyer le conduit !!?
    Rien à voir avec Mpemba!

  • Merci à alphee
    J’ai fini par trouver seule : ça n’a rien de chimique, ni à voir avec votre effet Mpemba … c’est que je n’ai pas su comment poser ma question ailleurs qu’en m’insérant ds cette conversation ! excuses !
    C’est en effet à cause des brulures … qd on règle son eau chaude à 60° par mesure d’hygiène (cf plaquette légionnellose)

  • Dans tous les cas la courbe de température est exponentielle. Comme la vitesse de transfert d’énergie thermique est proportionnelle à la différence de température entre le fluide et l’environnement on obtient une équation différentielle linéaire du premier degré dont la solution est de la forme deltaT0.exp(alpha t) avec t le temps, delta T0 la différence de température initiale et alpha un coeff relatif au fluide employé, aux conditions géométriques et de surface etc. Si on cherche une certaine différence de température finale (18°C par exemple pour de l’eau dans un congel) on obtient t=1/alpha*ln(18/deltaT0). Alpha est forcément négatif ln(18/deltaT0) est négatif, et plus deltaT0 est grand, plus ln(18/deltaT0) est petit, donc plus t est grand. Ce n’est donc pas vers une résolution « classique » qu’il faut se tourner mais bien vers ce fameux alpha qui doit varier suivant la nature du fluide (eau degazée ou eau froide) ou les conditions physique (convection, qualité de l’interface eau/air…).

  • Je relève au moins trois fautes d’orthographe dans ce texte… Mais, à part ça, c’est sympa et rigolo.
    Amitiés.

  • Je relève au moins trois fautes d’orthographe dans ce texte… Mais, à part ça, c’est sympa et rigolo !
    Amitiés.

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Vous pouvez utiliser les tags HTML suivants : <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.

Culture-generale.fr est un blog collaboratif créé en décembre 2007. Tous les articles et les contenus sont sous licence Creative Commons 2.0 , ce qui veut dire que vous pouvez les utiliser dans un cadre non commercial et que vous avez l'obligation de citer la source (un lien vers la home du site suffira). Visitez aussi la page regroupant d'autres sites intéressants.