L’eau dans tout ses états
Woops, merci ! J'en ai profité pour corriger d'autres fautes d'orthographe et de frappe. Pour le degré Celcius, comme il…
Ça fait un moment que je souhaitais écrire une série d’articles sur quelques idées reçues et fausses en science. La série sera plus courte que prévue car je me suis aperçu que certains sujets ont déjà été traité sur le site, comme par exemple la chute d’une bille de plomb et d’une bille de liège.
Voici dont quelques idées reçues sur l’eau et ses états :
L’eau s’évapore à 100 degrés Celsius
Ben non. C’est sans doute la plus grande confusion qu’il y a autour de l’eau. À pression atmosphérique normale (environ 1013 hPa au niveau de la mer), l’eau s’évapore à n’importe quelle température positive. Sous certaines conditions comme un environnement d’une pressurisation inférieure à 0.006 fois la pression atmosphérique normale, l’eau peut aussi s’évaporer à des températures négatives : on ne parle alors plus de vaporisation mais de sublimation.
Pas convaincu ? Imaginez que vous vous couchez un soir où il a plut un peu, laissant quelques flaques d’eau dans la rue. Le lendemain, vous vous réveillez et constatez après avoir ouvert votre fenêtre qu’il n’y a plus de flaque. Pourtant, il n’a pas fait 100 degrés durant la nuit…
En réalité, l’eau bout à 100 degrés (et à pression atmosphérique normale). L’ébullition est un phénomène d’évaporation mais instable et violent : la chaleur reçue représente une grande somme d’énergie convertie en énergie cinétique pour les particules d’eau. Cette agitation est telle que les particules nécessitent de plus en plus de place, d’éloignement avec les particules voisines, et là, on obtient du gaz.
Les nuages, c’est de la vapeur d’eau
Toujours pas. Les nuages sont formés à partir de la vapeur d’eau contenu dans l’air, mais en réalité les nuages sont constitués de gouttelettes d’eau en sustentation dans l’air. Ces gouttelettes viennent de la condensation de la vapeur d’eau dans l’air, exactement comme la rosée du matin dans l’herbe ou la buée que vous retrouvez sur le miroir de votre salle de bain après la douche. Il en est de même pour les traînées laissées par les avions. De toute manière, la vapeur d’eau est absolument invisible à l’œil nu. Ainsi, quand vous voyez un filet de « vapeur » sortir de votre casserole dans laquelle vous faites bouillir de l’eau, en réalité il ne s’agit pas de vapeur d’eau (bien qu’il y en a quand même) mais de gouttelettes d’eau en sustentation. Un petit nuage, en somme…
>Pas convaincu ? Imaginez que vous vous couchez un soir où il a plut un peu, laissant quelques flaques d’eau dans la rue. Le lendemain, vous vous réveillez et constatez après avoir ouvert votre fenêtre qu’il n’y a plus de flaque. Pourtant, il n’a pas fait 100 degrés durant la nuit…
Hum, moyen comme démonstration, l’eau peut s’infiltrer dans le sol.
Disons qu’étant urbain jusqu’au bout des ongles, je pensais immédiatement à du bitume dans la rue (qui bien entendu est parfaitement imperméable). Il faut donc comprendre cette image dans ce sens.
Si vous voulez, je peux vous faire des photos de ma piscine ou l’eau s’évapore même en hiver 🙂
Oh l’autre, il a une piscine !! 🙂
En plastique ^^
J’ai demandé à ma prof de physique de m’expliquer le phénoméne explicité par Kae dans son article, soit l’évaporation alors que la température semble ne pas la permettre. Prenons l’exemple de l’océan et du cycle de l’eau ; la température d’ébullition n’est pas atteinte et pourtant, le cycle de l’eau existe. Ceci est du à une différence de pression : Plus elle augmente, plus la température d’ébullition est haute. Au niveau de la mer, c’est le même phénoméne (mais inversé, la pression étant plus basse, et pas sur le premier mètre d’eau, plutôt la première couche d’atome), et ainsi, cela permet à l’eau de s’évaporer.
Salut mycroft.
À la lecture de ton commentaire, je vois qu’il y a quelques confusions sur l’interprétations des explications de ton prof, qui je n’en doute pas ont dû être on-ne-peut-plus correcte.
Déjà, la température est un paramètre qui n’a rien à faire là. L’évaporation est facilité par la chaleur, qui est une notion physique différente (même si, je vous l’accorde, c’est un peu jouer sur les mots). La température est la mesure de l’agitation thermique ; la chaleur est une énergie reçue ou dégagée. Bref, passons sur ce détail.
Je reprends l’exemple du cycle de l’eau en pleine mer. Oublie complètement l’histoire de pression. Les particules d’eau qui se trouvent en surface vont recevoir de l’énergie (la chaleur) venant de l’air. Cette énergie n’étant pas très importante si l’air n’est pas chaud, les particules d’eau vont avoir tendance à s’évaporer, puis certaines d’entre elles vont se liquéfier, s’évaporer à nouveau, une partie va se liquéfier encore, ainsi de suite. C’est un peu comme si on avance de deux pas et que l’on recule d’un pas : ça va pas vite, certes, mais on avance quand même. Si l’air est plus chaud, la quantité d’énergie reçue par les particules d’eau est plus importante et l’évaporation sera plus « violente » dans le sens où moins de particules seront encleintes à revenir à l’état liquide. Remarquez de plus que s’il y a du vent, même peu, cela facilite énormement l’évaporation car les particules à peine évaporées sont emportées dans l’air et n’ont pas le temps de revenir à l’état liquide : c’est pourquoi du linge va sécher plus vite s’il est étendu dehors lors d’une brise !
Pour approfondir ces questions fort intéressantes, je recommande vivement à tous la lecture des cours de physique de Feynman, extrêmement bien fait et d’une pedagogie rare.
Merci beaucoup pour l’explication Kae, et puis, si ce que j’ai dit plus haut est faux, j’aime autant qu’on le supprime (si c’est possible).
Concernant l’imprécision des termes employés, n’étant qu’en terminale, ma prof peut ne pas vouloir nous embrouiller avec ça et je m’en excuse, il faut être précis (et j’aurai du les différencier moi-même) .
Par ailleurs, ma prof m’a pourtant soutenu qu’il y avait une histoire de pression (on parlait du procédé d’estérification et de l’impact des facteurs cinétiques, comme la pression, ce qui m’a amené à lui poser la question sur l’eau).
Mais vu ton explication, je dirais que c’est beaucoup plus logique que la pression qui change 🙂
Merci encore de rectifier un « bleu » qui ne demande qu’à apprendre de ceux qui savent.
Oula, j’ai peut être été trop incisif dans mon précédent commentaire : il n’y a aucune raison que tu t’excuses de quoi que ce soit ! Au contraire, tu cherches à comprendre, ce que je trouve trop peu de gens cherchent à faire : tu as donc tout mes encouragements et je me fais un devoir de ré-expliquer certains points de mes articles, ayant de plus conscience qu’ils sont parfois loin d’être parfaitement intelligible.
Je suis convaincu que ta prof t’a donné une bonne explication. Concernant le rapport entre pression et évaporation, il y en a peut être mais cela dépasse mes connaissances (je suis mathématicien, pas physicien). Par contre, je peux te dire qu’il y en a un entre la pression et le point d’ébulition, c’est-à-dire à partir de quelle température l’eau (puisqu’ici on parle d’eau) se met à bouillir. Plus la pression environnante est forte, plus le point d’ebulition est haut, c’est-à-dire que la température a atteindre avant ébulition augmente. Mais comme nous vivons dans un monde où la pression atmosphérique tourne en moyenne autour de 1013hPa à 10hPa près, je pense que l’on peut oublier les détails qui concerne la pression.
Allez, je vais faire une légère entorse à la règle et faire un peu de pub : un de mes collègues de Clermont-Ferrand a publié recemment son premier roman intitulé « 676 ». Il s’agit d’un thriller ésotérique, un peu comme le Da Vinci Code, mais autour des mathématiques. Le livre recueille jusque là d’excellentes critiques et se glisse dans le top 50 de la fnac malgré l’absence totale de publicité. Je vous recommande chaudement cette lecture, et non, je n’ai pas d’accord de pourcentage avec ce collègue :-p Sachez aussi que l’auteur offre une bouteille de Champagne au premier lecteur qui résout la principale énigme de son livre ^^
Kae > Il ne veut pas sponsoriser un concours durant l’été ? 🙂
Aucun problème Kae ;). C’est juste que j’ai beaucoup d’estime pour les plus cultivés. En plus, je suis heureux d’apprendre que tu es mathématicien car j’ai besoin d’un terme mathématique pour mon prochaine article :). Quand une suite tend vers un nombre, mais qu’elle y tend par « rebond » c’est-à-dire pas que d’un seul coté mais des deux cotés, on dit qu’elle converge de manière non monotone ?
@Bastien : C’est vrai que ça collerai bien avec le concours du mois prochain ^^ Je lui demande si tu veux, et il contactera son éditeur. Et je suis quasiment persuadé qu’ils accepteront.
@mycroft: C’est de l’analyse, qui est loin d’être ma spécialité (et pour tout avouer je n’ai jamais pu blairer ces maths sales). J’ai fais quelque recherches, et bien que le terme de convergence non-monotone me semblait intuitif et bien approprié, je ne l’ai trouvé nul part. Pour les séries alternées comme pour les autres, on parle de convergence, c’est tout.
Dans le doute, je demanderais à mon prof de maths. Merci pour l’aide 😉
Ben moi, j’suis juste un littéraire… Désolé de ne pas pouvoir vous aider !
🙂
Pour ma part j’apprécie l’allusion à l’article des billes de plomb de de liège 😉
Autre preuve que l’eau e s’évapore pas à 100° : la transpiration.
En effet en transpirant notre corps produit de l’eau qui va puiser de l’énergie dans notre corps pour s’évaporer et en faisant ainsi refroidit notre organisme. En revanche s’il fallait que la transpiration s’élève jusqu’à 100° pour s’évaporer, cela nous vaudrait quelques brulures sous les aisselles!
je vais essayer de détailler ce processus:
Le premier point qu’il faut reprendre est que non, l’évaporation ne se produit pas à n’importe quelle température positive.
C’est un équilibre par rapport au point de saturation de l’eau dans l’air.
Un récipient d’eau où l’air ne se renouvèle pas s’évapore progressivement jusqu’à ce que l’air soit complètement saturé. Le seule moyen pour que l’évaporation se poursuive sans renouvèlement d’air, c’est en augmentant la pression comme dans une cocotte minute.
En renouvelant l’air avec un air non saturé, toute l’eau va s’évaporer: il n’y a plus de flaque le matin. Sortez le ventilo quand vous commencer à transpirer.
Un autre phénomène a prendre en compte est la condensation.
En dessous d’une certaine température appelée point de rosée, une partie de l’eau présente dans l’air condense. Sa valeur dépends essentiellement de l’humidité relative de l’air, c’est a dire l’humidité de l’air par rapport a l’humidité de saturation. C’est la valeur que l’on peut lire sur les hygromètres.
Certains vont me rappeler à raison que j’ai dit que l’eau s’évapore jusqu’à saturation. Oui et non.
En fait la température de rosée dépend aussi de la température ambiante. Elle est toujours inférieure mais l’écart diminue quand l’humidité augmente. Au point de saturation, la température de rosée est égale à la température ambiante. Sinon il y a un gap à combler.
Un exemple. Il fait 10° le matin, 80% d’humidité, la température de rosé est de 7°. Un brin d’herbe à 3° va se réchauffer en refroidissant un peu d’air. On passe sous les 7°: goutte de rosée sur l’herbe.
A l’opposé, lors de l’évaporation il faut fournir de l’énergie. C’est comme cela que la transpiration refroidit le corps.
Au point de saturation, l’air cherche des corps plus froid pour condenser. Si de l’eau a encore trop d’énergie et cherche à franchir la barrière, il y a deux possibilité soit attendre que l’air se réchauffe (l’eau devrait le réchauffer) car l’air chaud peut stocker plus d’eau, soit augmenter la pression (cocotte minute)
Pour compléter, quand la température passe en dessous du point de rosée, la condensation n’a pas toujours lieu. Il faut des sites de nucléation. Ce sont généralement des poussière autour desquelles les gouttes se forment.
De la même façon pour geler, l’eau à besoin d’impureté. Une eau parfaitement pure ne se solidifie qu’a -42°.
@Alphee : ce que tu décris, c’est la pression de vapeur saturante
C’est en fait la pression partielle de vapeur dans l’air : donc la concentration d’eau dans l’air (on parle aussi d’hygrométrie).
Et cette PVS change en fonction de la température.
Avec notre flaque d’eau : si rien ne se passe (pas de vent, pas d’ascension vertical de la vapeur ni de changement de température), il y aura formation de vapeur jusqu’à saturation de l’air en vapeur d’eau au dessus de la flaque : il y’a alors un équilibre entre la flaque et l’air environnant.
Si le vent apporte de l’air sec, l’eau se vaporisera à nouveau (l’air sec ne possède pas de vapeur en elle, et la flaque voudra « coloniser » cet air de sa vapeur) et au bout d’un moment, la flaque aura disparue.
Le phénomène qui permet à l’eau de se vaporiser dans l’air, c’est la chaleur et Kae l’a expliqué.
Ensuite, pour que l’eau bout, il faut en effet atteindre 100 centigrade (pas Celsius, car l’eau bout à 99,975 degrés Celsius) à pression normale : la pression de vapeur saturante dans la casserole sera inférieur à la pression de vapeur dans l’air (l’ai directement dessus de la casserole) et donc c’est comme si la vapeur ne peut plus se « dissoudre » dans l’air : il se « dissout » donc dans l’eau elle même et de grosses bulles apparaissent.
Si l’on diminue la pression atmosphérique, la température d’ébullition baisse aussi : ces deux valeurs (pression / température) permettent de savoir quand l’eau va bouillir.
ma mere m a dit que c est le vent qui fait secher le linge etendu sur le fil plus que le soleil ?
Et ta mère a raison, comme le précise les commentaires de ce billet.
Bonjour,
effectivement, l’infiltration dans le sol ainsi que le vent qui provoque un déplacement de l’eau entraine sa disparition rapide, de même que l’évaporation.
De plus la temparature d’evaporation varie en fonction de l’altitude.
(Bon déjà c’est un peu tard pour répondre j’en ai conscience, mais pour les personnes qui lirons ce post plus tard je me dois d’apporter mon explication, en tentant d’être le plus clair possible !)
Tout d’abord je tiens à soutenir l’auteur de ce post car ce qu’il a écrit est tout à fait juste.
Comme l’a précisé Kae la variation de pression peut être négligé dans le cas dont nous parlons.
Il est important de rappeler que l’évaporation d’un corps s’obtient en lui apportant de l’energie (en joules). Ici, cette energie est appelé la chaleur (Q). Chaque corps liquide a ce que l’on appelle une chaleur latente de vaporisation (L), c’est à dire une quantité d’energie minimale à apporter pour que le liquide passe à l’état gazeux. Plus clairement, il y a évaporation si : Q apportée > L liquide. Ce phénomène se produit partout, dand les piscines, dans notre bain et même dans nos verres d’eau à table !
Pour les personnes qui ne seraient toujours pas convaincues, elles peuvent réaliser une expérience très simple permettant d’observer ce phénomène. Il suffit de remplir un verre d’eau, de noter son niveau et de le laisser toute une nuit (ou plus…), et là plus de doute, l’eau ne s’est pas infiltrée dans le sol 😀
Pour ce qui est du séchage du linge je permettrai d’ajouter que le vent est aussi une bonne chose pour le renouvellement de l’air (sans rentrer ds les détails concernant la pression de vapeur saturante). Car en effet, le linge en séchant va faire apparaître un pression de vapeur saturante le long de sa surface (qui empêchera le linge de sécher rapidement). Un bon petit vent permet donc de dégager les molécules d’eau et donc un séchage plus rapide
Voila voila j’espère avoir été clair et surtout que ce commentaire pourra aider certain(e)s futur(e)s lecteurs(trices)
Coucou
j’adore ce site et si je me permets un commentaire c’est dans l’esprit de critique positive, en effet il est écrit : En réalité, l’eau boue à 100 degrés
deux choses il faudrait préciser que les degrés en question sont Celsius, un détail mais on sait où se cache le diable, et la faute de frappe (orthographe ?) dans la conjugaison du verbe bouillir nous ferait croire que c’est de l’eau turbide dont il est question alors qu’on parle d’eau pure et douce.
respectueusement.
Woops, merci ! J’en ai profité pour corriger d’autres fautes d’orthographe et de frappe.
Pour le degré Celcius, comme il s’agit de l’unité du système international, c’est sous-entendu.