Effet Mpemba : qu'est-ce que c'est ?

L'effet Mpemba voudrait que l'eau chaude gèle plus vite que l'eau froide. Mythe ou réalité ? Personne n'a vraiment la réponse.

La redécouverte de l’effet Mpemba

Le paradoxe d'une eau chaude qui gèlerait plus vite qu'une eau froide a été observé maintes fois depuis plus de 2.000 ans. AristoteAristote et Descartes en ont fait état mais c'est dans les années 1960 seulement que le phénomène a hérité du nom d'effet Mpemba, patronyme d'un étudiant tanzanien qui venait d'en faire l'étonnante expérience.

L'effet Mpemba à l'encontre des lois de la thermodynamique

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. Les sceptiques objectent qu'aucune étude n'a été jusqu'alors capable de définir des conditions expérimentales pour lesquelles le phénomène se produirait à coup sûr.

Les explications de l'effet Mpemba

Pour justifier l'effet Mpemba, certains tentent quelques explications : 

• Un volume d'eau chaude se refroidit plus rapidement qu'un même volume d'eau froide en raison du phénomène d'évaporation de l'eau et de la perte de masse que cela entraîne. Ainsi, au moment où il gèle, le volume d'eau chaude est inférieur au volume d'eau froide et se fige donc plus vite.
• L'eau froide contient des gaz dissous (dioxygène et dioxyde de carbonedioxyde de carbone, notamment) qui font baisser le point de congélation de l'eau. Des gaz que l'on ne retrouve pas dans l'eau chaude.
• Le phénomène de surfusion permet à l'eau de rester en phase liquideliquide, même lorsque la température descend en dessous de 0 °C. Or, l'eau chauffée y est moins sensible du fait de l'existence d'un gradient de température plus élevé.
• Les gradientsgradients de température que l'on observe dans l'eau chaude sont aussi à l'origine de courants de convectionconvection qui naissent pendant le processus de refroidissement et se propagent du haut vers le bas. Ainsi, à la surface de l'eau chaude, le refroidissement se fait de manière plus rapide qu'attendu. 

Ces explications ne peuvent pas être considérées séparément tant elles influent les unes sur les autres, mais elles rendent plausible l'existence de l'effet Mpemba. Des expériences complémentaires restent encore à réaliser pour confirmer le paradoxe.