L’eau chaude gèle plus rapidement que l’eau froide : les scientifiques savent désormais pourquoi

Depuis l’Antiquité, les scientifiques cherchent à comprendre un phénomène particulièrement mystérieux : l’eau chaude gèle plus rapidement que l’eau froide. Heureusement, des chercheurs viennent de trouver la réponse : tout cela est dû aux liaisons chimiques entre les atomes d’hydrogène et d’oxygène. Explications.

Aussi étonnant que cela puisse paraître, l’eau chaude gèle beaucoup plus rapidement que l’eau froide. Un mystère connu depuis l’Antiquité avec Aristote puis plus tard par le philosophe français René Descartes. Ce n’est qu’en 1963 que ce phénomène est redécouvert et prend son appellation définitive, l’effet Mpemba, du nom du jeune étudiant tanzanien qui l’a remis en évidence. Cet effet montre que l’eau gèle à une rapidité croissante dès qu’elle devient chaude, comme le montre le graphique ci-dessous.

Depuis sa (re)découverte, plusieurs hypothèses ont été énoncées pour répondre à ce grand mystère qui paraît un peu illogique au commun des mortels. Mais jusqu’à présent, aucune n’avait été réellement retenue. Jusqu’en octobre 2013. Une équipe de trois chercheurs chinois, Xi Zhang Yongli Huang, Zengsheng Ma, et Chang Q Sun, ont proposé une solution à ce problème. Selon eux, ce sont les liaisons chimiques des atomes qui composent l’eau qui sont à l’origine de tout.

Chaque molécule d’eau (H2O) est composée de deux atomes d’hydrogène reliés via une liaison covalente à un unique atome d’oxygène. Mais ce n’est pas tout puisque ces atomes d’hydrogène sont également reliées entre eux par une liaison hydrogène. Cette dernière liaison apparaît lorsque les atomes d’hydrogène sont proches d’un atome d’oxygène d’une autre molécule d’eau. Bref, dès qu’il y a de l’eau. Et cela donne de nombreuses propriétés intéressantes, notamment son pic d’ébullition particulièrement élevé par rapport à d’autres liquides.

L’équipe chinoise explique donc que ce sont ces liaisons qui provoquent l’effet Mpemba : les molécules en contact très proche les unes des autres mais qui n’arrêtent pas de s’opposer font que les liaisons covalentes emmagasinent de l’énergie et s’étirent. Dès que le liquide se réchauffe, les liaisons hydrogène s’étirent également à mesure que l’eau devient moins dense et que les molécules s’éloignent les unes des autres. Pendant ce processus, les liaisons covalentes rétrécissent et libèrent l’énergie qu’elles contenaient, ce qui produit un effet similaire au refroidissement. D’où l’effet Mpemba.

C’est très amusant de voir que tant de scientifiques et de génies se sont pris la tête à travers les siècles pour trouver la réponse à cette énigme ! Il aura finalement fallu attendre plusieurs millénaires pour la trouver. Difficile d’imaginer que les atomes pouvaient avoir des effets aussi concrets sur l’eau ! Auriez-vous imaginé que l’eau chaude puisse geler plus rapidement que l’eau froide ?