L’eau chaude gèle-t-elle plus vite que le froid ? Le débat se poursuit sur l’effet Mpemba

L’eau chaude gèle-t-elle plus vite que l’eau froide ? À première vue, cette idée semble devoir être ridiculement simple à tester, et encore plus facile à comprendre, mais cette question fait en fait débattre les physiciens depuis des décennies.

Les observations d’Erasto Mpemba ont lancé des décennies de recherche sur l’effet Mpemba : si un liquide (généralement de l’eau) initialement chaud peut geler plus rapidement que le même liquide qui commence froid.

Il y a un nom pour le phénomène de quelque chose de chaud qui gèle plus vite que quelque chose de froid : l’effet Mpemba, du nom d’Erasto Mpemba (photo ci-dessus) qui, adolescent en Tanzanie, a été témoin de quelque chose d’étrange au lycée dans les années 1960. Sa classe préparait de la crème glacée, et pressé d’obtenir le dernier bac à glace disponible, Mpemba a sauté en attendant que son mélange de lait et de sucre bouilli refroidisse d’abord à température ambiante, comme tout le monde l’avait fait. Une heure et demie plus tard, son mélange s’était congelé en crème glacée tandis que les échantillons des autres étudiants restaient une bouillie liquide épaisse.

Intrigué par ce résultat, Mpemba a demandé à son professeur de physique ce qui se passait. On lui a dit : « Tu étais confus. Cela ne peut pas arriver. Mpemba n’a pas été convaincu par cette réponse, et ses observations ont finalement conduit à des décennies de recherche.

Qu’est-ce qui rend cette question si difficile à cerner ? Parmi les nombreux problèmes qui compliquent exactement la façon de mesurer une telle chose, il y a le fait que l’eau a franchement des propriétés étranges; il est moins dense en tant que solide et il est également possible que ses phases solide et liquide existent à la même température. De plus, l’eau en cours de congélation n’est pas en équilibre, et la façon exacte dont les choses agissent lorsqu’elles se détendent vers l’équilibre est un processus pour lequel – du point de vue physique – nous manquons d’une bonne théorie. En pratique, c’est aussi un défi de savoir comment mesurer avec précision et de manière significative la température d’un système qui n’est pas en équilibre.

Mais il existe des preuves expérimentales montrant que l’effet Mpemba peut se produire, du moins en principe. Comment cela peut se produire semble se résumer à l’idée qu’un système chaud (ayant plus d’énergie) est capable d’occuper et d’explorer plus de configurations, déclenchant potentiellement des états qui agissent comme une sorte de raccourci ou de contournement vers un équilibre final. De cette façon, quelque chose qui commence plus loin de l’équilibre final pourrait dépasser quelque chose qui part de plus près.

Mais l’effet Mpemba existe-t-il réellement – par exemple, dans l’eau – de manière significative ? Tout le monde n’est pas convaincu, mais à tout le moins, cela a certainement conduit de nombreuses recherches sur les systèmes hors équilibre.

Pourquoi ne pas vous essayer à l’étude de l’effet Mpemba ? Après tout, travailler pour prouver que quelqu’un a tort est un passe-temps séculaire de l’humanité, surpassé seulement en popularité par la tradition de rejeter les découvertes, les observations ou les résultats des autres sans lever le petit doigt. N’oubliez pas de vous en tenir à la méthode scientifique. Après tout, les gens ont déjà consacré du temps et des efforts pour déterminer sérieusement si les aimants nettoient mieux les vêtements que le savon, donc l’effet Mpemba mérite certainement une certaine attention.