Effet Mpemba

[invite88b3ff36]

Bonjour à tous!

Voila, j'ai un projet expérimental à faire pour comprendre l'effet Mpemba. Après avoir pas mal réfléchi sur le sujet, j'aurais aimé savoir si vous pouviez me confirmer et éventuellement m'aider dans certaines pistes.

Donc l'effet Mpemba est le fait qu'une eau chaud gèle plus vite que l'eau froide.

J'ai deux hypothèses sur le sujet :
-L'eau chaud surfusionne moins que l'eau froide, donc il y aurait une même courbe de descente de température mais alors que l'eau froide pourait rester un certain temps à une température inférieuere a 0 sans geler, l'eau chaud elle gélerai beaucoup plus vite une fois le niveau 0 atteint. Cela s'expliquerait du fait que l'eau chaude ait une plus grande énergie et que les soluté contenus soient devenu moins soluble. L'eau ayant besoin d'un apport d'énergie pour geler, l'eau chaud gèlerait plus vite.

L'hypothèse de modification :
-L'eau chaude modifierait la composition de l'eau :
évaporation, donc diminution de la masse, accélération de la baisse de température.
-Les gaz de l'eau chaude auraient évaporé, dissous, et les soluté seraient moins soluble. Changement de la composition de notre eau.
-Il se créerait un mouvement de conduction qui transporterait la chaleur
-L'eau chaude modifierait son environnement: la vapeur changerait la composition du milieu extérieur, changement de pression etc...

Autre hypothèses moins pertinentes:
L'eau chaude a une plus grande pression, ce changement de pression accèlererait la chute de temptérature.
Et autre...

Si vous avez des refléxions, des aides , des commentaires sur le sujet, des propositions d'expériences (je n'ai pas ennoncé les expérience prévu pour ne pas écrire trop), ce serait la bienvenu et peut être qu'on percera le mystère Mpemba ensemble.

Merci,
-----

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Il y a déjà eu des discussions à propos de cet effet dans le forum.
http://forums.futura-sciences.com/ph...ghlight=mpemba
http://forums.futura-sciences.com/tp...ghlight=mpemba
http://forums.futura-sciences.com/ch...ghlight=mpemba
http://forums.futura-sciences.com/ph...ghlight=mpemba
http://forums.futura-sciences.com/ph...ghlight=mpemba
Vous pouvez aussi vous renseigner sur wikipedia en français ou en anglais.
Au revoir.

[invite88b3ff36]

Merci pour tous ces liens. Cependant je n'etais pas la pour avoir des informations sur le sujet mais pour en débattre. L'effet Mpemba n'a encor jamais été expliqué même si les théories fusent.

Pour ma part, je pense que le mouvement de convection dans l'eau chaude favorise une plus grande baisse de la température et que l'eau froide entre en surfusion ce qui retarde sa solidfication. Les autres hypothèses étant plsutot négligeable

[obi76]

Je n'avais jamais entendu parler de ça, mais en tous cas ça a titillé ma curiosité

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6dffde4c]

Re.
Je ne sais pas ce que vous espérez.
Depuis 30 ans des gens sérieux se sont penchés sur le sujet aussi bien théoriquement que expérimentalement et rien de définitif n'est sorti de ça.
Je ne vois pas ce que quelques discussions de plus peuvent apporter.

Mais si vous connaissez l'explication et que vous pensez que personne n'a eu la même idée avant vous, il ne vous reste qu'à trouver et a faire l'expérience qui démontrera que votre explication est la bonne.
Et tant pis pour le tas de nuls qui s'y sont penchés sur le problème depuis 30 ans.

A+

[invite2313209787891133]

Bonjour

Il y a beaucoup de discussions sur ce sujet, beaucoup d'hypothèses aussi, du blabla... mais je n'ai encore jamais vu de véritable démarche scientifique avec des hypothèses et des essais ciblés pour les valider.

De mon coté j'ai fais quelques essais rapides; à chaque fois j'ai observé que :
- L'eau chaude arrive à 0°C après l'eau froide, ce qui invalide l'hypothèse des mouvements de convection.
- L'eau chaude commence à former des cristaux de glace après l'eau froide.
- Par contre l'eau chaude est parfois entièrement prise en glace avant l'eau froide; l'effet Mpemba ne marche pas toujours...

J'avais fais plusieurs enregistrements, mais je n'en retrouve qu'un seul que je poste en pièce jointe.

Sur ces courbes on peut observer la descente en température simultanée de 4 gobelets en plastiques identiques contenant exactement la même quantité d'eau.
- T1 et T2 correspondent à de l'eau du robinet.
- T3 et T4 correspondent à de l'eau déminéralisée.
- T2 et T4 sont environ à 80°C à t0.
- Les 4 verres sont posés sur une plaque de polystyrène pour les isoler de la paroi du freezer.

On constate qu'ici...ça ne marche pas, les 4 verres sont entièrement pris en glace pratiquement en même temps (le palier correspond à la présence du mélange eau + glace; je ne suis pas exactement à 0°C car j'ai utilisé des thermocouples pour mesurer, et ils ne sont pas d'une grande justesse. Curieusement on constate que le verre d'eau déminéralisée initialement froid descend plus vite en température que les autres une fois gelé.

Sur d'autres essais effectués sans plaque de polystyrène l'eau chaude est prise en glace entièrement et indubitablement avant l'eau froide.

[skeptikos]

Bonsoir.
Puisque les idées des autres ne semblent pas avoir convaincu, tentons une idée nouvelle.
-On sait que les molécules d'eau sont très liées entre elles.
-On sait que l'eau est la plus dense à 4°C et que la densité diminue ensuite pour former la glace.
-On en conclut que les molécules d'eau pour geler se réarrange d'une façon différente, donc que leur configuration n'est pas la même entre l'eau à 4°c et l'eau sous forme de glace.
-On peut supposer que ce changement de configuration n'est pas instantané.
-La constante diélectrique de l'eau est très différente entre l'eau chaude et l'eau froide, on peut donc supposer que l'arrangement des molécules d'eau est également variable avec la température.
-Supposons maintenant que l'arrangement des molécules d'eau soit le même à haute température que celui de la glace ou encore que celui-ci permette une transition plus rapide que celle de l'eau à 4°c vers la glace.
-Dans ce cas, il ne serait pas étonnant que l'eau chaude dans des conditions de refroidissement très rapide puisse geler plus vite que l'eau froide, car on ne passerait pas par la configuration à 4°C.
A méditer . @+

[invite2313209787891133]

Ca m'a l'air un peu tiré par les cheveux quand même...Et surtout ce ne sont que des suppositions, on peut en produire à l'infini ça n'avancera à rien.

[invite88b3ff36]

Les idées avancées sont assez intéressante et je vois que je ne suis pas le seul a me pencher sur le sujet. J'ai pour ma part eu une discution assez interessante (à aller tester en pratique d'ici peu).

Cela est à propos de la composition de l'eau.
Prenons une eau quelconque ni désionisée ni dégazée. Elles est donc composé de différents minéraux a l'état solide et d'ions. Chauffons la, il y a alors plusieurs phénomènes qui vont être observable:

-En fonction de la concentration de cette eau en minéraux et ions, la solubilité va changer avec la empérature (tj en fonctions des composants), elle va augmenter ou diminuer, donc on aura une concentration en précipité solide ou ions différente de l'état initial. Supposons que l'on observe une précipitation , en refroidissant l'eau, le changement d'état n'est pas forcément réversible ou du moins pas a la même vitesse. L'eau chaude aura alors une composition différente qui poruait modifier sa chute de température pour diverses raisons.

-Du même principe, en chauffant l'eau, l'enthropie augmente, il y a une forte agitation moléculaire, des colisions atomiques, des liaisons qui se cassent ou qui se forment. Nous ne somme donc pas sur de la composition de l'eau apres réchauffement.

En sachant que certains ions/minéraux, permettent d'abaisser le point de solidification (NaCl), ou de l'augmenter , la vitesse de solidification de l'eau chaude ne serait plsu la même que celle de l'eau froide du fait du changement de composé.

Il est assez facil de faire l'expérience pour vérifier en utilisant de l'eau distillé, désionisé , dégazé, a forte concentration de tel ou tel minéraux.
Les expérience suivront...


Par contre DuDulle, tu as refroidi ton eau au congélateur? pour avoir autant de temps avant la solidification...Lors de mes expériences sur la surfusion, en plongeant ma solution dans un bac rempli de glaçon à l'azote mélangé a du sel, j'arivais a la solification en 2 minutes...

[invite2313209787891133]

Par contre DuDulle, tu as refroidi ton eau au congélateur? pour avoir autant de temps avant la solidification...Lors de mes expériences sur la surfusion, en plongeant ma solution dans un bac rempli de glaçon à l'azote mélangé a du sel, j'arivais a la solification en 2 minutes...

J'ai placé mes verres dans le bac congélateur en effet. Mon montage était très basique; pour avoir quelque chose de reproductible il faudrait que la sonde soit placée au centre de chaque contenant. Je me suis contenté de la plonger dans le verre.

Sur mes courbes on voit que le pallier n'est pas tout à fait plat; je pense que l'extrémité du thermocouple touchait le bord du verre; lors d'autres essais que j'ai pratiqué j'avais un pallier vraiment plat.

Il serait également intéressant de vérifier si un glaçon formé à base d'eau initialement chaude refroidit la même quantité d'eau à la même température qu'un glaçon formé à base d'eau initialement froide.

[skeptikos]

des suppositions, on peut en produire à l'infini .

Bonjour.
Dudulle, on attend la tienne, encore plus géniale bien sur.
@+

[invite2313209787891133]

Malheureusement mon manque d'imagination chronique ne me permet pas de fabuler aussi bien; je ne suis condamné à ne pouvoir qu'émettre des hypothèses logiques à partir d'observations...Et ces observations sont pour l'instant insuffisantes.

[skeptikos]

Malheureusement mon manque d'imagination chronique ne me permet pas de fabuler aussi bien; je ne suis condamné à ne pouvoir qu'émettre des hypothèses logiques à partir d'observations...Et ces observations sont pour l'instant insuffisantes.

Bonjour.
Je vois. Je crois savoir que déjà de multiples observations ont été faites et relatées. J'en conclut donc que pour toi la critique est aisée mais l'art est difficile.
@+

[invite2313209787891133]

J'aimerai être capable moi aussi de faire des conclusions aussi tranchées à partir de rien ou presque, ce n'est pas donné à tout le monde.

[skeptikos]

des conclusions aussi tranchées à partir de rien ou presque

Puisque Dudulle m'y invite, je vais tacher de donner plus de consistance à ma proposition d'explication.
Je rappelle tout d'abord quelques points généralement admis parce que prouvés.
-Les liaisons hydrogènes de l'eau ont une énergie de formation de l'ordre des énergies mises en jeu dans les fluctuations thermiques de la gamme de température de l'eau liquide 0 - 100°C.
- Pour la glace, une molécule d'eau est liée à 3 autres.
- Pour le liquide une molécule d'eau est liée à 4 autres (4.4 selon certaines sources) et bien sur ce nombre de liaison hydrogène s'abaisse avec l'élévation de température pour devenir quasi nul à l'ébullition et passage en phase vapeur.
- Mais l'énergie nécessaire à la vaporisation prouve que juste avant l'ébullition des liaisons hydrogène subsistaient.
On en conclut donc comme je l'avais supputé que dans l'eau chaude le nombre de liaisons hydrogène peut être le même que celui de la glace, contrairement à celui de l'eau froide (en particulier à 4 °C) qui est plus élevé.
Je me permets donc de conclure que l'eau chaude se trouvant dans une configuration plus proche de celle de la glace peut en cas de refroidissement rapide faire l'économie d'une transition vers des états plus liés et passer plus vite de l'état liquide à l'état solide que l'eau froide qui elle nécessite une étape supplémentaire.
Il est évident que cet effet Mpemba est lié à un problème de cinétique (vitesse de transfert de calories par rapport à la vitesse de réarrangement des molécules pour former le solide par exemple) et doit être abordé sur ses aspects cinétiques.
@+

[invite88b3ff36]

Bonjour à tous,

Je reviens ici après une bonne semaine de réflexion. Pour revenir sur ce que j'avais avancé, je pense que les principales causes de l'effet Mpemba, sont la convection et le changement de composé de l'eau lorsqu'on la chauffe. Sans parler de l'effet de surfusion.

J'ai aussi pas mal réfléchi à propos des liaisons hydrogène. Très intéressant d'ailleurs.
Juste un point à éclairer: cette hypothèse tombe à l'eau si la vitesse de création d'une liaison hydrogène est beaucoup plus rapide que le refroidissement d'une molécule d'eau.. Car dans ce cas, on repasserait par une configuration de molécule d'eau liquide.

En supposant Que cette hypothèse est validée, que les molécules d'eau restent à la même configuratin et ont donc plus tendance a passer sous forme solide, l'explication que je vois qui permettrait d'expliquer le phénomène est que la couche de molécule au contact direct avec le froid serait afecté par se non changement de configuration et gèlerait plus vite, ce qui augmenterait la vitesse de solidification uniquement au moment de la surfusion (a -0) car lorsqu'une eau est en surfusuion, il ne suffit que d'une cristalisation pour que toute sles autres molécules suivent. Ces molécules etant plus apte a cristaliser, la surfusion durerait moins lontemps.

Cependant je ne vois pas en quoi cette théorie pourait afecter la vitesse de refroidissement entre les 70 et 0 degrès.

[skeptikos]

Bonjour.
Je pense au contraire qu'il y a surfusion quand on passe par le stade intermédiaire de 4°c et je crois même avoir lu quelque part qu'en gardant cette configuration l'eau gèlerait alors à moins 40°c.
@+

[invite88b3ff36]

Bonjour à tous

Après ces quelques semaines de vide, je reviens vous faire part des nouvelles.

J'ai commencé a faire les expérience, et rien n'a été concluant. D'un coté, en plaçant l'eau das le congélateur, chaque expérience dure entre 30 min et 1h, ce qui est relativement long d'autant plus si on veut modifier les paramètre initiaux.
L'eau est placé dan sun freezer a -10 degrès.

J'ai donc testé pour une eau froide a 20 degres et une eau chaude a 40/45/50/55/60/70 degrès, aucune de ces expériences n' a marchée.
J'etais bien embété, en paralèlle, j'ai essayé de reproduire les conditions du freezer avec des glaçons a l'azote et un "bol" en cuivre. Mais toujours rien.
J'en étais venu a la conclusion que cet effet etait en fait l'appelation de ce qu'il se passe avec des ereurs de manip

Mais le en réflechissant, je viens de penser que j'avas fait varier la température dite chaude, mais pour ce qui est de la température dite froide, je pourais essayer de la faire varier a 25/30/35 degrès, voir ce que ça donnerais et on pourais retransformer l'effet mpemba en "l'eau chaude gèle avant l'eau tiede".

Qu'en pensez vous? (j'ai déjà passé 16h sur les éxpériences, je reprends demain, je posterais tous mes résultéats d'ici 2 mois pour ceux que a intéresse)

[invite2313209787891133]

Bonjour

Je suis content de voir que tu as continué à expérimenter. De mon coté j'y pense toujours, mais je n'ai pas forcément le temps.

Il est indispensable de toujours faire les essais au moins par paire (un verre d'eau chaude et un d'eau froide) et d'enregistrer les courbes sur les 2 verres, car un freezer ou un congélateur n'a pas une température fixe; d'une expérience à l'autre on ne peut pas comparer les durées.

Pour ma part je commence sérieusement à croire que "l'effet Mpemba" est simplement due à la fusion de la couche de givre sous le verre chaud, ce qui augmente la surface de contact entre le verre et la paroi une fois qu'on atteint 0 °C (sinon le givre ne fond presque pas et fait office d'isolant). L'énergie est cédée plus facilement parce que l'échange par diffusion est amélioré.
Mais avant d'en être certain il faudrait encore faire d'autres essais ciblés.

Après si ça se confirme ce n'est pas pour autant que les auteurs de théories fumeuses et abracadabrantes se remettront en cause, et si ça ne se confirme pas j'aurais au moins cherché...

[skeptikos]

Après si ça se confirme ce n'est pas pour autant que les auteurs de théories fumeuses et abracadabrantes se remettront en cause, et si ça ne se confirme pas j'aurais au moins cherché...

Bonjour.
Avez-vous connaissance de l'article paru dans "La Recherche" n° 413 de novembre 2007 sur ce sujet (avec notes bibliographiques)?
Je pense que cela devrait vous aider à y voir plus clair, à moins que vous ne sachiez tout, mieux que tout le monde.
En toute courtoisie,@+

[invite2313209787891133]

Bonjour.
Avez-vous connaissance de l'article paru dans "La Recherche" n° 413 de novembre 2007 sur ce sujet (avec notes bibliographiques)?
Je pense que cela devrait vous aider à y voir plus clair, à moins que vous ne sachiez tout, mieux que tout le monde.
En toute courtoisie,@+

Non désolé, en revue je ne lis que "Playboy"; ne sachant pas tout mieux que tout le monde j'essaye de me documenter sur mes points faibles...

[invite1f224583]

Bonjour, je suis actuellement en premiere année de prépa scientifique et ce sujet m'intéresse car nous devons nous décider à en choisir un pour les épreuves de TIPE (travaux d'initiatives personnel encadrés).
Ce sujet là a l'air particulièrement intéressant mais j'aurais aimé savoir si il était abordable a mon niveau sachant qu'on a meme pas commencé la thermodynamique (dans deux semaine^^).

[invite2313209787891133]

Bonjour

Ce sujet est abordable, et je dirais même qu'il est formateur pour aborder la démarche scientifique: On fait l'expérience, on émet des théories, on refait des expériences précises pour vérifier ces théories etc.

Par exemple je pense que cet effet pourrait être du à un simple phénomène de conduction amélioré par le contact de la glace au fond du verre; glace qui fond davantage avec le verre initialement chaud.
Une expérience pour le vérifier pourrait consister à placer les verres sur un support isolant en polystyrène expansé (expérience que j'ai faite et refaite depuis mon dernier message, mais je te laisse le soin de découvrir ce qui va se produire).

[invite1f224583]

On a bien choisi l'effet Mpemba, donc on a plus qua réaliser les expériences et trouver la documentation nécessaire... Donc si vous avez des liens ou documents intéressants, n'hésitez pas a me les envoyer! Je viens de feuilleter l'article de "La recherche" qui en parle et qui donne de nombreuses références.
Bon voila tout est dit! au boulot (meme si ce n'est qu'une fois par semaine )

[Tawahi-Kiwi]

Salut a tous,

Je viens de decouvrir l'effet Mpemba en lisant de la litterature generale concernant les proprietes de l'eau. De ce que j'ai compris (ou pas compris), l'effet est encore assez inexplique de maniere simple.

Ma question n'est donc pas sur son explication (j'ai passe un peu de temps a lire ce qui se dit sur le sujet), mais y'a t-il un aspect pratique, voire une exploitation industrielle de ce phenomene ? Au dela du fait experimental, consomme t-on moins d'energie a congeler de cette maniere ?

Merci d'avance pour vos reponses eclairees.

T-K

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Surement pas, puisqu'il faut chauffer (ou même faire bouillir) l'eau avant de la congeler.
Si on veut aller plus vite, un agitateur fera mieux l'affaire et consommera moins d'énergie.
Au revoir.

[Tawahi-Kiwi]

Surement pas, puisqu'il faut chauffer (ou même faire bouillir) l'eau avant de la congeler.

D'apres un article dans le New Scientist (via un lien wiki), l'effet est maximum pour de l'eau a 5 et 35ºC, on est donc loin de l'eau bouillante. Maintenant, je veux bien te croire que ce n'est energetiquement pas suffisant pour rendre le procede interessant.

T-K

[obi76]

D'apres un article dans le New Scientist (via un lien wiki), l'effet est maximum pour de l'eau a 5 et 35ºC, on est donc loin de l'eau bouillante.

Ca ne dépend pas de la géométrie du contenant ?

[Tawahi-Kiwi]

Je sais pas, de ce que j'ai lu, ca a l'air de dependre d'un peu de tout..., theorie valide mais pas top scientifique

[invite41a06739]

Et ces explications ? http://cyberzoide.developpez.com/surfu/mpemba.php3