Pourquoi l’effet MPEMBA se produit-il ?

L’énigme de l’effet Mpemba : pourquoi l’eau chaude gèle plus vite que l’eau froide

L’effet Mpemba, nommé d’après le jeune écolier tanzanien qui l’a découvert, est un phénomène intrigant et contre-intuitif. Il décrit l’observation selon laquelle de l’eau chaude placée dans un congélateur peut geler plus rapidement que de l’eau froide.

Bien que l’effet Mpemba soit connu depuis des décennies, son explication reste un sujet de débat parmi les scientifiques. Plusieurs théories ont été proposées pour expliquer ce phénomène :

1. Évaporation :

Lorsque de l’eau chaude est placée dans le congélateur, elle commence à s’évaporer plus rapidement que l’eau froide. Ce processus élimine une partie de l’eau liquide, ce qui augmente la concentration des ions et des impuretés dans l’eau restante. Ces impuretés peuvent servir de noyaux de cristallisation, facilitant la formation de glace.

2. Gaz dissous :

L’eau froide contient plus de gaz dissous que l’eau chaude. Ces gaz, comme l’oxygène et le dioxyde de carbone, peuvent entraver la formation de cristaux de glace. Lorsque l’eau chaude est congelée, ces gaz s’échappent plus rapidement, réduisant l’interférence avec la cristallisation.

3. Convection :

Dans l’eau chaude, les molécules se déplacent plus rapidement, créant des courants de convection. Ces courants transportent la chaleur vers la surface, favorisant l’évaporation et le refroidissement. En revanche, l’eau froide a une convection plus lente, ce qui entrave le transfert de chaleur.

4. Structure moléculaire :

Certains scientifiques suggèrent que la structure moléculaire de l’eau chaude est différente de celle de l’eau froide. L’eau chaude contient une plus forte proportion de molécules d’« eau de réseau », qui sont des agrégats de molécules d’eau plus ordonnés. Ces molécules d’eau de réseau auraient un point de congélation plus élevé, ce qui favorise la cristallisation plus rapide de l’eau chaude.

Importance de l’effet Mpemba :

L’effet Mpemba a des implications pratiques dans divers domaines :

• Cryoconservation : La compréhension de l’effet Mpemba peut améliorer les techniques de cryoconservation, telles que la congélation d’organes et de tissus pour la transplantation.
• Science alimentaire : La cuisson et la congélation des aliments peuvent être optimisées en tenant compte de l’effet Mpemba.
• Exploration spatiale : Le contrôle de la formation de glace dans les systèmes de refroidissement des vaisseaux spatiaux est essentiel pour la sécurité des missions.

L’effet Mpemba reste un phénomène fascinant qui suscite encore des recherches. En élucidant les mécanismes sous-jacents à cet effet, les scientifiques peuvent faire progresser les connaissances scientifiques et développer de nouvelles applications technologiques.