L'idée que l'eau chaude pourrait geler plus vite que l'eau froide semble totalement contre-intuitive. Pourtant le phénomène a été observé à maintes reprises. On peut donc légitimement se demander quels sont les principes physiques qui mènent à ce résultat.

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Sachez avant tout que ce phénomène étrange porte un nom. Les scientifiques parlent d'effet Mpemba, du nom d'un étudiant tanzanien qui a relaté en avoir fait l'expérience dans les années 1960. Mais il existe des traces d'observation d'une eau chaude qui gèle plus rapidement qu'une eau froide -- violant ainsi apparemment allègrement les lois de la thermodynamique -- jusque dans les écrits d'Aristote. Pourtant, les scientifiques qui s'y intéressent peinent à poser les conditions expérimentales qui permettent de déclencher le phénomène. Et peinent donc à l'étudier sérieusement.

Certains notent d'ailleurs que l'assertion -- « l'eau chaude gèle plus vite que l'eau froide » -- est suffisamment floue pour laisser cours à toutes sortes de fantasmes. En effet, selon la quantité d'énergie consacrée à refroidir l'eau en dessous de son point de solidification, il peut être extrêmement aisé de conclure à la réalité de l'effet Mpemba.

De nombreuses observations rapportent que l’eau chaude est susceptible de geler plus vite que l’eau froide. Les scientifiques cherchent toujours l’explication. © sopradit, Fotolia

Plusieurs hypothèses à l'effet Mpemba

Toutefois, les hypothèses pour expliquer ce phénomène étrange ne manquent pas. La plus simple voudrait que l'évaporation que subit le volume d'eau chaude soit à l'origine d'une réduction de la masse de cette eau versus celle de l'eau froide. Ce qui suffirait à tromper son monde. La piste de la surfusion a aussi été explorée. Ce phénomène permet en effet à l'eau de rester liquide en dessous de 0 °C. L'eau chaude y étant moins sensible, elle pourrait sembler geler plus vite que l'eau froide.

En 2012, la Royal Society of Chemistry (Royaume-Uni) a lancé un concours invitant les chercheurs à se pencher sérieusement sur la question. Le vainqueur, un doctorant croate, conclut que l'effet de convection est l'explication la plus plausible de l'effet Mpemba. Placez un récipient d'eau chaude dans un environnement froid et il se créera en effet des mouvements qui transporteront la chaleur par convection et permettront de refroidir l'eau plus rapidement. D'ailleurs toutes les expériences semblent montrer que l'effet est annulé lorsque l'on agite l'eau régulièrement pendant le refroidissement, coupant court aux mouvements de convection.

Le mystère ne semble pourtant toujours pas entièrement résolu. Pour preuve, des scientifiques continuent de présenter des hypothèses parfois un peu exotiques. Et d'autres avancent même que l'effet Mpemba n'existe pas du tout. Affaire à suivre...