Questions - Réponses

Sciences

Bonjour, pourquoi une boisson gazeuse (liquide) fraîchement sortie de congélateur se solidifie immédiatement dès qu'on ouvre la bouteille?

Didier Perret

Réponse de Didier Perret

Docteur

Section de chimie et biochimie
Université de Genève

Ce "tour de magie" est un grand classique pour impressionner son entourage. S’il s’agissait de magie, nous ne révélerions pas le truc, mais comme il s’agit de science, voici les explications: dans cette expérience, qui peut impliquer de l’eau du robinet ou de l’eau gazeuse ou un soda, tout est question d’énergie!

Lorsqu’on place une bouteille (en plastique, pour éviter toute déconvenue!) contenant de l’eau dans un congélateur (dont la température est inférieure à 0°C, la température de fusion – ou température de solidification – de l’eau liquide en eau solide, c’est-à-dire en glace), cette eau va naturellement se refroidir lentement, sans subir de chocs ou de mouvements.

Lors de ce lent refroidissement, les molécules d’eau vont lentement s’ordonner l’une par rapport à l’autre, en ralentissant leurs mouvements, dans le but de former de la glace, éventuellement mais pas nécessairement sous forme de cristaux parfaitement ordonnés (voir les détails dans une réponse donnée sur RTS Découverte: https://www.rts.ch/decouverte/sciences-et-environnement/maths-physique-chimie/9640734-comment-se-transforme-leau-h2o-en-solide.html). En procédant de la sorte, les molécules d’eau qui s’ordonnent perdent donc de l’énergie pour se stabiliser et se solidifier. Si on attend suffisamment lentement, on récupère une bouteille contenant de l’eau entièrement gelée.

Cependant, si un peu avant que l’eau ne se soit solidifiée (il faut vérifier de temps en temps en ouvrant rapidement la porte du congélateur), on extrait précautionneusement la bouteille du congélateur, on sera en présence d’une "phase en surfusion": l’eau devrait s’être solidifiée parce que la température du congélateur est inférieure à 0°C, mais elle reste liquide (en "surfusion") car elle n’a pas encore perdu suffisamment d’énergie. A ce moment, si on frappe fortement la bouteille sur une surface, le choc brutal va agir comme "démarreur" ou "accélérateur" de la cristallisation, et l’eau liquide va rapidement se transformer en glace grâce à ce petit coup de pouce. Le phénomène est spectaculaire!

Si on étudie attentivement la transformation, on peut éventuellement constater que l’eau qui n’est pas encore solidifiée se réchauffe très légèrement: c’est normal, puisqu’on a vu plus haut que l’eau liquide qui gèle perd de l’énergie, et que cette énergie ne peut être perdue qu’au profit de l’environnement proche, c’est-à-dire au bénéfice des molécules d’eau encore sous forme liquide. Puisque l’eau qui gèle réchauffe très légèrement l’eau qui n’est pas encore gelée, il y a de fortes chances que cette eau pas encore gelée ne puisse pas se solidifier, car elle sera "trop chaude"; c’est la raison pour laquelle le phénomène conduit généralement à la solidification d’une partie seulement de l’eau liquide.

Mais attention: il faut tout de même un sacré tour de mains pour que l’expérience se réalise avec succès à tous les coups, et il vaut mieux faire quelques tests préliminaires si l’on veut impressionner l’entourage!

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