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Quand les premières bulles se forment-elles ?
13/03/2006
Résumé
Ebullition, apparition des premières bulles, dégazage.
Table des matières
Quand les premières bulles se forment-elles ?
Si vous chauffez une casserole jusqu'à ébullition, quand les premières bulles se formeront-elles ? Cela se passera-t-il lorsque la température d'ébullition de l'eau à la pression régnant dans la pièce sera atteinte ?
La réponse :
Si l'on chauffe de l'eau dans une casserole, on constate que les premières bulles commencent à se former avant que l'eau ne commence "véritablement à bouillir" ? Que se passe-t-il ?
Ebullition et dégazage
Pour mieux comprendre ce qui se passe, faisons l'expérience suivante : remplissons un verre d'eau du robinet, et attendons une heure en laissant le verre d'eau au repos à température ambiante.
 Figure 1. |  Figure 2. |
A gauche, le verre que l'on vient de remplir, à droite, le verre au bout d'une heure |
Au bout d'une heure, les parois du verre se sont couvertes de petites bulles.
Clairement, il ne s'agit pas d'ébullition, mais de quoi s'agit-il ?
Ce qui se produit plus haut est une forme de "dégazage", c'est-à-dire que les bulles que l'on voit se former ne sont pas de la vapeur d'eau : ce sont des bulles de gaz qui étaient auparavant présents, sous forme dissoute, dans l'eau.
L'ébullition (c'est-à-dire la formation de bulles de vapeur d'eau dans le récipient), elle, se produit normalement quand la température de l'eau atteint la "température d'ébullition de l'eau", soit 100°C à la pression atmosphérique.
Explications
Quand le dégazage se produit-il ?
L'eau contient en solution des gaz dissouts. C'est grâce, en particulier, à l'oxygène dissout dans l'eau que les poissons peuvent respirer. La solubilité de ces gaz dans l'eau diminue avec la température : lorsqu'on chauffe une casserole, ces gaz repassent peu à peu sous forme gazeuse, d'où l'apparition de bulles avant d'arriver à la température d'ébullition de l'eau.
A titre d'exemple, à 5°C, la solubilité de l'oxygène dans l'eau est de 13 mg/L environ, à 10°C elle est de 11 mg/L, à 50°C, elle est de 5,5 mg/L, et à 80°C, de 2,8 mg/L. On voit donc que, pour une eau initialement à une dizaine de degrés celsius la moitié de l'oxygène dissout a déjà disparu lorsqu'on atteint 50°C, soit bien avant l'ébullition de l'eau.
Si on fait bouillir de l'eau, faisant ainsi disparaître les gaz dissouts, et qu'on la refroidit avant de la refaire bouillir, l'apparition des premières bulles est retardée, pour peu que l'on n'ait pas attendu trop longtemps entre les deux opérations et que l'on n'ait pas non plus agité l'eau. L'agitation, en effet, accélèrerait la dissolution de gaz dans l'eau bouillie refroidie.
certaines espèces de poissons vivent dans des eaux calmes et relativement chaudes, tandis que d'autres, comme les saumons, recherchent les torrents de montagne : ces derniers ont besoin de plus d'oxygène que les premiers, que seule une eau suffisamment froide et agitée leur permet d'obtenir. Si l'eau des rivières devient trop chaude, les poissons peuvent mourir asphyxiés...
Ebullition
La température d'ébullition est définie comme la température pour laquelle la pression de vapeur saturante, qui augmente avec la température, devient identique à la pression atmosphérique.
Par définition, la pression de vapeur saturante est la pression à laquelle la vapeur d'eau est en équilibre avec l'eau liquide. Tant que la température est inférieure à la température d'ébullition, la pression atmosphérique est supérieure à la pression de vapeur saturante, donc à la pression pour laquelle les deux phases de l'eau : vapeur d'eau et eau liquide peuvent coexister en équilibre. Une hypothétique bulle de vapeur d'eau au sein du liquide serait donc automatiquement retransformée en liquide. Ce n'est que lorsque la température d'ébullition de l'eau est atteinte qu'une bulle de vapeur d'eau peut exister durablement au sein du liquide... Voilà donc pourquoi l'égalité de la pression de vapeur saturante et de la pression atmosphérique correspond à la température d'ébullition.
la température d'ébullition Teb étant définie par l'égalité de la pression de vapeur saturante Psat(T), fonction croissante de T, avec la pression atmopshérique, Teb décroît lorsque la pression atomsphérique diminue. C'est ainsi, qu'en altitude, l'ébullition se fait plus rapidement.
C'est aussi pour cela que faire cuire des aliments sous pression (dans une cocotte-minute, par exemple), permet de les cuire à température plus élevée, donc plus rapidement. A une atmosphère, l'eau liquide ne peut dépasser 100°C (sauf phénomène apparenté à la surfusion), puisqu'au-delà de cette température l'eau est transformée en vapeur, mais si la pression est supérieure à celle-ci, il devient alors possible d'obtenir de l'eau liquide au-delà de 100°C.
Pour citer cet article :
Quand les premières bulles se forment-elles ?, Gabrielle Bonnet, mars 2006. CultureSciences Physique - ISSN 2554-876X, https://culturesciencesphysique.ens-lyon.fr/ressource/QSebul.xml
