L'eau en ébullition

Faire des pâtes, du riz, du thé ou des légumes vapeur requiert de l'eau en ébullition.               Certaines rumeurs laissent dire que l'eau ne bout pas toujours à 100°C. Nous allons nous intéresser à ces échos et démontrer cette affirmation par deux expériences concrètes et matérielles.

Nous supposons d'abord que la température d'ébullition de l'eau dépend de la pression de l'air. On verra plus tard dans le *Bonus Histoire.                                                                                     

On a imaginé plusieurs expériences pour confronter cette affirmation à l'expérience :

1- Au labo 🧪​: 

Pour notre première expérience, nous allons utiliser une trompe à vide pour diminuer la pression à l'intérieur du erlenmeyer

Matériel :

Nous avons besoin :

Erlenmeyer- Thermomètre- Trompe à vide- Robinet- Bain marie- Bouchon à trou- Eau (environ 20°C)

Protocole📋​ : 

-Remplir le bain marie au 3/4. 

-Remplir le erlenmeyer d'eau à 1/3. 

-Relier la trompe à vide au erlenmeyer depuis le robinet (schéma). 

-Placer le erlenmeyer dans le bain marie. 

-Faire chauffer le bain marie et ouvrir le robinet. 

-Relever la température au moment de l'ébullition afin de déterminer à partir de quelle température l'eau bout elle sous basse pression.

Résultats /conclusion :

On relève la température lorsque l'eau bout : 45°C.                                                                                                                                                          On sait maintenant que l'eau sous basse pression bout à environ 45°C. 

Suite à cette expérience, on peut déjà confirmer notre hypothèse qui est que l'eau ne bout pas toujours à 100°C !

2- Au Pic du Midi :

 Pourquoi le Pic du Midi ?  

Lors de la sortie au Pic du Midi le 01/04 , nous relèverons une nouvelle fois la température de l'eau en ébullition à basse pression. Mais cette fois-ci, nous réitèrerons l'expérience dans des conditions réelles !                                                                                                                         La sortie au Pic du Midi est une occasion idéale pour réaliser l'expérience au vu du fait que c'est un pic à haute altitude, la pression y est donc plus basse.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

En altitude, la pression diminue, car plus on s'élève, moins il y a d'air et donc, moins le poids est grand. On voit sur les schémas ci-dessous : 

La sortie étant annulée, on cherche donc avec plusieurs graphiques sur la température d'ébullition de l'eau en fonction de la pression (en hPa), ci-dessous et la pression en fonction de l'altitude (ci-dessus) :

On sait que le pic du Midi a une altitude maximale d'environ 3000m. De par le graphique 1, on sait que à 3000m, la pression est d'environ 690 hPa (hectopascal).                                                                                                                                                                                                                 

Sur le graphique 2, la température d'ébullition qui correspond à 690 hPa est d'environ 88°C.                                                                                 On en déduit donc qu'au Pic du Midi, l'eau serait entrée en ébullition à 88°C.

Tout autre pic plus haut (ou plus bas) aurait influé sur la T° d'ébullition. On voit qu'il y a une corrélation négative ; plus l'altitude est élevée, plus la T° d'ébullition est basse.

*Bonus histoire :

La température d'ébullition de l'eau dépend de la pression de l'air. Mais qui a réellement fait cette découverte ?

En réalité, aucun scientifique seul n'a fait cette découverte, cela s'est déroulé tout au long du XIXe siècle.                                                            Le principal scientifique associé est Emile Clapeyron (1799-1864) qui va en 1834 faire une "connexion" entre la température des changements d'état et la pression (l'ébullition est donc comprise), il va établir "l'équation de Clapeyron" :

La formule de Clapeyron va donner la pente des courbes (ci-dessous). Ces courbes représentent les domaines d'existence des changements d'états. On observe que tous les états se croisent en 1 point ; le point triple.

La formule de Clapeyron étant très compliquée, elle a été "simplifiée" par Rudolf Clausius en 1850 :

Le diagramme de phases traite de nombreuses questions (par exemple la cohabitation des différents états ; point triple). ces parmi toutes ces données qu'on a pu établir un corrélation entre la température d'ébullition et la pression.

Conclusion :

Pour finir, après avoir effectué plusieurs expériences et recherches historiques, nous avons pu établir un lien entre la température d'ébullition de l'eau et la pression atmosphérique. Nous pouvons donc confirmer notre hypothèse initiale et conclure que la T° d'ébullition de l'eau dépend de deux facteurs importants qui sont ; la chaleur mais aussi la pression atmosphérique !