Faire bouillir sans chauffer

Faire bouillir sans chauffer
ULB – Faculté des Sciences – Département de Physique
Vanden Broeck Grégory, Tarfi Otman
Introduction
Comprendre l’ébullition de l’eau va nous permettre de comprendre la cuisson de certains aliments. De nos jours, nous
cuisons beaucoup nos aliments à l’eau (liquide) ou à la vapeur.
L’eau sous ses différentes formes
L’eau peut se trouver sous 3 états de la matière : liquide, solide (glace) ou gaz. Ce qui détermine l’état de celle-ci est la
température et la pression de l’environnement dans lequel l’eau se trouve. Lorsque l’on passe d’un état de la matière à un
autre, on dit qu’il y a transition de phase. Par exemple, la transition de phase qui permet de rendre un liquide gazeux
s’appelle l’évaporation. Pour pouvoir transiter de matière, il nous faut de l’énergie. L’énergie d’évaporation est donc
l’énergie nécessaire pour pouvoir permettre l’évaporation. On apporte cette énergie en chauffant par exemple. Car la
température nous dit à quel niveau d’énergie nous sommes. Plus la température est élevée, plus les molécules sont
agitées et font des collisions entre elles. Donc l’énergie qui est fournie par la hausse de température est provoquée par la
hausse de l’énergie cinétique des molécules.
Cependant, un corps présente plusieurs états à la fois. Si on remplit une bouteille d’eau (pure) et si on la ferme
hermétiquement, après un certain temps, lorsque l‘équilibre est atteint, l’eau sera certes liquide mais, au-dessus de ce
liquide, règnera de la vapeur d’eau. Celle-ci provoque ainsi une certaine pression sur la bouteille. C’est ce qu’on appelle la
pression de vapeur saturante. Qu’est ce qui fait que la pression de vapeur est haute ou pas ? Cela dépend de la cohésion
entres particules qui maintient une grande partie du corps sous forme liquide. Cette cohésion est du à :
1. La nature de la substance. Dans chaque corps, il y a des interactions intramoléculaires qui font que les molécules
se maintiennent entre elles. Par exemple, il y a moins d’interactions dans l’alcool que dans l’eau. La pression de
vapeur saturante de l’alcool est donc plus élevée que celle de l’eau. On dit que l’alcool est plus volatil que l’eau.
2. La température : Plus la température du liquide est haute, plus la pression de vapeur saturante le sera aussi.
Ainsi, les particules seront davantage agitées et donc forcément la cohésion entre celles-ci sera moindre.
Ce qui empêche les molécules d’eau liquide de passer à l’état gazeux est la pression extérieure qui règne au-dessus du
liquide. On peut voir la force de pression de vapeur saturante (pour simplifier) comme une force dirigée vers le haut et la
force de pression extérieure comme une force dirigée vers le bas. Lorsque les deux pressions sont égales, nous sommes
dans le phénomène que l’on appelle l’ébullition. Des bulles d’air naissent dans le liquide.
L’ébullition de l’eau
Dans notre vie quotidienne, on observe que l’eau bout à 100 °C. Mais ceci se produit seulement parce que la pression
extérieure correspond à la pression atmosphérique normale (1 atm). Si la pression extérieure est plus basse que celle-ci,
la température d’ébullition sera plus basse. En effet, la pression extérieure étant plus faible, la pression de vapeur devra
atteindre une plus petite valeur pour atteindre l’ébullition. Et qui dit pression de vapeur plus basse, dit température plus
basse. Donc oui ! L’eau peut bouillir malgré qu’elle soit froide.
Printemps des Sciences 2016 – Bruxelles
Comme l’eau devient gazeuse à une certaine température, la température maximale que celle-ci atteindra sera lorsqu’elle
bout. Mais attention ! La vapeur d’eau peut être bien plus haute.
En sachant ceci, on peut comprendre comment fonctionne une cocotte-minute : En fermant le couvercle tout au début, la
pression dans la cocotte-minute est la pression atmosphérique. Cependant, avec le temps, il y aura une bonne partie de
l’eau qui sera sous forme vapeur. Celle-ci va exercer une certaine pression. Donc la pression dans la cocotte sera la
pression atmosphérique plus la pression exercée par la vapeur au-dessus du liquide. Comme celle-ci est supérieure à la
pression atmosphérique, l’eau atteindra une température au-dessus de 100 °C. Les aliments cuiront donc plus
rapidement. C’est la raison pour laquelle il est plus difficile de cuire des aliments lorsque nous sommes en montagne car
la pression atmosphérique est très basse.
Applications
• Pourquoi mettons-nous du sel dans l’eau de cuisson de nos pâtes. Si certains pensent que c’est uniquement pour
donner de goût, ils se trompent ! En ajoutant du sel, on ajoute des molécules polaires (NaCl) qui vont interagir avec les
molécules (le soluté stabilise le solvant). Il y aura plus de cohésion entre les particules et donc la pression de vapeur
saturante va baisser. Cela se traduira par une hausse de la température d’ébullition. C’est ce qu’on appelle l’élévation du
point d’ébullition. Nous serons dans une eau à quelques degrés plus hauts que 100 °C.
• Une autre application intéressante est de déterminer le degré d’alcool d’un vin. Les deux substances contenues dans
celui-ci qui nous intéressent sont l’eau et l’éthanol (la substance qui se trouve dans les boissons alcoolisées). L’éthanol
est plus volatil que l’eau. De ce fait, l’éthanol bout avant l’eau. Si on chauffe deux vins dans les mêmes conditions, le
premier qui sera en ébullition sera donc celui qui a un degré d’alcool le plus élevé.
Conclusion
Tous ces concepts seront illustrés par diverse expériences :

Faire bouillir avec de l’eau froide : Nous chauffons un matras contenant de l’eau jusqu’à ébullition. Ensuite nous
bouchons le matras. Aussitôt, nous le retournons et nous versons de l’eau froide sur la paroi du matras. L’eau va
bouillir à cause de la baisse de pression.

Faire bouillir avec la pression : A l’aide d’une cloche et d’une pompe à vide, nous allons faire bouillir de l’eau, de
l’eau salée, de l’huile de friture et du vin sans utiliser la moindre source de chaleur. Juste en diminuant la
pression sous la cloche à vide.

Calculer le taux d’alcool d’un vin : Nous faisons bouillir de l’eau et du vin séparément. Ensuite nous notons leur
température d’ébullition. Et nous nous rapportons à un disque ébulliométrique pour trouver le degré d’alcool du
vin.

Faire bouillir de l’huile : Nous allons comparer l’ébullition de l’huile et de l’eau pour montrer que la température
d’ébullition de l’huile est plus élevée que celle de l’eau.
Printemps des Sciences 2016 – Bruxelles
UNIVERSITÉ LIBRE DE BRUXELLES - FACULTÉ DES SCIENCES
Faire bouillir sans chauffer
DÉPARTEMENT DE PHYSIQUE
Grégory VANDEN BROECK, Otman TARFI
« Bouillir sans chauffer ! » Etrange non ?
Normalement, il faut de la CHALEUR.
Cependant, bouillir est possible SANS UTILISER la moindre
source de chaleur.
Mais que signifie « BOUILLIR » ?
L’eau bout à 100°C . VRAI ou FAUX ?
Réponse :
VRAI : Nous l’avons tous appris à l’école mais cela
n’est valable que dans certaines conditions.
FAUX : Il y a plusieurs températures d’ébullition de l’eau.
ln
=
Explication :
La
température
d’ébullition
dépend
fortement de la PRESSION. Un diagramme
Pression-Température permet de visualiser
cela. Voici celui de l’eau
Quelques observations du graphique :
• Pression augmente  Température
d’ébullition augmente.
• L’eau bout à 100°C à 1 atm.
• Point triple = point pour lequel l’eau
est à l’état solide, liquide et gazeux.
−
Pression (atm)
1
∆
−
1
−
é
LIQUIDE
SOLIDE
GAZ
Un peu de réflexion !!!
« À quel endroit est-il plus
rapide de cuire un œuf ?
À la montagne ou à la mer ? »
Point triple
Indice : la pression en haut du Mont Everest
est d’environ 0,3 atm.
Température ( °
C)
0
© Toute reproduction, même partielle, doit indiquer clairement le nom de tous les auteurs, le nom du Département,
ainsi que la mention « Printemps des Sciences 2016 – Exposition des Sciences – Bruxelles »
1
100
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Faire bouillir sans chauffer
DÉPARTEMENT DE PHYSIQUE
Grégory VANDEN BROECK, Otman TARFI
La Cocotte-minute
L’autocuiseur, couramment appelé « Cocotte-minute », est
l’ustensile le plus simple pour comprendre comment cuire un
aliment en manipulant la pression.
Principe :
° ′
Encore un peu de réflexion !!!
« Pourquoi les alpinistes utilisent-ils la
cocotte-minute pour cuire leur repas ? »
Température d’ébullition et taux d’alcool : Quelle relation ?
Il est possible de mesurer la taux d’alcool d’un vin en le
portant à ébullition.
Etapes : 1) Mesurer la température d’ébullition de l’eau
2) Mesurer la température d’ébullition du vin
3) Manipuler le disque ébulliométrique
Source des images
Toutes les images figurant dans ces posters proviennent de Google Images.
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