La glace flotte. Presque rien d’autre ne fait cela.
Presque n’importe quelle substance, quand on la refroidit, se contracte, devient plus dense, et sa forme solide coule dans sa forme liquide. Il y a quelques exceptions — le silicium, le bismuth, le gallium — mais elles sont rares.
L’eau en est une, et c’est une exception aux conséquences énormes.
L’anomalie
En refroidissant, l’eau se contracte comme les autres — jusqu’à un certain point.
Puis, un peu au-dessus de zéro, vers quatre degrés (3,98 °C exactement), elle recommence à se dilater. C’est là que l’eau douce est la plus dense.1
Si l’on continue de la refroidir, elle gèle, et la glace prend plus de place que l’eau qui l’a formée — environ un dixième en plus. C’est pour cela qu’une bouteille pleine éclate au congélateur.2
Résultat : la glace est moins dense que l’eau liquide. Elle flotte.
On le sait par une mesure facile à refaire. On prend une quantité d’eau, on mesure son volume avec précision à différentes températures, et on trace la courbe : le volume diminue quand on refroidit, passe par un minimum vers quatre degrés, puis remonte. Un thermomètre et un récipient gradué suffisent. Le Genevois Jean-André Deluc l’avait remarqué ; l’Écossais Thomas Charles Hope l’a établi en 1805.3
Un mot sur une formule qu’on rencontre souvent : l’eau n’est pas magique. Le mot ferme la question au lieu de l’ouvrir, alors qu’il y a un mécanisme, et que cette page l’expose. Ces propriétés ne sont pas là pour rendre la vie possible : c’est l’inverse, la vie s’est développée dans un monde où l’eau se comporte ainsi, et elle en a tiré parti.
Pourquoi
Ce comportement a une explication, et elle ne demande pas de formule magique.
Les molécules d’eau s’attirent les unes les autres, et elles s’attirent d’une façon particulière : chacune a des endroits précis où elle peut s’accrocher à ses voisines, un peu comme une pièce de puzzle.
Dans l’eau liquide, les molécules bougent tout le temps, s’accrochent, se lâchent, se réaccrochent : elles sont serrées, en désordre.
Dans la glace, elles s’immobilisent, et chacune s’accroche à ses voisines dans toutes les directions qu’elle peut. Cela forme un réseau régulier — et ce réseau laisse des vides, comme un échafaudage. Bien rangé, l’ensemble prend plus de place qu’en désordre.4
Rien de plus. Pas de magie : une forme de molécule, et une façon de s’accrocher.
Ce que cela change
Un lac gèle par le haut.
En automne, l’eau de surface se refroidit, devient plus dense, et coule. Cela continue jusqu’à ce que tout le lac soit vers quatre degrés. Puis l’eau de surface, en se refroidissant encore, devient moins dense : elle reste en haut, et c’est là qu’elle gèle. La couche de glace isole ce qu’il y a dessous, et l’eau du fond reste liquide, vers quatre degrés. Les êtres qui y vivent passent l’hiver.5
Si la glace coulait, elle s’accumulerait au fond, où presque rien ne la ferait fondre. Il est probable que les lacs des régions froides géleraient depuis le bas, et ne dégéleraient jamais complètement.
Une précision, parce que le périmètre compte : ce raisonnement vaut pour l’eau douce. L’eau de mer, à cause du sel, n’a pas ce maximum de densité à quatre degrés — elle continue de se densifier jusqu’à ce qu’elle gèle, vers moins deux. La glace de mer flotte quand même, parce que la glace est toujours moins dense que l’eau. Mais la mer ne se comporte pas exactement comme le lac.6
Les autres propriétés de l’eau
Cette façon qu’ont les molécules d’eau de s’accrocher entre elles n’explique pas seulement la glace qui flotte. Elle explique presque tout ce que fait l’eau, et c’est un cas rare où une seule cause rend compte d’une longue liste d’effets.
- L’eau dissout énormément de choses. Chaque molécule d’eau a un côté légèrement positif et un côté légèrement négatif — on dit qu’elle est polaire —, ce qui lui permet d’entourer et de séparer les particules d’un grand nombre de substances. On l’appelle pour cette raison le solvant universel, ce qui est excessif : elle ne dissout ni les huiles ni les graisses, qui ne sont pas polaires. C’est pourquoi une vinaigrette se sépare toujours.
- L’eau chauffe et refroidit lentement. Il faut beaucoup d’énergie pour élever sa température, parce qu’une partie sert d’abord à défaire les liaisons entre molécules. Conséquence : les océans mettent longtemps à se réchauffer et longtemps à se refroidir, ce qui adoucit le climat des côtes et retarde les saisons en bord de mer.
- L’eau s’évapore en emportant de la chaleur. Les molécules qui partent sont les plus rapides ; celles qui restent sont donc plus froides. C’est le principe de la transpiration, et la raison pour laquelle sortir mouillé d’une piscine donne froid même en plein soleil.
- Sa surface se comporte comme une peau tendue. Les molécules du dessus sont attirées par deux fois moins de voisines que les autres, et la surface se resserre le plus possible. Cette tension superficielle permet à certains insectes de marcher sur l’eau et arrondit les gouttes.
- L’eau monte toute seule dans un tube fin. Elle s’accroche aux parois — c’est l’adhésion — et chaque molécule tire celle qui la suit — c’est la cohésion. Ensemble, les deux produisent la capillarité.7
C’est ce qui permet à la sève d’atteindre le sommet d’un arbre sans aucune pompe. La capillarité seule n’y suffirait pas ; ce qui tire vraiment, c’est l’évaporation par les feuilles. Chaque molécule qui s’échappe d’une feuille tire la suivante, et la colonne d’eau remonte d’un seul tenant depuis les racines, parfois sur cent mètres.
Une même particularité moléculaire, six conséquences sans rapport apparent. C’est le genre de recoupement qui donne confiance dans une explication : elle ne rend pas compte d’un seul fait, mais de beaucoup à la fois.
Un cas où les chercheurs ne sont pas d’accord
Une affirmation circule beaucoup : de l’eau chaude gèlerait parfois plus vite que de l’eau froide. On l’appelle l’effet Mpemba, du nom d’un élève tanzanien qui l’a soumis à un universitaire de passage, avec qui il l’a publié en 1969 — mais la question est bien plus ancienne : on la trouve déjà chez Aristote.8
Des chercheurs ont testé cela à de nombreuses reprises, et ils ne sont pas d’accord entre eux.
Une équipe a refait l’expérience dans des conditions soigneusement contrôlées, examiné les données publiées avant elle, et conclu — « avec une certaine tristesse », écrivent les auteurs — qu’aucune observation convaincante ne soutient cet effet. Ils remarquent au passage que la question, posée ainsi, est vague et imprécise : on peut toujours faire refroidir de l’eau chaude plus vite, en lui fournissant plus d’énergie.9
Un autre chercheur leur a répondu qu’ils s’étaient trompés de question : l’effet Mpemba ne porte pas sur la vitesse de refroidissement, mais sur le moment où l’eau gèle. Ce ne sont pas les mêmes mesures.10
Un détail de l’expérience de la première équipe explique pourquoi ce désaccord dure depuis si longtemps. Elle a constaté que le résultat dépendait de l’endroit où elle plaçait le thermomètre : un écart d’un centimètre en hauteur pouvait suffire à faire croire, à tort, à l’effet Mpemba.11
La raison est simple et profonde. Dans une tasse qui refroidit vite, l’eau n’a pas la même température partout. Parler de « la » température du verre n’a alors qu’un sens approximatif — et c’est précisément ce qu’on essaie de mesurer.12
Quand une grandeur n’a pas de valeur unique, deux équipes soigneuses peuvent obtenir deux résultats différents sans qu’aucune se soit trompée.
On reconnaît la question : que mesure ce chiffre, exactement ?
La bonne réponse à donner ici n’est donc ni oui ni non. C’est : les chercheurs ne sont pas d’accord, et voici sur quoi. De tels exemples sont rares, et ils sont précieux.
La formule des auteurs mérite d’être relevée : « avec une certaine tristesse ». Ils auraient préféré que ce soit vrai. Cela ne les a pas empêchés de publier le contraire.
Ce que ce site a déjà établi sur l’eau
Les trois faits qui suivent sont établis, avec leurs sources, dans les entrées 1.7, 7.10 et 9.9.
Sur Vénus, sous une pression quatre-vingt-dix fois supérieure à la nôtre et à plus de quatre cents degrés, il n’y a pas d’eau liquide : seulement des traces de vapeur (1.7). Ce n’est pas la substance seule qui décide : ce sont les conditions.
L’eau circule : notre page sur le cycle de l’eau (7.10) explique que la quantité totale d’eau sur Terre ne diminue pas. Mais elle explique aussi qu’à un endroit donné — une nappe, une rivière — il peut en rester bien moins qu’avant. « Manquer d’eau » parle de l’endroit, pas de la planète.
Irriguer sans drainer abîme la terre : notre page sur la maîtrise de l’eau (9.9) raconte la salinisation, les techniques anciennes qui l’évitaient, et une attribution jamais démontrée.
Note 1
The density of pure water occurring at 3.98 °C, which is 1.0000 g cm-3, or 1000 kg m-3. Water when cooled down contracts normally until the temperature is 3.98 °C, after which it expands.
Densité de l’eau pure atteinte à 3,98 °C, qui est de 1,0000 g cm-3, soit 1 000 kg m-3. L’eau qu’on refroidit se contracte normalement jusqu’à 3,98 °C, après quoi elle se dilate.
Observatoire de Paris, « Maximum density of water », An Etymological Dictionary of Astronomy and Astrophysics (anglais-français-persan)
This means that below 3.98 °C cooling results in the water molecules spacing out and both the liquid and the solid water below this temperature expand.
Cela signifie qu’au-dessous de 3,98 °C le refroidissement écarte les molécules d’eau les unes des autres, et que l’eau liquide comme l’eau solide se dilatent au-dessous de cette température.
The Open University, « 3.2 The density of fresh water and seawater », The oceans, OpenLearn
Note 2
Upon freezing, the density of ice decreases by about 9 percent.
Au moment de la congélation, la densité de la glace diminue d’environ 9 %.
U.S. Geological Survey, « Water Density », Water Science School
Note 3
Deluc discovered that water attains its maximum density at 39° F (4° C)
Deluc découvrit que l’eau atteint sa densité maximale à 39 °F (4 °C)
Encyclopaedia Britannica, « Jean-André Deluc »
the first to determine, in 1805, that water has its greatest density at about 39.5 degrees F
le premier à établir, en 1805, que l’eau atteint sa plus grande densité vers 39,5 degrés Fahrenheit
Linda Hall Library, « Thomas Charles Hope », Scientist of the Day
Note 4
Ice has a very different structure than liquid water in that the molecules align themselves in a regular lattice rather than more randomly as in the liquid form. The lattice arrangement allows water molecules to be more spread out than in a liquid, and, thus, ice is less dense than water.
La glace a une structure très différente de celle de l’eau liquide : les molécules s’y alignent en un réseau régulier, au lieu d’être disposées plus au hasard comme dans le liquide. Cet arrangement en réseau permet aux molécules d’eau d’être plus espacées que dans un liquide ; la glace est donc moins dense que l’eau.
U.S. Geological Survey, « Water Density », Water Science School
Note 5
In wintertime, the surface of lakes found in many northern regions is frozen. However, the water under the ice is slightly warmer, and the water at the bottom of the lake is warmer yet at 4 °C to 5 °C (39.2 °F to 41 °F). […] As air temperatures drop in the fall, the temperature of the lake water cools to 4 °C; therefore, this causes fall turnover as the heavy cold water sinks and displaces the water at the bottom.
En hiver, la surface des lacs de nombreuses régions septentrionales est gelée. Cependant, l’eau sous la glace est un peu plus chaude, et l’eau du fond du lac l’est encore davantage, à 4-5 °C (39,2-41 °F). […] Quand la température de l’air baisse à l’automne, l’eau du lac se refroidit jusqu’à 4 °C, ce qui provoque le retournement d’automne : l’eau froide et lourde coule et déplace l’eau du fond.
Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, section 44.2 « Biogeography »
In lakes and ponds, ice will form on the water's surface creating an insulating barrier that protects the animals and plant life in the pond from freezing.
Dans les lacs et les étangs, la glace se forme à la surface de l’eau et crée une barrière isolante qui protège de la congélation les animaux et les plantes de l’étang.
Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, section 2.2 « Water »
Note 6
Sea ice forms more slowly than freshwater ice for two main reasons. First, the freezing temperature of salt water is lower than freshwater; ocean temperatures must reach -1.8°C (28.8°F) to freeze. Secondly, in contrast to fresh water, the salt in ocean water causes the density of the water to increase as it nears the freezing point.
La glace de mer se forme plus lentement que la glace d’eau douce, pour deux raisons principales. D’abord, la température de congélation de l’eau salée est plus basse que celle de l’eau douce : l’océan doit atteindre −1,8 °C (28,8 °F) pour geler. Ensuite, contrairement à l’eau douce, le sel de l’eau de mer fait augmenter la densité de l’eau à mesure qu’elle approche du point de congélation.
National Snow and Ice Data Center, « Science of Sea Ice », rubrique Sea Ice, NSIDC
Note 7
While there is no net charge to a water molecule, water's polarity creates a slightly positive charge on hydrogen and a slightly negative charge on oxygen, contributing to water’s properties of attraction.
Bien qu’une molécule d’eau n’ait pas de charge globale, la polarité de l’eau crée une charge légèrement positive sur l’hydrogène et une charge légèrement négative sur l’oxygène, ce qui contribue aux propriétés d’attraction de l’eau.
Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, chapitre « Water »
In contrast, nonpolar molecules such as oils and fats do not interact well with water, as Figure 2.13 shows. A good example of this is vinegar and oil salad dressing (an acidic water solution).
À l’inverse, les molécules non polaires comme les huiles et les graisses interagissent mal avec l’eau, comme le montre la figure 2.13. La vinaigrette à l’huile et au vinaigre (une solution aqueuse acide) en est un bon exemple.
Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, chapitre « Water »
Water’s high heat capacity is a property that hydrogen bonding among water molecules causes. Water has the highest specific heat capacity of any common liquid. […] It therefore takes water a long time to heat and a long time to cool. In fact, water's specific heat capacity is about five times more than that of sand. This explains why the land cools faster than the sea.
La forte capacité thermique de l’eau est une propriété due aux liaisons hydrogène entre ses molécules. L’eau a la capacité thermique massique la plus élevée de tous les liquides courants. […] Il faut donc longtemps pour chauffer l’eau et longtemps pour la refroidir. En fait, la capacité thermique massique de l’eau est environ cinq fois celle du sable. C’est pourquoi la terre se refroidit plus vite que la mer.
Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, chapitre « Water »
Even when below its boiling point, water’s individual molecules acquire enough energy from other water molecules such that some surface water molecules can escape and vaporize: we call this process evaporation. […] As the water evaporates, energy is taken up by the process, cooling the environment where the evaporation is taking place.
Même en dessous de son point d’ébullition, des molécules d’eau reçoivent assez d’énergie des autres molécules pour que certaines molécules de surface puissent s’échapper et se vaporiser : on appelle cela l’évaporation. […] Quand l’eau s’évapore, le processus absorbe de l’énergie, ce qui refroidit le milieu où a lieu l’évaporation.
Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, chapitre « Water »
However, the molecules on the surface of a liquid are attracted only by about one-half as many molecules. Because of the unbalanced molecular attractions on the surface molecules, liquids contract to form a shape that minimizes the number of molecules on the surface—that is, the shape with the minimum surface area.
Cependant, les molécules à la surface d’un liquide ne sont attirées que par environ deux fois moins de molécules. Parce que les attractions sur les molécules de surface sont déséquilibrées, les liquides se contractent pour prendre une forme qui réduit au minimum le nombre de molécules en surface, c’est-à-dire la forme qui a la plus petite surface.
Flowers, Paul, Theopold, Klaus, Langley, Richard et Robinson, William R., Chemistry 2e, OpenStax, 2019, section 10.2 « Properties of Liquids »
In cohesion, water molecules are attracted to each other (because of hydrogen bonding), keeping the molecules together at the liquid-gas (water-air) interface, although there is no more room in the glass. […] These cohesive forces are related to water’s property of adhesion, or the attraction between water molecules and other molecules. […] This is because the water molecules are attracted to the capillary's charged glass walls more than they are to each other and therefore adhere to it.
Dans la cohésion, les molécules d’eau s’attirent les unes les autres (grâce aux liaisons hydrogène), ce qui les maintient ensemble à l’interface liquide-gaz (eau-air), alors qu’il n’y a plus de place dans le verre. […] Ces forces de cohésion sont liées à une autre propriété de l’eau, l’adhésion, c’est-à-dire l’attraction entre les molécules d’eau et d’autres molécules. […] C’est parce que les molécules d’eau sont plus attirées par les parois de verre chargées du tube capillaire qu’entre elles, et y adhèrent donc.
Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, chapitre « Water »
Note 8
The, now popular, adoption of the name ‘Mpemba effect’ is owed to the lack of freezer space at a Tanzanian school. […] another pupil, Mpemba, worried that he would not find space in the freezer and put his boiling mixture straight into the freezer without first allowing it to cool. Mpemba eventually asked a visiting lecturer from the University of Dar es Salaam to explain his observations. The open-minded Dr Osborne was intrigued by Mpemba’s observation and later began investigating the effect with his students, ultimately publishing a scientific paper with Mpemba on the observed effect8.
Le nom d’« effet Mpemba », aujourd’hui répandu, est dû au manque de place dans le congélateur d’une école tanzanienne. […] un autre élève, Mpemba, craignant de ne pas trouver de place dans le congélateur, mit son mélange bouillant directement au congélateur sans le laisser refroidir. Mpemba finit par demander à un universitaire de passage, de l’université de Dar es Salaam, d’expliquer ses observations. Ouvert d’esprit, le Dr Osborne fut intrigué par l’observation de Mpemba ; il se mit ensuite à étudier l’effet avec ses étudiants et finit par publier avec Mpemba un article scientifique sur l’effet observé8.
Burridge, Henry C. et Linden, Paul F., « Questioning the Mpemba Effect: Hot Water Does Not Cool More Quickly than Cold », Scientific Reports, vol. 6, 37665, 2016
references to the effect go back at least to the writings of Aristotle
les mentions de cet effet remontent au moins aux écrits d’Aristote
Burridge, Henry C. et Linden, Paul F., « Questioning the Mpemba Effect: Hot Water Does Not Cool More Quickly than Cold », Scientific Reports, vol. 6, 37665, 2016
Note 9
We go on to examine the available evidence for the Mpemba effect and carry out our own experiments by cooling water in carefully controlled conditions. We conclude, somewhat sadly, that there is no evidence to support meaningful observations of the Mpemba effect.
Nous examinons ensuite les preuves disponibles de l’effet Mpemba et menons nos propres expériences en refroidissant de l’eau dans des conditions soigneusement contrôlées. Nous concluons, avec un peu de tristesse, qu’aucune preuve ne permet d’étayer des observations significatives de l’effet Mpemba.
Burridge, Henry C. et Linden, Paul F., « Questioning the Mpemba Effect: Hot Water Does Not Cool More Quickly than Cold », Scientific Reports, vol. 6, 37665, 2016
The statement “hot water does not cool more quickly than cold” is vague and imprecise; hot water can be made to cool more quickly than cold by supplying more energy to the cooling of hot water, but it is under such a non-specific premise that the Mpemba effect has become an artefact in popular science.
L’énoncé « l’eau chaude ne refroidit pas plus vite que l’eau froide » est vague et imprécis ; on peut faire refroidir l’eau chaude plus vite que l’eau froide en consacrant plus d’énergie à son refroidissement, mais c’est sur une prémisse aussi peu précise que l’effet Mpemba est devenu un artefact de la vulgarisation.
Burridge, Henry C. et Linden, Paul F., « Questioning the Mpemba Effect: Hot Water Does Not Cool More Quickly than Cold », Scientific Reports, vol. 6, 37665, 2016
Note 10
In a recent paper in Scientific Reports, Burridge & Linden misinterpret the Mpemba effect as a statement about the rate of cooling of liquid water, when it is in fact a statement about the rate of freezing of water.
Dans un article récent de Scientific Reports, Burridge et Linden interprètent à tort l’effet Mpemba comme un énoncé sur la vitesse de refroidissement de l’eau liquide, alors qu’il s’agit en fait d’un énoncé sur la vitesse de congélation de l’eau.
Katz, Jonathan I., « Reply to Burridge & Linden: Hot Water May Freeze Sooner than Cold », 2017
Note 11
They found that the readings depended on where they placed the thermometer. […] But if measurements were off by even a centimeter, they could produce false evidence of the Mpemba effect.
Ils ont constaté que les mesures dépendaient de l’endroit où ils plaçaient le thermomètre. […] Mais un décalage d’un centimètre seulement dans les mesures pouvait produire une fausse preuve de l’effet Mpemba.
Mann, Adam, « Controversy Continues Over Whether Hot Water Freezes Faster Than Cold », Quanta Magazine, 29 juin 2022
Note 12
Temperature varies throughout a cup of rapidly cooling water because the water is out of equilibrium
La température varie d’un point à l’autre d’une tasse d’eau qui refroidit vite, parce que l’eau n’est pas à l’équilibre
Mann, Adam, « Controversy Continues Over Whether Hot Water Freezes Faster Than Cold », Quanta Magazine, 29 juin 2022
Notes et sources
- ↑
Passage un peu au-dessus de zéro, vers quatre degrés (3,98 °C exactement), elle recommence à se dilater. C’est là que l’eau douce est la plus dense.
The density of pure water occurring at 3.98 °C, which is 1.0000 g cm-3, or 1000 kg m-3. Water when cooled down contracts normally until the temperature is 3.98 °C, after which it expands.
Traduction de la rédaction Densité de l’eau pure atteinte à 3,98 °C, qui est de 1,0000 g cm-3, soit 1 000 kg m-3. L’eau qu’on refroidit se contracte normalement jusqu’à 3,98 °C, après quoi elle se dilate.
Source Observatoire de Paris, « Maximum density of water », An Etymological Dictionary of Astronomy and Astrophysics (anglais-français-persan), entrée « maximum density of water », définition, 1ʳᵉ et 2ᵉ phrases.
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
Passage vers quatre degrés (3,98 °C exactement), elle recommence à se dilater
This means that below 3.98 °C cooling results in the water molecules spacing out and both the liquid and the solid water below this temperature expand.
Traduction de la rédaction Cela signifie qu’au-dessous de 3,98 °C le refroidissement écarte les molécules d’eau les unes des autres, et que l’eau liquide comme l’eau solide se dilatent au-dessous de cette température.
Source The Open University, « 3.2 The density of fresh water and seawater », The oceans, OpenLearn, section 3.2 (« The density of fresh water and seawater »), paragraphe commençant par « Usually when a liquid is heated » (10ᵉ paragraphe en comptant les lignes de question et de réponse).
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
- ↑
Passage la glace prend plus de place que l’eau qui l’a formée — environ un dixième en plus
Upon freezing, the density of ice decreases by about 9 percent.
Traduction de la rédaction Au moment de la congélation, la densité de la glace diminue d’environ 9 %.
Source U.S. Geological Survey, « Water Density », Water Science School, section « Ice is less dense than water ».
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
- ↑
Passage Le Genevois Jean-André Deluc l’avait remarqué
Deluc discovered that water attains its maximum density at 39° F (4° C)
Traduction de la rédaction Deluc découvrit que l’eau atteint sa densité maximale à 39 °F (4 °C)
Source Encyclopaedia Britannica, « Jean-André Deluc », notice biographique.
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
Passage l’Écossais Thomas Charles Hope l’a établi en 1805.
the first to determine, in 1805, that water has its greatest density at about 39.5 degrees F
Traduction de la rédaction le premier à établir, en 1805, que l’eau atteint sa plus grande densité vers 39,5 degrés Fahrenheit
Source Linda Hall Library, « Thomas Charles Hope », Scientist of the Day, article « Thomas Charles Hope », Scientist of the Day, 21 juillet 2015.
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 28 octobre 2026
- ↑
Passage Dans la glace, elles s’immobilisent […] Cela forme un réseau régulier — et ce réseau laisse des vides
Ice has a very different structure than liquid water in that the molecules align themselves in a regular lattice rather than more randomly as in the liquid form. The lattice arrangement allows water molecules to be more spread out than in a liquid, and, thus, ice is less dense than water.
Traduction de la rédaction La glace a une structure très différente de celle de l’eau liquide : les molécules s’y alignent en un réseau régulier, au lieu d’être disposées plus au hasard comme dans le liquide. Cet arrangement en réseau permet aux molécules d’eau d’être plus espacées que dans un liquide ; la glace est donc moins dense que l’eau.
Source U.S. Geological Survey, « Water Density », Water Science School, section « Ice is less dense than water ».
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
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Passage En automne, l’eau de surface se refroidit, devient plus dense, et coule […] l’eau du fond reste liquide, vers quatre degrés.
In wintertime, the surface of lakes found in many northern regions is frozen. However, the water under the ice is slightly warmer, and the water at the bottom of the lake is warmer yet at 4 °C to 5 °C (39.2 °F to 41 °F). […] As air temperatures drop in the fall, the temperature of the lake water cools to 4 °C; therefore, this causes fall turnover as the heavy cold water sinks and displaces the water at the bottom.
Traduction de la rédaction En hiver, la surface des lacs de nombreuses régions septentrionales est gelée. Cependant, l’eau sous la glace est un peu plus chaude, et l’eau du fond du lac l’est encore davantage, à 4-5 °C (39,2-41 °F). […] Quand la température de l’air baisse à l’automne, l’eau du lac se refroidit jusqu’à 4 °C, ce qui provoque le retournement d’automne : l’eau froide et lourde coule et déplace l’eau du fond.
Source Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, section 44.2 « Biogeography », section 44.2, sous-partie « Energy Sources » (paragraphe sur l’hiver) et paragraphe suivant la figure 44.10 (retournement d’automne).
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
Passage La couche de glace isole ce qu’il y a dessous
In lakes and ponds, ice will form on the water's surface creating an insulating barrier that protects the animals and plant life in the pond from freezing.
Traduction de la rédaction Dans les lacs et les étangs, la glace se forme à la surface de l’eau et crée une barrière isolante qui protège de la congélation les animaux et les plantes de l’étang.
Source Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, section 2.2 « Water », section 2.2, paragraphe « The lower density of ice, as Figure 2.14 depicts… » (avant la figure 2.14).
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
- ↑
Passage L’eau de mer, à cause du sel, n’a pas ce maximum de densité à quatre degrés — elle continue de se densifier jusqu’à ce qu’elle gèle, vers moins deux.
Sea ice forms more slowly than freshwater ice for two main reasons. First, the freezing temperature of salt water is lower than freshwater; ocean temperatures must reach -1.8°C (28.8°F) to freeze. Secondly, in contrast to fresh water, the salt in ocean water causes the density of the water to increase as it nears the freezing point.
Traduction de la rédaction La glace de mer se forme plus lentement que la glace d’eau douce, pour deux raisons principales. D’abord, la température de congélation de l’eau salée est plus basse que celle de l’eau douce : l’océan doit atteindre −1,8 °C (28,8 °F) pour geler. Ensuite, contrairement à l’eau douce, le sel de l’eau de mer fait augmenter la densité de l’eau à mesure qu’elle approche du point de congélation.
Source National Snow and Ice Data Center, « Science of Sea Ice », rubrique Sea Ice, NSIDC, section « How sea ice forms », 2ᵉ paragraphe.
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
- ↑
Passage Chaque molécule d’eau a un côté légèrement positif et un côté légèrement négatif — on dit qu’elle est polaire
While there is no net charge to a water molecule, water's polarity creates a slightly positive charge on hydrogen and a slightly negative charge on oxygen, contributing to water’s properties of attraction.
Traduction de la rédaction Bien qu’une molécule d’eau n’ait pas de charge globale, la polarité de l’eau crée une charge légèrement positive sur l’hydrogène et une charge légèrement négative sur l’oxygène, ce qui contribue aux propriétés d’attraction de l’eau.
Source Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, chapitre « Water », section 2.2 « Water », sous-section « Water’s Polarity », 1er paragraphe.
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 9 septembre 2026
Passage elle ne dissout ni les huiles ni les graisses, qui ne sont pas polaires
In contrast, nonpolar molecules such as oils and fats do not interact well with water, as Figure 2.13 shows. A good example of this is vinegar and oil salad dressing (an acidic water solution).
Traduction de la rédaction À l’inverse, les molécules non polaires comme les huiles et les graisses interagissent mal avec l’eau, comme le montre la figure 2.13. La vinaigrette à l’huile et au vinaigre (une solution aqueuse acide) en est un bon exemple.
Source Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, chapitre « Water », section 2.2 « Water », sous-section « Water’s Polarity », 2e paragraphe.
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 9 septembre 2026
Passage Il faut beaucoup d’énergie pour élever sa température […] les océans mettent longtemps à se réchauffer et longtemps à se refroidir
Water’s high heat capacity is a property that hydrogen bonding among water molecules causes. Water has the highest specific heat capacity of any common liquid. […] It therefore takes water a long time to heat and a long time to cool. In fact, water's specific heat capacity is about five times more than that of sand. This explains why the land cools faster than the sea.
Traduction de la rédaction La forte capacité thermique de l’eau est une propriété due aux liaisons hydrogène entre ses molécules. L’eau a la capacité thermique massique la plus élevée de tous les liquides courants. […] Il faut donc longtemps pour chauffer l’eau et longtemps pour la refroidir. En fait, la capacité thermique massique de l’eau est environ cinq fois celle du sable. C’est pourquoi la terre se refroidit plus vite que la mer.
Source Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, chapitre « Water », section 2.2 « Water », sous-section « Water’s High Heat Capacity ».
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Passage Les molécules qui partent sont les plus rapides ; celles qui restent sont donc plus froides.
Even when below its boiling point, water’s individual molecules acquire enough energy from other water molecules such that some surface water molecules can escape and vaporize: we call this process evaporation. […] As the water evaporates, energy is taken up by the process, cooling the environment where the evaporation is taking place.
Traduction de la rédaction Même en dessous de son point d’ébullition, des molécules d’eau reçoivent assez d’énergie des autres molécules pour que certaines molécules de surface puissent s’échapper et se vaporiser : on appelle cela l’évaporation. […] Quand l’eau s’évapore, le processus absorbe de l’énergie, ce qui refroidit le milieu où a lieu l’évaporation.
Source Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, chapitre « Water », section 2.2 « Water », sous-section « Water’s Heat of Vaporization ».
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Passage Les molécules du dessus sont attirées par deux fois moins de voisines que les autres, et la surface se resserre le plus possible.
However, the molecules on the surface of a liquid are attracted only by about one-half as many molecules. Because of the unbalanced molecular attractions on the surface molecules, liquids contract to form a shape that minimizes the number of molecules on the surface—that is, the shape with the minimum surface area.
Traduction de la rédaction Cependant, les molécules à la surface d’un liquide ne sont attirées que par environ deux fois moins de molécules. Parce que les attractions sur les molécules de surface sont déséquilibrées, les liquides se contractent pour prendre une forme qui réduit au minimum le nombre de molécules en surface, c’est-à-dire la forme qui a la plus petite surface.
Source Flowers, Paul, Theopold, Klaus, Langley, Richard et Robinson, William R., Chemistry 2e, OpenStax, 2019, section 10.2 « Properties of Liquids », section 10.2 « Properties of Liquids », paragraphe sur les forces de cohésion, après le tableau 10.2 et avant la figure 10.16.
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 9 septembre 2026
Passage Elle s’accroche aux parois — c’est l’adhésion — et chaque molécule tire celle qui la suit — c’est la cohésion.
In cohesion, water molecules are attracted to each other (because of hydrogen bonding), keeping the molecules together at the liquid-gas (water-air) interface, although there is no more room in the glass. […] These cohesive forces are related to water’s property of adhesion, or the attraction between water molecules and other molecules. […] This is because the water molecules are attracted to the capillary's charged glass walls more than they are to each other and therefore adhere to it.
Traduction de la rédaction Dans la cohésion, les molécules d’eau s’attirent les unes les autres (grâce aux liaisons hydrogène), ce qui les maintient ensemble à l’interface liquide-gaz (eau-air), alors qu’il n’y a plus de place dans le verre. […] Ces forces de cohésion sont liées à une autre propriété de l’eau, l’adhésion, c’est-à-dire l’attraction entre les molécules d’eau et d’autres molécules. […] C’est parce que les molécules d’eau sont plus attirées par les parois de verre chargées du tube capillaire qu’entre elles, et y adhèrent donc.
Source Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, chapitre « Water », section 2.2 « Water », sous-section « Cohesive and Adhesive Properties ».
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Passage On l’appelle l’effet Mpemba, du nom d’un élève tanzanien qui l’a soumis à un universitaire de passage, avec qui il l’a publié en 1969
The, now popular, adoption of the name ‘Mpemba effect’ is owed to the lack of freezer space at a Tanzanian school. […] another pupil, Mpemba, worried that he would not find space in the freezer and put his boiling mixture straight into the freezer without first allowing it to cool. Mpemba eventually asked a visiting lecturer from the University of Dar es Salaam to explain his observations. The open-minded Dr Osborne was intrigued by Mpemba’s observation and later began investigating the effect with his students, ultimately publishing a scientific paper with Mpemba on the observed effect8.
Traduction de la rédaction Le nom d’« effet Mpemba », aujourd’hui répandu, est dû au manque de place dans le congélateur d’une école tanzanienne. […] un autre élève, Mpemba, craignant de ne pas trouver de place dans le congélateur, mit son mélange bouillant directement au congélateur sans le laisser refroidir. Mpemba finit par demander à un universitaire de passage, de l’université de Dar es Salaam, d’expliquer ses observations. Ouvert d’esprit, le Dr Osborne fut intrigué par l’observation de Mpemba ; il se mit ensuite à étudier l’effet avec ses étudiants et finit par publier avec Mpemba un article scientifique sur l’effet observé8.
Source Burridge, Henry C. et Linden, Paul F., « Questioning the Mpemba Effect: Hot Water Does Not Cool More Quickly than Cold », Scientific Reports, vol. 6, 37665, 2016, section « More recent scientific investigations of the Mpemba effect », 1er paragraphe (appel de note 8 : Physics Education, 4(3), 172, 1969).
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
Passage la question est bien plus ancienne : on la trouve déjà chez Aristote
references to the effect go back at least to the writings of Aristotle
Traduction de la rédaction les mentions de cet effet remontent au moins aux écrits d’Aristote
Source Burridge, Henry C. et Linden, Paul F., « Questioning the Mpemba Effect: Hot Water Does Not Cool More Quickly than Cold », Scientific Reports, vol. 6, 37665, 2016, résumé de l’article.
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 9 septembre 2026
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Passage Une équipe a refait l’expérience dans des conditions soigneusement contrôlées, examiné les données publiées avant elle, et conclu — « avec une certaine tristesse » […] qu’aucune observation convaincante ne soutient cet effet.
We go on to examine the available evidence for the Mpemba effect and carry out our own experiments by cooling water in carefully controlled conditions. We conclude, somewhat sadly, that there is no evidence to support meaningful observations of the Mpemba effect.
Traduction de la rédaction Nous examinons ensuite les preuves disponibles de l’effet Mpemba et menons nos propres expériences en refroidissant de l’eau dans des conditions soigneusement contrôlées. Nous concluons, avec un peu de tristesse, qu’aucune preuve ne permet d’étayer des observations significatives de l’effet Mpemba.
Source Burridge, Henry C. et Linden, Paul F., « Questioning the Mpemba Effect: Hot Water Does Not Cool More Quickly than Cold », Scientific Reports, vol. 6, 37665, 2016, résumé de l’article.
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Passage la question, posée ainsi, est vague et imprécise : on peut toujours faire refroidir de l’eau chaude plus vite, en lui fournissant plus d’énergie
The statement “hot water does not cool more quickly than cold” is vague and imprecise; hot water can be made to cool more quickly than cold by supplying more energy to the cooling of hot water, but it is under such a non-specific premise that the Mpemba effect has become an artefact in popular science.
Traduction de la rédaction L’énoncé « l’eau chaude ne refroidit pas plus vite que l’eau froide » est vague et imprécis ; on peut faire refroidir l’eau chaude plus vite que l’eau froide en consacrant plus d’énergie à son refroidissement, mais c’est sur une prémisse aussi peu précise que l’effet Mpemba est devenu un artefact de la vulgarisation.
Source Burridge, Henry C. et Linden, Paul F., « Questioning the Mpemba Effect: Hot Water Does Not Cool More Quickly than Cold », Scientific Reports, vol. 6, 37665, 2016, introduction (texte qui suit le résumé, avant la partie « There is no clear universally accepted scientific definition »).
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 9 septembre 2026
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Passage Un autre chercheur leur a répondu qu’ils s’étaient trompés de question : l’effet Mpemba ne porte pas sur la vitesse de refroidissement, mais sur le moment où l’eau gèle.
In a recent paper in Scientific Reports, Burridge & Linden misinterpret the Mpemba effect as a statement about the rate of cooling of liquid water, when it is in fact a statement about the rate of freezing of water.
Traduction de la rédaction Dans un article récent de Scientific Reports, Burridge et Linden interprètent à tort l’effet Mpemba comme un énoncé sur la vitesse de refroidissement de l’eau liquide, alors qu’il s’agit en fait d’un énoncé sur la vitesse de congélation de l’eau.
Source Katz, Jonathan I., « Reply to Burridge & Linden: Hot Water May Freeze Sooner than Cold », 2017, résumé (prépublication arXiv:1701.03219v2).
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Passage le résultat dépendait de l’endroit où elle plaçait le thermomètre : un écart d’un centimètre en hauteur pouvait suffire à faire croire, à tort, à l’effet Mpemba
They found that the readings depended on where they placed the thermometer. […] But if measurements were off by even a centimeter, they could produce false evidence of the Mpemba effect.
Traduction de la rédaction Ils ont constaté que les mesures dépendaient de l’endroit où ils plaçaient le thermomètre. […] Mais un décalage d’un centimètre seulement dans les mesures pouvait produire une fausse preuve de l’effet Mpemba.
Source Mann, Adam, « Controversy Continues Over Whether Hot Water Freezes Faster Than Cold », Quanta Magazine, 29 juin 2022, reportage de 2022 (passage sur l’expérience de Burridge et Linden).
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Passage Dans une tasse qui refroidit vite, l’eau n’a pas la même température partout.
Temperature varies throughout a cup of rapidly cooling water because the water is out of equilibrium
Traduction de la rédaction La température varie d’un point à l’autre d’une tasse d’eau qui refroidit vite, parce que l’eau n’est pas à l’équilibre
Source Mann, Adam, « Controversy Continues Over Whether Hot Water Freezes Faster Than Cold », Quanta Magazine, 29 juin 2022, reportage de 2022.
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Références bibliographiques
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- Burridge, Henry C. et Linden, Paul F., « Questioning the Mpemba Effect: Hot Water Does Not Cool More Quickly than Cold », Scientific Reports, vol. 6, 37665, 2016, en accès libre (l’ancienneté de la question, remontant à Aristote ; l’examen des données publiées ; l’absence d’observation convaincante ; le caractère vague de l’affirmation). https://doi.org/10.1038/srep37665
- Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, chapitre « Water », en accès libre (la polarité, la chaleur massique, le refroidissement par évaporation, la tension superficielle, la cohésion et l’adhésion). https://openstax.org/details/books/biology-2e
- Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, section 2.2 « Water », en accès libre. https://openstax.org/books/biology-2e/pages/2-2-water
- Clark, Mary Ann, Douglas, Matthew et Choi, Jung, Biology 2e, OpenStax, section 44.2 « Biogeography », en accès libre. https://openstax.org/books/biology-2e/pages/44-2-biogeography
- Deluc, Jean-André, Recherches sur les modifications de l’atmosphère, Genève, 1772, domaine public. https://www.e-rara.ch/zut/doi/10.3931/e-rara-1330
- Encyclopaedia Britannica, « Jean-André Deluc », en accès libre (Deluc, découvreur du maximum de densité de l’eau vers 4 °C). https://www.britannica.com/print/article/156884
- Flowers, Paul, Theopold, Klaus, Langley, Richard et Robinson, William R., Chemistry 2e, OpenStax, 2019, section 10.2 « Properties of Liquids », en accès libre (les molécules de surface, attirées par deux fois moins de voisines ; la surface qui se resserre). https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/10-2-properties-of-liquids
- Franks, Felix, Water: A Matrix of Life, Royal Society of Chemistry, 2000, en bibliothèque (le maximum de densité vers 4 °C, la structure de la glace et ses vides, les liaisons entre molécules).
- Katz, Jonathan I., « Reply to Burridge & Linden: Hot Water May Freeze Sooner than Cold », 2017, en accès libre (l’objection : l’effet porte sur le moment du gel, non sur la vitesse de refroidissement). https://arxiv.org/abs/1701.03219
- Linda Hall Library, « Thomas Charles Hope », Scientist of the Day, 21 juillet 2015, en accès libre (Hope, premier à déterminer en 1805 la température du maximum de densité de l’eau). https://www.lindahall.org/about/news/scientist-of-the-day/thomas-charles-hope/
- Mann, Adam, « Controversy Continues Over Whether Hot Water Freezes Faster Than Cold », Quanta Magazine, 29 juin 2022, en accès libre (la sensibilité des mesures à la position du thermomètre ; l’eau hors d’équilibre n’ayant pas une température unique). https://www.quantamagazine.org/does-hot-water-freeze-faster-than-cold-physicists-keep-asking-20220629/
- Mpemba, Erasto B. et Osborne, Denis G., « Cool? », Physics Education, vol. 4, 1969, p. 172-175, accès payant (l’article d’origine, par un élève tanzanien et un universitaire de Dar es Salaam).
- National Snow and Ice Data Center, « Science of Sea Ice », rubrique Sea Ice, NSIDC, en accès libre. https://nsidc.org/learn/parts-cryosphere/sea-ice/science-sea-ice
- Observatoire de Paris, « Maximum density of water », An Etymological Dictionary of Astronomy and Astrophysics (anglais-français-persan), en accès libre. https://dictionary.obspm.fr/terms/maximum-density-of-water/
- Petrenko, Victor F. et Whitworth, Robert W., Physics of Ice, Oxford University Press, 1999, en bibliothèque (le réseau hexagonal de la glace ordinaire et sa densité inférieure à celle de l’eau).
- Talley, Lynne D. et al., Descriptive Physical Oceanography, Academic Press, 2011, en bibliothèque (l’eau de mer : pas de maximum de densité au-dessus du point de congélation au-delà d’une certaine salinité ; congélation vers −1,9 °C).
- The Open University, « 3.2 The density of fresh water and seawater », The oceans, OpenLearn, en accès libre (le maximum de densité de l’eau douce à 3,98 °C ; la dilatation de l’eau refroidie au-dessous de cette température). https://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/the-oceans/content-section-3.2
- U.S. Geological Survey, « Water Density », Water Science School, en accès libre (la densité de la glace, inférieure d’environ 9 % à celle de l’eau ; le réseau régulier des molécules, plus espacées que dans le liquide). https://www.usgs.gov/special-topics/water-science-school/science/water-density
- Wetzel, Robert G., Limnology: Lake and River Ecosystems, Academic Press, 2001, en bibliothèque (le gel des lacs par le haut et la stratification hivernale).
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