Questions to the experts
Matière et matériaux
Pourquoi dans une cocotte minute l\'eau bout-elle à 120 degrés ?
Pourquoi dans une cocotte minute l'eau bout-elle à 120 degrés ?
L'ébullition est le passage de l'état liquide à l'état vapeur, c'est-à-dire d'un état où les molécules sont serrées les unes contre les autres (mais libres de se déplacer, contrairement au cas du solide), à un état où les molécules laissent beaucoup de place entre elles. L'existence de la forme liquide ou vapeur résulte d'une compétition entre des forces attractives qui tendent à rapprocher les molécules les unes des autres, et une tendance naturelle de la nature au désordre (la fameuse entropie qui donne tant de fil à retordre aux étudiants !) qui se manifeste avec d'autant plus d'intensité que la température est élevée. L'équilibre entre liquide et vapeur se déplace en fonction des forces extérieures appliquées à l'eau : dans une cocotte minute, la pression est beaucoup plus élevée qu'à l'air libre. Une molécule d'eau a "moins intérêt" à s'échapper du liquide pour rejoindre la vapeur car le gain en entropie est plus faible qu'à la pression ordinaire. Il faut donc une température plus importante pour atteindre l'ébullition, température qui dépend de la pression autorisée par la soupape.
Inversement, faire cuire des aliments dans une casserole en haute montagne peut demander beaucoup plus de temps car la pression étant réduite, l'eau bout bien en dessous de 100 °C ! De façon générale, la température d'ébullition de tous les liquides dépend de la pression ; si nous l'oublions c'est parce que nous vivons toujours plus ou moins à la même pression.
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Cela est lié au fait (qu'après avoir chassé l'air de la cocotte), l'eau se transforme en vapeur à cette température (~ 120 °C) car la pression a augmenté !
Dans le diagramme des changements d'états lors de la transition liquide-vapeur, une augmentation de pression se traduit par une augmentation de température d'ébullition (on peut aussi essayer de le comprendre en pensant que les molécules d'eau sous forme de vapeur appuient plus fortement -puisque la pression est plus forte dans l'enceinte qu'à l'extérieur- sur l'eau restée liquide et qu'il faut donc à celles qui veulent passer à l'état de vapeur une plus grande énergie (cinétique en majorité) ce qui se traduit par une augmentation de la température.
Cordialement
F. Brossard