Questions to the experts

Expériences de mélange
Le résultat des deux expériences de mélange eau/sirop provient effectivement d'une différence de densité qui va avoir tendance à séparer les deux couches de liquide, d'un point de vue mécanique : le plus dense en dessous. Par contre, la différence observée suivant qu'on verse l'eau dans le sirop ou le sirop dans l'eau tiendrait plutôt à la viscosité du sirop qui s'écoule plus lentement et reste plus cohérent (il forme comme un ruban qui descend dans l'eau) pour aller s'accumuler au fond du verre. L'eau coule plus vite, plus brutalement, de manière plus tourbillonnante : ainsi le courant d'eau qui arrive au fond du verre décape et dissout la surface de la couche de sirop. Le phénomène de dissolution ne dépend pas du tout de la densité.

Comment favoriser le mélange sirop dans l'eau ?
Le mélange se fera petit à petit par diffusion progressive du sucre dans l'eau. Si le sirop est très concentré, ça peut être assez long. La seule manière de favoriser ce mélange est de chauffer l'ensemble ; à 40 °C par exemple, il se réalisera plus vite qu'à 5 °C dans un réfrigérateur. Deux raisons à cela : la solubilité du sucre augmente avec la température (voir plus bas) ; sa vitesse de diffusion aussi (la diffusion est due à l'agitation des molécules, la température aussi).

Saturation de l'eau par le sirop
Le sirop est une solution de sucre dans l'eau. Tout mélange d'eau et de sirop reviendra donc à une dilution de la solution qu'est le sirop. Il est donc évidemment impossible d'arriver à une saturation par une opération de dilution !
Par contre, on peut saturer de l'eau avec du sucre S'agissant du saccharose (sucre de betterave ou de cane, le sucre de la cuisine), on peut en dissoudre : 1 845 g dans un kilogramme d'eau à 0 °C, 2030 g à 20 °C et 2 380 g à 40 °C. La dissolution provient d'une « solvatation » du sucre par l'eau : les molécules de sucre préfèrent s'associer à des molécules d'eau plutôt que de rester associées entre elles dans un cristal de sucre. Évidemment, s'il y a d'autres prétendants pour s'associer avec l'eau, la solubilité du sucre diminue. Ainsi, à 30 °C, on peut dissoudre 2 195 g de sucre dans un kilogramme d'eau, mais seulement 2 100 g dans le mélange de 900 g d'eau et de 100 g de sel. Ceci illustre bien que la solubilité ne dépend pas de la densité !

Huile et eau.
Les molécules d'huile et d'eau ne s'aiment pas beaucoup. Ainsi, lorsqu'on les met en présence toutes les deux, les molécules d'huile préfèrent rester ensemble et les molécules d'eau aussi. Les deux liquides ne se mélangent pas, à la différence de l'huile et du white spirit, par exemple.
Certaines molécules peuvent avoir une partie qui aime l'eau et une partie qui aime l'huile, comme l'alcool qui se mélange très bien à l'eau et qui dissout un peu l'huile. Autre exemple : les molécules de savon. Elles sont très longues et possèdent un côté qui s'associe à l'eau et un côté qui s'associe à l'huile.
Ainsi, elles peuvent accrocher des molécules grasses pour les emporter dans l'eau de lavage !

Je vous remercie pour votre efficacité dans la vitesse et la qualité des réponses. Cependant, concernant la solubilité de 2 195 g de sucre dans 1 kg d'eau et de 2 100g de sucre dans un mélange composé de 0,9kg d'eau et 0,1 kg de sel, pourquoi ne peut-on pas dire que moins la densité est élevée plus la dissolution est grande (95 g de plus)? A priori, c'est ce que montre cette expérience effectuée à 30 °C.
D'autre part, lorsque je parlais du mélange eau + sirop, même si le sirop est une dilution d'eau et de sucre, si je rajoute beaucoup de sirop dans mon verre d'eau, il devrait y avoir augmentation de la concentration de sucre donc saturation en sucre à un moment donné. A moins que l'on considère qu'en rajoutant du sirop je rajoute forcément du sucre plus de l'eau (composition du sirop) n'est-ce pas ? Merci pour vos réponses qui provoquent un remue-méninge !!!

Dans l'affaire de l'eau sucrée salée, il faut considérer que la solution de sel dans l'eau ne contient plus que 900 g d'eau, et c'est dans ces 900 g qu'on dissout 2 100 g de sucre. On a donc une solution contenant 2 333 g de sucre par kilo d'eau. Il y a donc un léger gain de concentration. Je pense que la discussion de cette expérience en termes de densité n'a en fait pas beaucoup de sens.

Seconde question : Qu'est-ce qu'un sirop, si ce n'est une solution de sucre dans de l'eau ? Un sirop ne peut donc pas être plus concentré en sucre qu'une solution saturée. Le fait de le verser dans de l'eau pure ne fait donc que le diluer, donc l'éloigner de la concentration limite.