1963, Tanzanie. Assommés par la chaleur, le jeune Erasto M’pemba, 13 ans, et ses camarades de classe décident de confectionner de la glace en faisant bouillir du lait et du sucre.

Impatient, Erasto place le mélange encore bouillant au congélateur, tandis que l'un de ses amis décide de ne pas bouillir le lait. Le garçon semble bien mal parti pour avoir sa glace prête avant les autres…

Illustration Sciencetips
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Après tout, plus le mélange est froid avant d’être congelé, plus vite la glace sera prête, non ?

Eh bien, contre toute attente, la glace d'Erasto est la première à être prête ! Un liquide chaud pourrait-il congeler plus vite ? Pour en avoir le cœur net, Erasto recommence son expérience, mais cette fois-ci avec de l'eau. Là encore, l'eau chaude gèle plus vite que l'eau froide.

Glaçons, photo : Susan Wilkinson
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Intrigué, Erasto demande une explication au physicien Denis Osborne. Ce dernier d'abord sceptique, accepte de refaire l'expérience et découvre ébahi que le jeune garçon dit vrai. On parle aujourd'hui de "l'effet M'pemba".

Observer l'effet M'pemba (vidéo)
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Mais comment expliquer ce phénomène ? Eh bien, on ne sait pas vraiment. L'une des théories les plus prometteuses concerne les liaisons hydrogène. Ces dernières interviennent, ici, entre deux molécules d'eau (H₂O), liant l'atome d'oxygène (O) d’une molécule à l'atome d’hydrogène (H) d'une autre molécule.

Ces liaisons particulièrement fortes permettent à l’eau de former des groupements de molécules, participant ainsi à leur organisation dans l'espace.

Structure moléculaire de l'eau, illustration Sciencetips
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Lorsque l'eau est chauffée, ces liaisons hydrogène sont altérées obligeant les molécules à s'ordonner. Or c'est sous forme de glace que les molécules d'eau sont les plus ordonnées, car elles sont figées.

Structure moléculaire de l'eau chauffée, illustration Sciencetips
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Ainsi, quand l'eau chaude est rapidement refroidie (comme dans l'expérience d'Erasto), les molécules qui ont déjà adopté une structure quasi ordonnée vont pouvoir atteindre la structure de la glace beaucoup plus rapidement. Bien plus rapidement que l'eau froide dont la structure est bien moins ordonnée que l'eau chaude.

Alors, la prochaine fois que vous ferez des glaçons, pensez à utiliser de l'eau chaude !

Structure moléculaire de la glace, illustration Sciencetips
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Pour en savoir plus :

Sur l’effet M’pemba

Sur les liaisons hydrogène

L’article, en anglais, d’Erasto M’pemba

Erasto M'pemba et Denis Osborne, 2013, photo : Ben Gurr/The Times