Ébullition de l’eau

À quelle température l’eau bout-elle au Pic du Midi ?

Matériel

• Une bouilloire
• Un thermomètre à sonde (de préférence)
• Un bol de glaçons
• De l’eau

Vocabulaire

Point d’ébullition : Il s’agit de la température à laquelle une espèce (ici l’eau) passe de l’état liquide à l’état gazeux. Dans le cas de notre expérience, c’est la température à laquelle l’eau bout. On l’appelle aussi température d’ébullition.

Thermomètre à sonde : C’est un thermomètre qui est constitué d’une sonde qui mesure une différence de circulation de l’électricité entre sa pointe et l’appareil. Lorsque la température change l’électricité circule plus ou moins bien. On lit directement la température sur l’écran de l’appareil en degré Celsius (°C).

Étalonnage : Il s’agit d’une opération qui consiste à comparer les valeurs d’un appareil de mesure avec celles d’une référence. Dans notre cas, la référence de température est celle de la glace qui correspond à 0°C.

Conditions Atmosphériques

Pour effectuer des mesures de température, il est important de connaître les conditions atmosphériques (la pression) le jour et à l’heure de notre expérience. Pour cela, on peut consulter :

• La page en direct sur le site de l’Observatoire Midi-Pyrénées (OMP) : https://picdumidi.obs-mip.fr/fr/webcams/ 
• La base de données de    la Plateforme Pyrénéenne d’Observation de l’atmosphère (P2OA) ultérieurement : https://p2oa.aeris-data.fr/products/pdm_meteorologicalstation_l2a/

Protocole Expérimental

• Étalonner le thermomètre à sonde. Pour cela, plonger la pointe de la sonde dans le bol de glaçons. Si la température affichée sur l’écran est 0°C, l’appareil est déjà correctement étalonné sinon actionner le bouton vers TEST 0°C au dos de l’appareil.
• Remplir la bouilloire d’eau.
• Placer la sonde du thermomètre dans la bouilloire en faisant attention à ce que la pointe de la sonde ne touche pas le fond de la bouilloire.
• Mettre en fonctionnement la bouilloire et observer.

Expériences

On a l’habitude de dire que l’eau bout à 100°C or, comme on peut le constater sur les vidéos ci-dessus, son point d’ébullition change.

Sur le schéma ci-dessus, les deux bouilloires sont à 90°C pourtant celle située au Pic du Midi bout tandis que celle en plaine commence à peine à faire des bulles. Cette différence est due à la pression atmosphérique. L’air qui nous entoure, l’eau de la bouilloire et la matière en général sont composés de molécules qui s’entrechoquent les unes sur les autres.

Au Pic du Midi, on a environ 1/3 d’air en moins qu’en plaine c’est pourquoi sur le schéma on remarque qu’il y a moins de molécules (en bleues et rouges). La force que ces molécules appliquent (flèches rouge et bleu) sur la surface de l’eau n’est donc pas suffisante et l’eau se met à bouillir.

En plaine, il y a plus de molécules donc la force avec laquelle ces molécules appuient sur la surface de l’eau est plus importante et l’eau ne bout pas. Il faut continuer à chauffer jusqu’à 100°C pour que l’eau se mette à bouillir.

Sur la courbe ci-dessous on a reporté quelques températures d’ébullition de l’eau en fonction de la pression atmosphérique.

Activité supplémentaire

Pour les élèves de niveau collège-lycée voici, à télécharger ci-dessous, les caractéristiques du thermomètre à sonde afin de travailler sur l’incertitude (la précision et la validité) liée à une mesure.