Pourquoi l'eau monte dans un bocal avec une bougie ?

Le mystère de l’eau qui monte : L’expérience de la bougie sous cloche décryptée

L’expérience classique de la bougie placée sous un bocal, avec un peu d’eau au fond, est souvent présentée comme un tour de magie. La bougie s’éteint et, subitement, l’eau monte à l’intérieur du bocal. Mais au-delà de l’effet visuel surprenant, se cache une explication scientifique élégante et facilement accessible. Oubliez les théories farfelues sur la “soif” de la bougie, plongeons au cœur de la physique qui se joue ici.

L’ingrédient principal : La pression atmosphérique

Avant de nous pencher sur la bougie, rappelons-nous que nous baignons constamment dans un océan d’air. Cet air exerce une pression sur tout ce qui nous entoure, une pression que nous appelons la pression atmosphérique. C’est cette pression qui joue un rôle crucial dans l’expérience. Initialement, la pression à l’intérieur du bocal et à l’extérieur est la même, maintenant l’eau au même niveau.

La danse de la combustion : Création et destruction

Lorsqu’on allume la bougie, on initie un processus de combustion. La cire (principalement des hydrocarbures) réagit avec l’oxygène présent dans l’air. Cette réaction chimique produit de la chaleur, de la lumière, de la vapeur d’eau (H₂O) et du dioxyde de carbone (CO₂). La combustion crée donc de nouveaux gaz. Au début, la chaleur de la flamme augmente la température à l’intérieur du bocal, augmentant ainsi la pression et contrant légèrement la pression extérieure.

Le moment crucial : L’extinction et le refroidissement

L’élément déclencheur du phénomène est l’extinction de la bougie. Une fois la bougie éteinte, la combustion s’arrête, et le processus inverse se produit :

1. Consommation d’oxygène: La bougie consomme de l’oxygène (O₂) pendant la combustion. Bien que la combustion produise d’autres gaz (CO₂ et H₂O), elle réduit globalement le nombre de molécules gazeuses à l’intérieur du bocal. C’est une différence subtile, mais cruciale.
2. Refroidissement rapide: Avec la flamme éteinte, la température à l’intérieur du bocal diminue rapidement. Or, les gaz chauds occupent un plus grand volume que les gaz froids (c’est la loi de Charles). Le refroidissement provoque donc une diminution du volume de l’air contenu dans le bocal.

Le vide se crée, l’eau répond

La combinaison de la consommation d’oxygène et du refroidissement crée une diminution de la pression à l’intérieur du bocal. La pression atmosphérique extérieure, elle, reste inchangée. La pression extérieure, plus forte, “pousse” alors l’eau présente à l’extérieur du bocal vers l’intérieur, jusqu’à ce que la pression à l’intérieur du bocal soit suffisamment élevée pour équilibrer la pression extérieure. L’eau monte donc pour combler le “vide” relatif créé par la diminution de la pression interne.

Conclusion : Une démonstration simple et efficace

L’expérience de la bougie sous cloche n’est pas un simple tour de passe-passe. C’est une démonstration élégante des principes fondamentaux de la pression atmosphérique, de la combustion et des relations entre la température, le volume et la pression des gaz. Elle permet de visualiser concrètement comment des forces invisibles agissent constamment autour de nous, sculptant notre environnement. Elle illustre parfaitement comment une simple bougie, un bocal et un peu d’eau peuvent révéler des lois physiques puissantes et universelles.