Pourquoi l'eau monte dans "la bougie dans le bocal"?

De Wikidebrouillard.

Article incomplet en cours de rédaction

Sommaire

1 Introduction
2 Hypothèses envisagées
3 Conclusion générale
4 Concepts scientifiques associés

Introduction

La question se réfère à l'expérience Bougie dans le bocal.

Hypothèses envisagées

C'est l'oxygène consommé qui créé un vide dans le bocal

Le plus simple pour infirmer cette hypothèse est de faire l'expérience suivante : le bocal sans la bougie !

D'après cette expérience, l'air est composé de 20% d'oxygène environ. Si on met plusieurs bougies, l'eau monte bien plus haut que 20% du bocal.

On peut donc conclure que cette hypothèse est soit fausse, soit qu'elle n'explique pas le phénomène à elle toute seule.

C'est le dioxyde de carbone produit qui se dissout dans l'eau

La bougie consomme de l'oxygène et produit du dioxyde de carbone.

Prendre deux tubes capillaires, l'un remplit d'oxygène ou d'air, l'autre, remplit de dioxyde de carbone. Les retourner dans un aquarium et patienter quelques minutes. On devrait constater que l'eau monte plus dans le tube contenant du dioxyde de carbone que dans l'autre.
On réalise l'expérience de la bougie dans le bocal, mais, cette fois, en ajoutant une pellicule d'huile à la surface de l'eau dans l'assiette afin d'éviter les échanges gazeux entre l'air du bocal et l'eau de l'assiette.

On observe que l'eau monte quand même.

S'il est vrai que cette hypothèse contribue au fait que l'eau monte, elle n'est pas significative dans l'expérience.

C'est l'air qui se rétracte en refroidissant

La bougie, temps qu'elle est allumée, chauffe l'air contenu dans le bocal. Quand elle diminue en intensité ou s'éteint, la température redescend. Au début de l'expérience, de l'air s'échappe du bocal.

L'expérience "Dilatation de l'air" montre que l'air chaud prend plus de place que de l'air froid.
Si on enlève la bougie de notre expérience et qu'on passe un coup de sèche cheveux ou de décapeur thermique dans le bocal avant de le poser, l'eau monte.

Cette hypothèse peut expliquer au moins en partie que l'eau monte dans l'expérience, car, en chauffant en début d'expérience, l'air du bocal prend plus de place (ce qui explique que de l'air s'échappe en début d'expérience). Il y a donc maintenant moins d'air dans le bocal qu'en début d'expérience. Ensuite, quand l'air se refroidit, il reprend un volume "normal", donc moindre. L'eau de l'assiette monterait pour combler cette perte de volume.

C'est l'eau qui prend moins de place en se condensant

Quand on réalise l'expérience. On observe que de fines gouttelettes se forment à la surface intérieur du bocal.

Si on allume une bougie et qu'on présente un miroir (ou n'importe quel objet froid) au dessus, des gouttelettes d'eau s'y forment. On peut donc penser qu'une bougie produit de l'eau sous forme de vapeur quand elle se consume et que cette eau peut se condenser ensuite si la température redescend.
(Trouver une expérience qui montre que l'eau liquide prend moins de place que la même quantité d'eau sous forme gazeuse).

Au milieu de l'expérience, quand la bougie s'éteint, le bocal contient de la vapeur d'eau produite par la consommation de la bougie. À partir de cet instant, la température dans le bocal diminue et l'eau vapeur se condense. Elle passe donc de l'état gazeux à l'état liquide, et son volume diminue, ce qui pourrait avoir comme effet que l'eau de l'assiette vienne combler cette perte de volume.

Cette hypothèse n'explique peut-être pas entièrement le phénomène.

Conclusion générale

Il y a a priori plusieurs phénomènes qui expliquent le fait que l'eau monte dans le bocal. Celle concernant la meilleure solubilité du dioxyde de carbone dans l'eau par rapport à l'oxygène n'est semble t-il pas significative dans les conditions habituelles de cette expériences. Les expériences que nous avons mis en place ne permettent pas de mettre en évidence la part de "responsabilité" de tel ou tel autre phénomène par rapport aux autres.