René Descartes - gravure

L'effet Mpemba était déjà connu d'Aristote, auteur d'un grand nombre de traités de physique. L'anglais Roger Bacon (1214-1294), cordelier de son état, s'est intéressé à de nombreux domaines des sciences tels que la chimie, la physique, l'astronomie et la médecine ainsi qu'aux langues ; il exprimait des idées très en avance sur celles de son temps et put notamment constater l'existence du phénomène. Le physicien français René Descartes (1596-1650) a également travaillé un temps sur l'effet Mpemba.

Mais l'effet Mpemba, tel que nous le connaissons aujourd'hui, fut découvert par un petit écolier en Tanzanie qui l'expliqua en 1969 et lui donna son nom : Erasto Mpemba. Un jour de classe, l'instituteur propose à ses élèves de fabriquer des crèmes glacées. Ainsi, commence cette fabuleuse aventure, chacun préparant avec gourmandise sa mixture qui sera mise au réfrigérateur. Erasto et son ami déposent tout deux au même instant leur future glace dans le congélateur. Mais attention, son ami s'y étant pris bien avant lui, Erasto glisse dans le congélateur un liquide encore chaud alors que celui de son copain a eut le temps de refroidir. Et lorsque l'instituteur rouvre le congélateur, oh, surprise ! La glace du petit Erasto est bien gelée alors que celle de son ami est encore liquide. Que c'est-il donc passé ? demande l'écolier interloqué. Son instituteur a beau lui expliquer qu'un liquide chaud ne peut en aucun cas geler plus vite qu'un liquide froid, rien n'y fait, Erasto s'entête et démontre à plusieurs reprises qu'il a raison en renouvelant l’expérience.

Depuis, les scientifiques ont tenté d'apporter une réponse plausible au problème posé par Mpemba sans jamais y arriver. En effet, ils pensaient que l'évaporation de l'eau chaude engendrait une telle perte de matière, que l'eau restante ne pouvait que geler plus vite que l'eau froide pour un volume initiale égale (et donc un volume finale pour l'ex-eau chaude bien plus petit que celui d'eau froide). Cette réponse n'était pas du tout satisfaisante...

Récemment, David Auerbach (Max-Planck-Institut für Strömungsforschung, Bunsenstrasse 10 - D-37073 Göttingen - Germany), publie en 1995 grâce à l'American Association of Physics Teachers ses travaux sur cet étrange comportement des liquides : la surfusion qui est le premier responsable de l’effet Mpemba. Ce Docteur, de l'Université de Göttingen, en Allemagne, décrit succinctement l'état métastable (état instable situé à la frontière entre deux états stables : solide et liquide) qui affecte alors les liquides en surfusion. En effet, l'eau froide dépourvue d'agitation mécanique au niveau microscopique et macroscopique peut rester à l'état liquide en dessous du point de congélation : 0°C. Alors que l'eau chaude est animée de mouvements de convection dus aux différences de températures entre parois et liquide. On aura ainsi un front de congélation qui se déplacera au grès de ces mouvements, ce qui limitent fortement l'état de surfusion. Ainsi, l'eau froide entrant en métastabilité met plus longtemps pour atteindre la phase glace que son homologue dont la température élevée permet d'échapper ou presque à la surfusion. Mais là encore point de chaos, la statistique est seule maître à bord...

Il apparaît clairement que l'effet Mpemba s'explique par l'évaporation et les mouvements de convection de l'eau chaude, la présence de gaz dissout dans l'eau froide, la conduction thermique et enfin, et surtout, la surfusion de ces deux eaux. La surfusion m’apparaît comme étant le facteur primordiale et le chaos fournit les moyens d’étudier son évolution contrairement à la statistique.