Condensation de la vapeur d'eau

Cette expérience montre que la vapeur d'eau, qui est un gaz invisible dans l'air, se condense en brouillard à l'approche de l'azote liquide.

1 Matériel et produits

• Azote liquide
• Récipients en verre
• Eau froide et chaude

2 La vapeur d'eau de l'air expiré

Azote liquide versé dans de l'eau très chaude : formation d'un brouillard très épais par condensation de la vapeur d'eau.

• On souffle de l'air sur un récipient contenant de l'azote liquide  : un magnifique brouillard blanc semble sortir du récipient.

3 La vapeur d'eau au-dessus de l'eau

• Verser de l'azote liquide dans un récipient contenant de l'eau froide, et dans un autre contenant de l'eau chaude.
• On observe un brouillard au-dessus de chacun des récipient, mais celui qui contient l'eau chaude présente un brouillard bien plus dense.

4 Explications

• La vapeur d'eau est un gaz invisible, mais lorsqu'elle est refroidie par la basse température de l'azote liquide (–196°C), la vapeur se condense en microscopiques gouttelettes que l'on appelle brouillard.
• L'air que nous expulsons de nos poumons à chaque respiration est chargé en vapeur d'eau. Le brouillard blanc semble sortir de la bouteille, mais il s'agit bien de notre souffle qui en est à l'origine !
• Au-dessus de l'eau liquide, il existe toujours de la vapeur d'eau : c'est un équilibre physique. Il est faux de penser que la vapeur d'eau ne peut exister qu'à partir de 100°C (température d'ébullition de l'eau). En effet, l'eau s'évapore même à température ambiante ! Sinon comment le linge étendu pourrait-il sécher ? Et même à des températures négatives, lorsque l'eau est solide, elle peut s'évaporer. Il ne faut pas confondre l'évaporation et l'ébullition.
• Au-dessus de l'eau chaude, la quantité de vapeur d'eau est beaucoup plus grande. Il y a donc une formation d'un épais brouillard.

5 En savoir plus

• Le brouillard que nous observons dehors lorsqu'il fait froid vient du même phénomène, de même que les nuages dans l'atmosphère : une masse d'air chargée en humidité arrive dans une zone où la température est plus basse. Or la quantité d'humidité que peut contenir l'air diminue quand la température diminue. Il en résulte une condensation de la vapeur d'eau en eau liquide lorsqu'on dépasse la valeur maximale. Voir aussi l'expérience : Panache de brouillard.
• La couleur blanche des nuages ou du brouillard vient du fait que la lumière est diffusée dans toutes les directions.

6 Vidéo

• Condensation de l'air humide expiré (1 Mo, format AVI), © Michel Bultingaire - Lycée Saint Exupéry, Fameck.
• Condensation de la vapeur d'eau froide (1,7 Mo, format AVI), © Michel Bultingaire - Lycée Saint Exupéry, Fameck.
• Condensation de la vapeur d'eau chaude (1,6 Mo, format AVI), © Michel Bultingaire - Lycée Saint Exupéry, Fameck.

Avec l'aimable autorisation de Michel Bultingaire.