Mettre du sel dans l'eau la fait-elle bouillir plus vite ?
― La température d'ébullition monte plutôt d'environ 0,2 °C
Avez-vous déjà entendu dire qu'en cuisant des pâtes, « mettre du sel fait bouillir l'eau plus vite » ? En y regardant de plus près, c'est presque l'inverse. Le sel fait légèrement monter la température à laquelle l'eau bout. Le bouillonnement soudain au moment où on l'ajoute n'est pas dû à une ébullition plus rapide.
Vous faites bouillir de l'eau dans une grande casserole pour cuire des pâtes. Au moment où de petites bulles commencent à monter du fond, vous ajoutez une pincée de sel.
À cet instant, les bulles jaillissent d'un coup, dans un grand « chuintement ». On dirait que le sel a appuyé sur un interrupteur pour déclencher l'ébullition.
On a envie de se dire : « décidément, le sel fait bien bouillir plus vite ». Mais si l'on plonge un thermomètre dans la casserole, le tableau est bien différent.
Deux raisons pour lesquelles « ça bout plus vite » est une idée fausse
Quand quelque chose se dissout dans l'eau, les molécules d'eau ont plus de mal à s'échapper dans l'air. Il faut donc une température plus élevée pour que ça bout. Avec 1 % de sel, elle monte d'environ 0,2 °C.
Dans l'eau chaude s'accumulent de l'air et de la vapeur sur le point de former des bulles. Les grains de sel, tout irréguliers, servent de « points de départ », et les bulles surgissent alors toutes ensemble.
Autrement dit, loin d'accélérer l'ébullition, le sel la retarde très légèrement. Mais l'écart est si petit qu'il ne dépasse pas une seconde. Voyons cela en détail.
Raison 1 : ce qui est dissous gêne « l'échappée » de l'eau
À la surface de l'eau, les molécules d'eau s'échappent sans cesse dans l'air. C'est ce qui forme la vapeur. Plus la température monte, plus cette échappée est vigoureuse.
La température d'ébullition est celle où cette vigueur équilibre le poids de l'air qui pèse par-dessus. À pression normale, c'est 100 °C.
Quand on dissout du sel dans l'eau, les grains de sel s'insèrent entre les molécules d'eau. La proportion de molécules d'eau en surface diminue, donc l'échappée s'affaiblit un peu. Pour retrouver la même vigueur, il faut monter un peu plus en température.
Regardez la partie gauche de la figure 1. L'eau pure bout à 100 °C. L'eau avec 1 % de sel dissous ne bout qu'à environ 100,2 °C.
Raison 2 : le grain de sel sert de « point d'appui » aux bulles
Alors, qu'est-ce que ce « chuintement » ? Dans une eau proche de l'ébullition, beaucoup d'air dissous et de vapeur sur le point de former des bulles se sont accumulés.
Or, les bulles ont du mal à naître spontanément au sein d'une eau lisse. Une bulle trop petite est écrasée par l'eau environnante. Pour qu'une bulle grandisse, il lui faut un « point d'appui », comme un petit interstice ou une aspérité.
Comme le montre la partie droite de la figure 1, la surface d'un grain de sel est pleine d'aspérités et retient de l'air dans ses interstices. Cela sert de point d'appui, et les bulles qui n'attendaient que ça grandissent toutes en même temps. Voilà le vrai responsable du « chuintement ».
De plus, quand le sel se dissout dans l'eau, il absorbe un peu de chaleur des alentours. Au moment où l'on ajoute le sel, l'eau refroidit donc très légèrement.
Le vrai but de saler l'eau des pâtes, c'est de saler les pâtes elles-mêmes. Si l'on sale après la cuisson, le sel ne pénètre pas jusqu'au cœur. Ce n'est pas pour « faire bouillir plus vite », mais pour « rendre plus savoureux ».
Si l'on jette une grosse poignée de sel juste avant une ébullition franche, les bulles peuvent jaillir d'un coup et projeter des éclaboussures. Éloignez visage et mains de la casserole, et ajoutez le sel petit à petit pour plus de sécurité.
En résumé
Ajouter du sel fait légèrement monter la température à laquelle l'eau bout. Sa dissolution refroidit aussi un peu l'eau. Ces deux effets retardent l'ébullition, mais l'écart est infime. Le « chuintement » au moment où l'on ajoute le sel vient simplement du fait que les grains servent de point d'appui aux bulles : ce n'est pas le signal d'une ébullition accélérée.
Le sel n'est pas une formule magique pour faire bouillir l'eau plus vite.
Il ne fait que donner aux bulles une « occasion de sortir ».
D'autres phénomènes du même genre montrent comment ce qui est dissous change les propriétés de l'eau. Si l'on jette du sel sur de la glace, la température descend au contraire en dessous de 0 °C (Pourquoi le sel sur la glace la rend-il plus froide que 0 °C ?). Les deux phénomènes ont la même racine : ils dépendent du « nombre de particules dissoutes ».
- Avec la même casserole, la même quantité d'eau et le même feu, faites bouillir une fois sans sel et une fois avec, et comparez le temps que cela prend. L'écart devrait être quasiment nul.
- Juste avant l'ébullition, mettez une pincée de sucre à la place du sel. Les bulles jaillissent aussi d'un coup. Preuve que n'importe quel grain rugueux, pas seulement le sel, peut servir de point d'appui.
- Si vous avez un thermomètre de cuisine, mesurez la température de l'eau en pleine ébullition, avant puis après avoir ajouté le sel.
※ Comme on manipule de l'eau bouillante, faites-vous toujours accompagner d'un adulte. Un thermomètre domestique ne permet souvent pas de lire un écart de 0,2 °C ; constater que « ça ne change presque pas » suffit largement.
Pour aller plus loin ― termes, formules et liens avec les manuels scolairesDu niveau collège jusqu'aux matières spécialisées universitaires, le niveau de chaque partie est indiqué
- CollègeNiveau des sciences au collège
- LycéeNiveau du programme de « chimie » au lycée
- Lycée+Contenu approfondi du lycée, ou encadré des manuels
- UniversitéContenu de matières spécialisées universitaires (chimie physique, thermodynamique), non vu au lycée
- RechercheSujet encore étudié activement par les chercheurs, pas encore enseigné comme un « acquis » même à l'université
CollègeTerminologie : ce phénomène a un nom
- Point d'ébullition : température à laquelle des bulles se forment activement même au cœur du liquide, déclenchant l'ébullition. Pour l'eau, à pression normale, c'est 100 °C.
- Élévation du point d'ébullition : phénomène par lequel dissoudre du sel, du sucre, etc. dans l'eau fait monter le point d'ébullition.
- Solution aqueuse : liquide dans lequel quelque chose est dissous dans l'eau. L'eau salée est une solution aqueuse de sel.
CollègeLycéeVérification par le calcul : avec 1 % de sel, de combien monte la température d'ébullition ?
Calculons le cas d'un litre d'eau (environ 1 kg) dans lequel on dissout 10 g de sel (environ 1 %). L'ampleur de la hausse du point d'ébullition dépend uniquement du nombre de particules dissoutes, presque pas de leur nature.
| En symboles | ΔT = i × Kb × m |
| En mots | Hausse du point d'ébullition = nombre de particules issues d'une molécule × constante propre à l'eau × quantité dissoute par kg d'eau (en moles) |
| D'où vient cette formule | Les particules dissoutes réduisent la vigueur d'évaporation de l'eau (pression de vapeur), ce qui décale vers le haut la température où elle équilibre la pression atmosphérique. Dans une solution diluée, ce « décalage » est proportionnel au nombre de particules. |
| Symbole ΔT | Hausse du point d'ébullition (en °C) |
| Symbole Kb (constante ébullioscopique molale de l'eau) | environ 0,52 °C·kg/mol |
| Symbole i (nombre de particules issues d'un sel dans l'eau) | 2, pour le sodium et le chlorure (cas idéal) |
| Symbole m (quantité dissoute par kg d'eau) | en mol/kg |
| Masse d'1 mole de sel | environ 58,44 g |
| Chaleur nécessaire pour élever 1 kg d'eau de 1°C | environ 4190 J |
| 10 g de sel, combien de moles ? (avec 1 kg d'eau, m a cette même valeur) | 10 ÷ 58,44 ≈ 0,171 |
| Converti en nombre de particules dissociées (i × m) | 0,171 × 2 = 0,342 |
| Hausse du point d'ébullition ΔT (°C) | 0,342 × 0,52 ≈ 0,18 |
| Chaleur nécessaire pour cette hausse de 0,18°C supplémentaire (J) | 4190 × 0,18 ≈ 754 |
| Secondes nécessaires, avec un apport de chaleur de 1000 W | 754 ÷ 1000 ≈ 0,75 |
La température d'ébullition monte d'environ 0,18 °C, ce qui retarde l'ébullition d'environ 0,75 seconde. Loin de « bouillir plus vite », c'est donc légèrement plus lent. Mais la présence ou non d'un couvercle, ou la puissance du feu, jouent bien plus, et cet écart se noie dans le bruit en cuisine. À titre indicatif, l'eau de mer (environ 3,5 % de sel) verrait son point d'ébullition monter d'environ 0,6 °C.
LycéeLycée+La chaleur de dissolution et le changement de facilité à chauffer
LycéeQuand le sel se dissout dans l'eau, il absorbe de la chaleur (réaction endothermique). Cette quantité est d'environ 3,9 kilojoules par mole. Pour 10 g de sel (environ 0,17 mole), cela fait environ 0,66 kilojoule, de quoi refroidir 1 kg d'eau d'environ 0,16 °C. Au moment où l'on ajoute le sel, l'eau ne se réchauffe donc pas, elle refroidit légèrement.
Lycée+Par ailleurs, l'eau salée aurait une « facilité à chauffer » (chaleur spécifique) légèrement inférieure à celle de l'eau pure. Chauffée avec le même feu, sa température monterait donc un tout petit peu plus vite. En compensant cet effet avec l'élévation du point d'ébullition, pour un taux de sel d'environ 1 %, les deux s'annulent presque, et le temps d'ébullition ne devrait quasiment pas changer.
UniversitéLoi de Raoult et propriétés colligatives
L'élévation du point d'ébullition se déduit en combinant la loi de Raoult, selon laquelle dans une solution diluée la pression de vapeur du solvant baisse proportionnellement à sa fraction molaire, et l'équation de Clausius-Clapeyron. La constante ébullioscopique molale Kb se calcule à partir du point d'ébullition et de la chaleur de vaporisation de l'eau. Une propriété qui ne dépend que du nombre de particules dissoutes est dite propriété colligative ; l'abaissement du point de congélation et la pression osmotique en font partie aussi. Dans une vraie eau salée, les ions s'attirent entre eux, si bien que i est un peu inférieur à 2, une valeur mesurée appelée coefficient de van 't Hoff. Le fait qu'une bulle ait besoin d'un point d'appui relève de la nucléation hétérogène.
📖 Pour la démonstration de la formule et pour aller plus loin : Élévation du point d'ébullition (Wikipédia, en japonais) ／ Propriétés colligatives (Wikipédia, en japonais)
RechercheCe qui n'est pas encore complètement élucidé
- Où naît la toute première bulle ? L'aspérité ou l'interstice du récipient d'où une bulle se met à grandir dépend de la forme fine de la surface et de la quantité d'air accumulé. Prédire avec précision le début de l'ébullition reste aujourd'hui difficile.
- Le comportement exact dans une eau très salée. Quand le sel se concentre, les interactions entre ions se renforcent et s'écartent des formules simples. Les modèles qui décrivent précisément cet écart continuent d'être améliorés.
- La manière dont la chaleur se transmet pendant l'ébullition. La taille à laquelle les bulles se détachent et la quantité de chaleur qu'elles transportent changeraient selon les substances dissoutes comme le sel. Comme cela concerne aussi la conception des centrales électriques, le sujet est étudié en détail.
Le contenu de cet article reflète donc lui aussi « ce que l'on comprend à ce jour ». Mais l'ordre de grandeur lui-même — « avec 1 % de sel, le point d'ébullition monte d'environ 0,2 °C » — est un résultat vérifié de longue date.
Liens avec les manuels scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / chapitre | Partie correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences 1re année « solutions aqueuses », « changements d'état et point d'ébullition » | Point d'ébullition, dissolution du sel |
| Lycée | Chimie « propriétés des solutions (élévation du point d'ébullition) », « chaleur de dissolution » | Vérification par le calcul, chaleur absorbée lors de la dissolution |
| Lycée+ | Approfondissement chimie/physique « chaleur spécifique et facilité à chauffer » | Compensation qui laisse presque tout inchangé |
| Université | Chimie physique « loi de Raoult », « propriétés colligatives » ; thermique « ébullition et nucléation » | Section universitaire |
| Recherche | Transfert de chaleur par ébullition, solutions électrolytiques concentrées | Ce qui n'est pas encore élucidé |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Le sel en cuisine, c'est pour le goût. En ajoutant du sel dans l'eau bouillante, tenez-vous à l'écart et versez-le petit à petit |
- Manuel scolaire agréé par le ministère de l'Éducation « Chimie » (propriétés des solutions : élévation du point d'ébullition et abaissement du point de congélation)
- Société chimique du Japon (dir.), Kagaku Binran — Kiso Hen (Manuel de chimie, édition fondamentale), Maruzen Publishing (森林総合研究所とは異なる出版社刊；日本化学会編『化学便覧 基礎編』, valeurs de constante ébullioscopique molale et de chaleur de dissolution)
- P. W. Atkins, J. de Paula, Atkins' Physical Chemistry (édition japonaise : アトキンス物理化学), Tokyo Kagaku Dojin (propriétés colligatives, loi de Raoult)
- Élévation du point d'ébullition - Wikipédia (en japonais)
※ Cet article est une vulgarisation scientifique à destination du grand public. Les valeurs indiquées sont des repères ou des approximations destinés à faire comprendre le mécanisme. Toute observation impliquant de l'eau bouillante doit toujours se faire en présence d'un adulte.