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passage rapide de l' état liquide à l'état gazeux ou vapeur ; la condensation est le phénomène inverse . L'ébullition se produit lorsqu'un liquide est chauffé jusqu'à son point d'ébullition , de sorte que sa pression de vapeur soit égale à la pression exercée par l' atmosphère environnante . L'ébullition et l'évaporation sont les deux principales formes de vaporisation des liquides .
Il existe deux principaux types d'ébullition : l'ébullition nucléée , où de petites bulles de vapeur se forment en des points précis ; et l'ébullition par flux de chaleur critique , où la surface d'ébullition est chauffée au-delà d'une certaine température critique et où un film de vapeur se forme à sa surface. L'ébullition de transition est une forme intermédiaire et instable d'ébullition, combinant des caractéristiques des deux types. Le point d'ébullition de l'eau est de 100 °C (ou 212 °F), mais il diminue en altitude en raison de la pression atmosphérique plus faible.
L'ébullition de l'eau est utilisée pour la rendre potable en détruisant les microbes et les virus qui pourraient s'y trouver. La sensibilité des différents micro-organismes à la chaleur varie, mais si l'eau est maintenue à des bactéries .
L'eau bouillante est également utilisée dans plusieurs méthodes de cuisson , notamment l'ébullition , le blanchiment , la cuisson à la vapeur et le pochage .
la convection naturelle , où le fluide plus chaud remonte en raison de sa densité légèrement inférieure . Ce phénomène se produit uniquement lorsque la surchauffe est très faible, c'est-à-dire lorsque la surface chaude proche du fluide atteint une température presque identique à son point d'ébullition.Nucléer
L'ébullition nucléée se caractérise par la formation de bulles ou d'éclats à la surface d'une électrode chauffée (nucléation hétérogène). Ces bulles se forment à partir de points discrets de la surface, dont la température est légèrement supérieure à celle du liquide. En général, le nombre de sites de nucléation augmente avec la température de surface.
Une surface irrégulière du récipient (rugosité accrue) ou l'ajout d'agents tensioactifs et/ou de nanoparticules au fluide favorisent l'ébullition nucléée sur une plage de températures plus étendue , tandis qu'une surface exceptionnellement lisse, comme celle du plastique, est propice à la surchauffe . Dans ces conditions, un liquide chauffé peut présenter un retard d'ébullition et sa température peut légèrement dépasser le point d'ébullition sans toutefois bouillir.
La nucléation homogène, où les bulles se forment à partir du liquide environnant plutôt qu'à la surface, peut se produire si le liquide est plus chaud en son centre et plus froid à la surface du récipient. C'est le cas, par exemple, dans un four à micro-ondes, qui chauffe l'eau et non le récipient.
Flux de chaleur critique
Le flux thermique critique (FTC) décrit la limite thermique d'un phénomène où un changement de phase se produit lors du chauffage (comme la formation de bulles sur une surface métallique servant à chauffer de l'eau ), ce qui diminue brutalement l'efficacité du transfert de chaleur et provoque ainsi une surchauffe localisée de la surface chauffante. Lorsque la surface en ébullition dépasse une température critique, un film de vapeur se forme à sa surface. Ce film de vapeur étant beaucoup moins apte à évacuer la chaleur de la surface, la température augmente très rapidement au-delà de ce point, atteignant le régime d'ébullition transitoire . Le point auquel ce phénomène se produit dépend des caractéristiques du fluide en ébullition et de la surface chauffante considérée.
Transition
L'ébullition de transition peut être définie comme l'ébullition instable qui se produit à des températures de surface comprises entre la température maximale atteignable en ébullition nucléée et la température minimale atteignable en ébullition pelliculaire.
La formation de bulles dans un liquide chauffé est un processus physique complexe qui implique souvent la cavitation et des effets acoustiques, comme le sifflement à large spectre que l'on entend dans une bouilloire qui n'est pas encore chauffée au point où les bulles remontent à la surface.
Film
Influence de la géométrie
L'ébullition de la piscine
L'ébullition en bassin désigne l'ébullition en l'absence de convection forcée. Le flux est alors dû aux gradients de densité et peut présenter n'importe lequel des régimes mentionnés précédemment.
Ébullition en flux continu
L'ébullition en écoulement continu se produit lorsque le fluide en ébullition circule, généralement dans des conduites. Son mouvement peut être généré par des pompes, comme dans les centrales électriques, ou par des gradients de densité, comme dans un thermosiphon ou un caloduc. Les écoulements en ébullition en écoulement continu sont souvent caractérisés par un paramètre de fraction de vide, qui indique la fraction du volume du système qui est sous forme de vapeur. On peut utiliser cette fraction et les densités pour calculer le titre de vapeur , qui correspond à la fraction massique en phase gazeuse. L'ébullition en écoulement continu peut être très complexe, avec une forte influence de la densité, des débits et du flux de chaleur, ainsi que de la tension superficielle. Un même système peut présenter des régions en phase liquide, gazeuse et diphasique. Ces régimes diphasiques peuvent conduire à certains des meilleurs coefficients de transfert thermique.
ébullition confinée
L'ébullition confinée désigne l'ébullition dans des géométries confinées, généralement caractérisées par un nombre de Bond qui compare l'espacement entre les parois à la longueur capillaire. Les régimes d'ébullition confinée deviennent prépondérants lorsque Bo < 0,5. Ce régime est dominé par les « bulles de vapeur résiduelles » laissées après le départ de la vapeur . Ces bulles servent de germes pour la croissance de la vapeur. L'ébullition confinée présente généralement un coefficient de transfert thermique plus élevé, mais un flux critique de chaleur (CHF) plus faible que l'ébullition libre. Le CHF se produit lorsque la force d'impulsion de la vapeur à l'interface diphasique équilibre la tension superficielle et les forces hydrostatiques combinées, entraînant la croissance irréversible de la zone sèche . L'ébullition confinée est particulièrement prometteuse pour le refroidissement des composants électroniques.
Physique
Le point d'ébullition d'un élément à une pression donnée est une caractéristique de cet élément. Ceci est également vrai pour de nombreux composés simples, comme l'eau et les alcools simples . Une fois l'ébullition amorcée, et pourvu qu'elle reste stable et que la pression soit constante, la température du liquide en ébullition demeure constante. C'est cette propriété qui a conduit à l'adoption du point d'ébullition comme définition de 100 °C.
Distillation
Les mélanges de liquides volatils possèdent un point d'ébullition spécifique, produisant une vapeur dont la composition reste constante : c'est le mélange à point d'ébullition constant . Cette propriété permet de séparer, totalement ou partiellement, les mélanges de liquides par ébullition, et est notamment connue pour la séparation de l'éthanol et de l'eau.
Utilisations
Réfrigération et climatisation
La plupart des systèmes de réfrigération et certains systèmes de climatisation fonctionnent en comprimant un gaz pour le liquéfier, puis en le laissant bouillir. Ce gaz absorbe la chaleur ambiante, refroidissant ainsi le réfrigérateur ou le congélateur, ou l'air entrant dans un bâtiment. Parmi les liquides utilisés, on trouve généralement le propane , l'ammoniac , le dioxyde de carbone ou l'azote .
Pour rendre l'eau potable
L'ébullition à des microbes responsables de maladies intestinales . Le point d'ébullition de l'eau est Dans les régions disposant d'un système de purification d'eau adéquat , cette méthode est recommandée uniquement en cas d'urgence ou pour obtenir de l'eau potable en milieu isolé ou rural, car elle ne permet pas d'éliminer les toxines chimiques ni les impuretés.
L'élimination des micro-organismes par ébullition suit une cinétique de premier ordre : à haute température, elle est plus rapide, et à basse température, plus lente. La thermosensibilité des micro-organismes varie ; à de Giardia (responsables de la giardiase ) peuvent être complètement inactivées en dix minutes, tandis que la plupart des microbes affectant l'intestin et Escherichia coli ( responsable de la gastro-entérite ) le sont en moins d'une minute. Au point d'ébullition, Vibrio cholerae ( responsable du choléra ) est éliminé en dix secondes et le virus de l'hépatite A (responsable de la jaunisse ) en une minute. L'ébullition ne garantit pas l'élimination de tous les micro-organismes ; les spores bactériennes de Clostridium peuvent survivre à une stérilisation complète de l'eau n'est pas nécessaire.
Le conseil traditionnel de faire bouillir l'eau pendant dix minutes vise principalement à renforcer la sécurité, car les microbes commencent à être éliminés à des températures supérieures à , et à ce stade, l'eau est désinfectée. Bien que le point d'ébullition diminue avec l'altitude, cette diminution est négligeable et n'affecte pas le processus de désinfection.
En cuisine
L’ébullition est une méthode de cuisson des aliments dans de l’eau bouillante ou d’autres liquides à base d’eau comme le bouillon ou le lait . Le mijotage est une ébullition douce, tandis que le pochage consiste à faire bouger le liquide de cuisson sans qu’il bouillonne vraiment.
Le point d'ébullition de l'eau est généralement considéré comme étant prend généralement plus de temps, car le point d'ébullition dépend de la pression atmosphérique . À environ autocuiseur, élève la température du contenu au-delà du point d'ébullition à l'air libre.sublimation, que ce soit ou non à son point d'ébullition.