L ‘eau est-elle compressible ?
L’eau est compressible, mais très peu : en conditions ordinaires, il faut une pression d’environ 20 fois la pression atmosphérique pour réduire son volume d’un millième seulement. C’est pourquoi, dans la vie courante comme en hydraulique, on la considère souvent comme incompressible. Cette faible compressibilité a pourtant des conséquences bien réelles, du fond des océans jusqu’aux canalisations de nos maisons.
Une compressibilité très faible
La compressibilité d’un fluide mesure la variation relative de son volume quand la pression augmente. Pour l’eau liquide à température ambiante, elle vaut environ 4,6 × 10⁻¹⁰ par pascal, ce qui revient à dire qu’une augmentation de pression d’un bar réduit le volume d’environ 0,005 %. À titre de comparaison, l’air, comme tous les gaz, se laisse comprimer des milliers de fois plus facilement : à température constante, doubler la pression divise son volume par deux.
Cette résistance s’explique par la structure du liquide : les molécules d’eau sont déjà très proches les unes des autres, et les rapprocher davantage exige des forces considérables.
Au fond des océans
Dans les grandes fosses océaniques, la pression dépasse mille fois la pression atmosphérique. L’eau y est comprimée de quelques pour cent : l’effet est faible à l’échelle d’un litre, mais il n’est pas négligeable à l’échelle des océans entiers, dont le niveau serait un peu plus élevé si l’eau était parfaitement incompressible. Les océanographes en tiennent compte dans le calcul de la densité de l’eau de mer.
Le coup de bélier
La compressibilité de l’eau se manifeste aussi à la maison. Lorsqu’on ferme brutalement un robinet ou une vanne, la colonne d’eau en mouvement est arrêtée net. Son énergie se transforme en une surpression qui se propage dans les tuyaux sous forme d’onde, à une vitesse proche de celle du son dans l’eau, environ 1 500 mètres par seconde dans un milieu illimité, un peu moins dans une conduite déformable. Cette onde fait vibrer et claquer les canalisations : c’est le coup de bélier, qui peut à la longue endommager les installations.
Pour s’en protéger, on installe des dispositifs anti-bélier : petits réservoirs contenant un coussin d’air ou de gaz, qui amortissent les surpressions, ou ballons de grande taille près des stations de pompage. Une fermeture plus progressive des vannes limite aussi le phénomène.
Une propriété utile, et une anomalie
La quasi-incompressibilité des liquides est à la base de l’hydraulique. Selon le principe de Pascal, une pression appliquée en un point d’un liquide enfermé se transmet intégralement dans tout le liquide : c’est ce qui permet aux presses hydrauliques, aux vérins et aux freins des voitures de multiplier une force. Ces systèmes utilisent en général de l’huile, mais le principe est le même.
L’eau présente en outre une curiosité. Chez la plupart des liquides, la compressibilité augmente avec la température. Celle de l’eau commence par diminuer quand on la chauffe, passe par un minimum vers 46 °C, puis augmente. Cette anomalie fait partie des nombreuses propriétés singulières de l’eau, liées aux liaisons hydrogène entre ses molécules.
vous devez être connecter pour déposer un commentaire connecter