Pourquoi la porte du frigo colle-t-elle en été ?

La question

Parfois -particulièrement en été- la porte du frigo ou du congélateur colle. Vous avez beau forcer, elle ne semble pas vouloir s'ouvrir. Savez-vous d'où vient cette résistance ?
Frigidaire

La réponse

La réponse est intuitive et tient en trois mots: différence de pression. Prenons un frigo en été: l'expérience nous montre que la porte ne colle pas au premier essai, mais seulement au second.
 
Vous le savez certainement, l'air chaud se dilate: il prend plus de place que de l'air froid. Lors de la première ouverture, de l'air à température et pression ambiante s'est engouffré dans le frigo. Lorsque la porte est fermée, et parce que le frigo est froid, cet air chaud se refroidit rapidement, se contracte et prend donc moins de place. Mais comme le volume du frigo ne change pas, l'air froid dispose de plus d'espace qu'il ne lui en faut : sa pression diminue. La pression à l'intérieur du frigo devient plus faible que celle de l'extérieur et la porte est aspirée: elle colle.
 
Logo astuce
Le joint de la porte du frigo n'est pas parfaitement étanche. Attendez donc quelques minutes, le temps que de l'air s'infiltre : les pressions s'égalisent à nouveau et la porte s'ouvre sans problème.
 
Un peu plus d'explication
 
Nous venons de répondre à la question d'un point de vu phénoménologique. C'est à dire par des explications empiriques sans vraiment de démonstration scientifique. Voici donc quelques explications supplémentaires pour mieux comprendre ce qu'est la pression.
 
Logo définition
La pression est une force exercée par un fluide orthogonalement  (perpendiculairement) à une surface.  Dans notre cas, il s'ait donc de la force qu'exerce l'air sur la porte du frigo, ceci à l'intérieur ou à l'extérieur du frigo.
 
Mieux appréhender la pression
Imaginez un jet d'eau sur une vitre : plein de petites gouttelettes d'eau viennent s'écraser sur la surface en verre. Chacune de ces gouttes crée une force d'impact toute petite sur la vitre. La pression du jet sur la vitre, c'est tout simplement la somme de toutes les forces dues aux impacts des gouttes d'eau sur cette vitre.
 
Dans la réalité, toute matière est composée de petites molécules que l'on pourrait assimiler aux gouttes de notre exemple. Même quand la matière est un solide qui ne bouge pas, les molécules qui le composent sont toujours en mouvement, on appelle cela le mouvement Brownien. Elles bougent aléatoirement et leur vitesse dépend de la température. (plus précisément, la température est une mesure de la vitesse des molécules appelée agitation thermique: cf: Pourquoi les bons plats de Mamie refroidissent-ils si vite ? )
 
D'un point de vue microscopique, c'est donc l'excitation (ou la température) des atomes du fluide (ici l'air) qui induit une vitesse plus ou moins grande de ces atomes et qui fait donc varier la force d'impact qu'ils auront en venant se cogner sur une surface (la porte du frigo). La résultante (= la somme) de ces micro-forces d'impact est appelée la pression.
 
La vitesse à laquelle les atomes évoluent au sein d'un fluide dans ce mouvement aléatoire, et par conséquent la force de leurs impacts sur la paroi est directement liée à leur température. La pression est donc notamment dépendante de la température du fluide. Pour ceux que cela intéresse, rappelez vous la formule des gaz parfaits PV=nRT ou la formule de Van der Waals pour les gaz réels:
 
Liaison van der Waals
V : Volume
Vm : Volume molaire
n : Quantité de matière
T : Température
p : Pression
R : Constante universelle des gaz parfaits
a : Pression de cohésion
b : Covolume
 
Pour simplifier, considérons l'air comme un fluide parfait et utilisons la formule PV=nRT:  lors de la première ouverture du frigo, une certaine quantité n d'air est entrée. R ne change pas et T la température diminue. Le produit PV diminue. Comme le volume V du frigo ne change pas, c'est donc que la pression P diminue. La pression à l'intérieur du frigo est donc moindre que celle à l'extérieur, la porte est aspirée et colle.
 
En résumé...
 
Lorsque le frigo est ouvert une première fois en été, de l'air chaud s'engouffre dans le frigo. Une fois la porte refermée, cet air est refroidit et il diminue de volume. Comme le volume du frigo ne change pas, c'est la pression de l'air à l'intérieur qui diminue alors (baisse de température dans un volume constant = baisse de pression). La pression intérieur est plus faible que la pression extérieur, la porte est aspirée vers l'intérieure et colle.

Pour aller plus loin...

- cours de physique niveau secondaire (pour l'explication et les principes généraux)
- cours de physique niveau cours préparatoire (pour la démonstration et les formules)
 
 
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