On dit que l’eau » bout » lorsque les bulles de vapeur d’eau se développent sans limite, éclatant à la surface. Pour qu’une bulle de vapeur se développe, la température doit être suffisamment élevée pour que la pression de vapeur dépasse la pression ambiante (la pression atmosphérique, principalement). En dessous de cette température, une bulle de vapeur d’eau se rétracte et disparaît.
La surchauffe est une exception à cette règle simple ; on observe parfois qu’un liquide ne bout pas alors que sa pression de vapeur dépasse effectivement la pression ambiante. La cause en est une force supplémentaire, la tension superficielle, qui supprime la croissance des bulles.
La tension superficielle fait que la bulle se comporte comme un ballon en caoutchouc (plus précisément, un ballon sous-gonflé pour que le caoutchouc soit encore élastique). La pression à l’intérieur est légèrement augmentée par la » peau » qui tente de se contracter. Pour que la bulle se dilate, la température doit être élevée légèrement au-dessus du point d’ébullition afin de générer une pression de vapeur suffisante pour surmonter à la fois la tension de surface et la pression ambiante.
Ce qui rend la surchauffe si explosive, c’est qu’une bulle plus grande est plus facile à gonfler qu’une petite ; tout comme lorsqu’on gonfle un ballon, le plus difficile est de commencer. Il s’avère que la surpression due à la tension de surface est inversement proportionnelle au diamètre de la bulle. Cela signifie que si les plus grosses bulles d’un récipient n’ont que quelques micromètres de diamètre, il faudra peut-être dépasser le point d’ébullition de plusieurs degrés Celsius pour vaincre la tension superficielle. Lorsqu’une bulle commence à grossir, la pression due à la tension superficielle diminue, ce qui entraîne une expansion explosive. En pratique, la plupart des récipients présentent des rayures ou d’autres imperfections qui emprisonnent des poches d’air à l’origine des bulles de départ. Mais un récipient de liquide qui ne contient que des bulles microscopiques peut surchauffer de façon spectaculaire.