Des chercheurs ont mesuré la plus petite goutte d’eau capable de former de la glace stable. Elle ne contient pas plus de 90 molécules. © slay19, Adobe Stock

Sciences

La glace d'eau révèle quelques-uns de ses secrets

ActualitéClassé sous :physique , Glace , Eau

La transformation de l'eau en glace peut sembler être un processus extrêmement banal auquel même monsieur tout le monde a accès, pour peu qu'il dispose d'un congélateur. Mais aux yeux des chercheurs, cette transition garde encore quelques secrets qu'ils tentent aujourd'hui de percer.

La transition entre l'eau et la glace est l'une des plus importantes transformations que l'on puisse observer sur notre Terre. Elle influe sur notre climat et régule la vie. C'est pourquoi tant de chercheurs travaillent activement à mieux comprendre les processus en jeu. Et aujourd'hui une équipe internationale s'intéresse aux conditions limites de la formation de la glace, et des chercheurs français expliquent pourquoi elle glisse si bien.

Rappelons avant tout que sur notre Planète, la glace existe presque exclusivement sous une forme cristalline très ordonnée et thermodynamiquement stable que les physiciens nomment glace I. Lorsque dans notre atmosphère, des gouttes d’eau se forment, elles peuvent geler puis s'agglomérer en plus gros cristaux et enfin, en nuages. Mais les chercheurs savent qu'au-dessous d'un certain diamètre, les gouttelettes d'eau ne peuvent plus former de glace I.

Et des chercheurs, de l'université de Göttingen (Allemagne) et des universités de l’Utah et de Californie (États-Unis) notamment, sont enfin parvenus à mettre au point un protocole expérimental et des modèles informatiques leur permettant d'accéder à cette limite. Leurs résultats montrent clairement qu'elle se situe aux environs de gouttes formées de 90 molécules d'eau seulement. Des gouttelettes dont le diamètre ne dépasse pas les deux nanomètres, c'est environ un million de fois plus petit qu'un flocon de neige.

Autre conclusion de leurs travaux : les gouttelettes d'eau de cette taille ont tendance à osciller entre un état liquide et un état solide. Un comportement prédit par la théorie il y a plusieurs années déjà, mais qui n'avait encore jamais pu être observé.

L’eau liquide est réputée être un mauvais lubrifiant. Pourtant, le caractère glissant de la glace est attribué à un mince film d’eau qui se forme sur celle-ci par frottement. Des chercheurs français proposent aujourd’hui une explication. © Di Studio, Adobe Stock

Pourquoi la glace glisse-t-elle ?

Les chercheurs du CNRS et de l'ENS-PSL - avec le soutien d'une équipe de l'École polytechnique - ont quant à eux réussi, pour la première fois, non seulement à démontrer qu'un frottement génère effectivement une mince couche d'eau liquide sur la glace, mais aussi à mesurer ce film. Celui-là même qui explique le caractère glissant de la glace.

Pour sonder la glace, ils ont utilisé un banal diapason, comme ceux que l'on emploie en musique. Et surprise, avec une épaisseur mesurée de quelques centaines de nanomètres à un micron, le film d'eau liquide formé sur la glace apparaît beaucoup plus mince que prévu par la théorie.

Un mince film semblable à du granité

Il est par ailleurs constitué d'une eau aussi visqueuse que de l'huile, avec des propriétés viscoélastiques complexes. Un comportement inattendu suggérant que la glace de surface ne se transforme pas complètement en eau liquide, mais se retrouve plutôt dans un état mixte proche du « granité ». Un résultat qui pourrait aider à trouver des solutions innovantes pour augmenter la friction afin d'éviter, par exemple, les dérapages sur les routes glacées.

  • Les plus petites gouttes d’eau capables de se transformer en une glace thermodynamiquement stable ne contiennent pas plus de 90 molécules.
  • Le film qui se forme par frottement sur une surface glacée est bien plus mince que prévu.
  • Et il est constitué d’une eau aussi visqueuse que l’huile.
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