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A quelle température l’eau gèle-t-elle?

Publié dans Physique

Surprise!

On nous a toujours appris que l’eau gèle à 0°C, 32°F ou 273.15°K. Cependant, il est possible de la garder liquide à de plus basses températures! Des scientifiques ont réussi à refroidir l’eau à -42°C en laboratoire.

Qu’est-ce que la surfusion?

La surfusion est l’état d’une substance qui reste liquide au-delà de son point de solidification!

Un bon exemple de ce phénomène peut s’observer dans la vie de tous les jours en météorologie : les nuages en haute altitude sont une accumulation de gouttes d’eau en surfusion, en dessous de leur point de solidification. Comment est-ce possible?

Pour pouvoir geler l’eau, il est nécessaire de lui fournir une petite quantité d’énergie (ex: vibration) ou de posséder un noyau qui déclenche sa cristallisation. L’absence de germes de cristal en haute altitude empêche la congélation des gouttelettes d’eau des nuages malgré les basses températures. Ceci explique aussi pourquoi il est possible de garder à -10°C de l’eau liquide dans une bouteille à l’intérieur de votre congélateur : elle n’entre pas en contact avec une forme d’énergie extérieure. Si vous avez déjà fait cette expérience, vous auriez pu secouer la bouteille et vous auriez vu de la glace se former toute seule. Vous avez aussi peut-être déjà observé une pluie de verglas : une pluie en surfusion. Celle-ci se transforme instantanément en glace lorsqu’elle touche des branches d’arbres ou le sol!

Quand la surfusion a-t-elle été découverte?

La surfusion a été découverte en 1724 par Daniel Gabriel Fahrenheit, mais même aujourd’hui, ce phénomène reste un sujet de débat intense.

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À travers les 60 dernières années, l’existence de liquides en surfusion a apporté de grands débats sur la compatibilité de la structure interne des liquides avec la cristallisation. Des hypothèses affirment qu’une grande proportion des atomes dans un liquide s’arrange en réseaux pentagonaux. Cependant, pour former un cristal, il faut que les atomes soient reliés dans une structure qui puisse se reproduire périodiquement, remplissant l’espace au complet. Ceci n’est pas possible avec des réseaux à base de quintuples d’atomes.

Pour mieux comprendre, voici un exemple : un plan dans un espace à deux dimensions ne peut être rempli par des pentagone uniquement, alors que des triangles, rectangles et hexagones peuvent le remplir parfaitement. Dans cet exemple, les pentagones sont un obstacle à la cristallisation, similairement aux réseaux d’atomes pentagonaux.

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Conclusion

Dans la vie de tous les jours, la structure atomique des liquides formée en dessous de leur point de solidification est parfois incompatible avec la cristallisation. Ces liquides ne gèlent lorsqu’ils entrent en contact avec une petite quantité d’énergie ou un noyau qui déclenche leur cristallisation. Cela explique pourquoi l’on peut garder de l’eau liquide à une température inférieure à celle de son point de solidification!


Publié par Luka Lafaye de Micheaux, traduit par Rémy Samkocwa

Hackdown est une communauté d'étudiants partageant leur passion et savoir fondée par Luka Lafaye de Micheaux et Rémy Samkocwa le 16 Janvier 2019.

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