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Pourquoi la glace flotte-t-elle ?

FLÂNEUR DES SCIENCES

L’un des grands jeux de l’apéro consiste à tenter de noyer un glaçon dans son verre. À moins d’appuyer dessus, c’est impossible, il remontera toujours à la surface.

On pourrait croire que la glace, puisqu’elle est dure, est plus lourde et coule au fond comme une pierre. Dans la nature, tous les éléments solides sont plus lourds que leur liquide. Sauf l’eau. Et ce fichu glaçon remonte toujours comme une bouée à la surface. Car l’eau qui se transforme en glace gagne en volume au lieu d’en perdre. Ce qui veut dire qu’à quantité égale d’eau elle prend plus de place que le cumul d’eau, qui a servi à devenir glaçon.

Ce gain de masse volumique atteint les 10 % et explique pourquoi une bouteille d’eau placée dans notre congélateur peut exploser ou plutôt se fissurer petit à petit sous la formation de la glace. Pas besoin de vider la moitié de la bouteille avant de la congeler, le 1/5 vous mettra largement à l’abri. Pour la flottaison, tout est question de poussée d’Archimède. À partir du moment où la glace occupe un plus grand volume que l’eau qui lui a servi à se transformer, elle flotte. Question de densité. Vu du verre de pastis, cela reste sans danger. Mais, à l’échelle de la planète, la nature est bien faite… 

 

Les molécules d’eau s’éloignent

 

Car, si la glace ne gagnait pas en volume au moment de sa formation, la banquise serait sous l’eau.
Pire, l’eau devenue glacée tomberait alors au fond des océans, laissant la surface regeler. Ainsi de suite jusqu’à ce que l’océan (ou un lac) ne soit qu’un vaste glaçon du fond à la surface, empêchant toute vie. Gain de volume, moins de densité, poussée d’Archimède… il est donc facile de comprendre que la glace flotte. Mais revenons à cette particularité chimique propre à l’eau. Pourquoi est-elle le seul élément à gagner en masse et donc à perdre en densité quand il devient solide ?

Habituellement, au moment de la solidification, les volumes des molécules d’un liquide diminuent. Les molécules se rétractent et se resserrent en quelque sorte. Or l’eau est composée de molécules d’hydrogène dont les liaisons sont tordues. Au moment de se cristalliser, ces  liaisons deviennent rectilignes : chaque molécule s’éloigne alors de ses voisines : en gelant, elle gagne donc en volume  comme si on étirait les mailles d’un pull.

 

Chronique réalisée en collaboration avec le Mag de Sud Ouest.
http://www.sudouest.fr/lemag/

Photo credit: Glaciar Perito Moreno via photopin (license)

Alexandre Marsat

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