Eau | Dr. Goulu

La glace-9 de Vonnegut peut-elle exister ?

Mon, 05 Nov 2012 00:00:00 +0000

Je viens de découvrir chez une réponse à la question que je me posais depuis la lecture du “Berceau du Chat”, encore un vieux mais bon livre de S.F \[1\]. Je traduis l’article complet:

Question: Est-il possible de créer une substance comme la de Kurt Vonnegut, qui pourrait se lier à l’eau, en particulier l’eau de mer et se répliquer comme un virus en solidifiant les océans et toute l’eau sur Terre?

Réponse du Physicien : Non. En fait il existe une , mais elle n’a rien de spécial.

Les cristaux sont en général “auto-réplicants”. Une fois qu’un cristal est présent, la matière première environnante qui se place dans dans le réseau cristallin cause une baisse de l’énergie totale, mais bizarrement il faut dépenser un peu d’énergie pour commencer le cristal. Vous pouvez voir ceci en action avec de l’ : l’eau est tellement froide qu’elle devrait geler, mais aucun arrangement des molécules d’eau ne permet de commencer le cristal de glace.

Eau surfondue gelant au contact de glace existante

Le premier minuscule cristal qui démarre la boule de neige est appelé un “germe”. Souvent il n’est pas nécessaire car des impuretés de l’environnement peuvent ressembler à du cristal et les groupes d’atomes prêts à cristalliser peuvent s’y déposer. On appelle ces impuretés des “sites de ”.

Il pourrait paraître étrange de parler de formes d’eau solide différentes de la “glace” habituelle, mais il faut se souvenir que de nombreuses substances sont capables de cristalliser de plusieurs manières. Par exemple le et le sont fait d’exactement la même matière, l’oxyde d’aluminium, simplement arrangé différemment en fonction de l’environnement dans lequel ils se forment. (Note du 10.11.12: ceci n’est pas correct. Comme Ethaniel l’a soulevé dans un commentaire.)

L’oxyde d’aluminium sous formes saphir et rubis

L’eau en particulier cristallise sous un nombre surprenant de formes. Jusqu’ici, on a découvert 15 formes différentes de glace d’eau, mais une seule peut se former naturellement sur la Terre, la Glace-I. Même au fond de la fosse des Mariannes, la pression n’est de loin pas suffisante pour une autre .

Les différents états de l’eau et de la glace en fonction de la pression et de la température. La ligne rouge horizontale correspond à la pression à la surface de la Terre

Une règle générale est que si quelque chose veut cristalliser et se trouve dans un environnement ou c’est possible, ça arrivera. Même s’il n’y a pas de germe cristallin présent, un site de nucléation apparaîtra tôt ou tard et le cristal pourra se former et croître.

L’idée de la glace-9 de Vonnegut est qu’il pourrait exister une forme cristalline de l’eau qui cristallise rapidement à la pression et température de la surface terrestre. Si ça se pouvait, alors à un certain moment en quelques milliards d’années, à un certain endroit de nos gigantesques océans, un petit cristal de glace-9 aurait du apparaître et envahir le monde.

Nous avons déjà vu ça sur d’autres mondes précisément baptisés “lunes glacées”. Par exemple, a beaucoup d’eau, et son environnement (pression et température) permet la formation de glace-I. Sans surprise, Europe a subi il y a longtemps une “catastrophe du type Glace-I” qui a solidifié toute son eau, du moins à sa surface.

Pour résumer, si l’eau terrestre avait trouvé un moyen de cristalliser à température ambiante, elle l’aurait fait dès que possible, il y a très longtemps.

Bon, je retiens quand même qu’on a toujours pas démontré que la glace-I correspond à un minimum global d’énergie de l’eau à pression/température ambiante, et que le fait que la permet de maintenir le suspense science-fictionnesque.

Référence: Kurt Vonnegut (1972). Le Berceau du chat. Seuil.

"Saumurite" de la mort filmée en Antarctique

Sat, 26 Nov 2011 00:00:00 +0000

Après avoir vu ça, je me suis dit une fois de plus qu’on vit sur une planète aussi étrange que surprenante:

Plutôt que de réécrire la roue, je traduis ci-dessous l’explication du phénomène ci-dessus donnée sur la .

Comment se forme une “saumurite”*

Dr Mark Brandon,Océanographe polaire,The Open University

L’eau de mer qui gèle ne fait pas de la glace semblable à celle que vous faite dans votre congélateur. Au lieu d’un bloc de glace compact, ça ressemble plutôt à une éponge imbibé d’eau de mer avec un fin réseau de canaux de saumure à l’intérieur.

En hiver, la température au dessus de la banquise peut être en dessous de -20°C alors que l’eau de mer n’est qu’à environ -1.9°C. Un flux de chaleur monte de la mer plus chaude vers l’air très froid, en formant la glace par le fond. Le sel dans cette nouvelle glace est concentré et poussé dans les canaux de saumure. Et puisqu’il est très froid et salé, il est plus dense que l’eau en dessous.

Le résultat est que la saumure coule dans une colonne descendante. Mais lorsque cette saumure extrêmement froide quitte la glace de la banquise, elle congèle l’eau de mer qui entre en contact avec elle. Ceci forme un fragile tube de glace autour de la colonne descendante, qui forme ce qui a été appelé une “saumurite”.

Les “saumurites” se trouvent dans l’Arctique et l’Antarctique, mais l’eau doit être relativement calme pour qu’elles deviennent aussi longues que celles observées par l’équipe de “Frozen Planet”.

La glace rampante

Avec des caméras filmant en accéléré, des spécialistes ont filmé de l’eau salée rejetée de la banquise et coulant. La température de cette saumure étant bien en dessous de 0°C provoque la congélation de l’eau sur une mince coquille autour d’elle.

Là où cette “saumurite” rencontre le fond de la mer, elle forme une toile de glace qui gèle tout ce qu’elle touche, y compris oursins et étoiles de mer.

Ce phénomène inhabituel a été filé pour la première fois par les cameramen Hugh Miller et Doug Anderson pour la série “Frozen Planet” de la BBC 1.

Miller a mis en place l’équipement nécessaire pour filmer la croissance d’une “saumurite” sous la glace de Little Razorback Island, près de l’archipel de Ross en Antarctique.

“Alors que nous explorions les environs de cette île, nous avons découvert une zone qui avait déjà 3 ou 4 saumurites, et une était en train de se former” raconte Mr. Miller

Les plongeurs spécialistes notèrent les températures afin de revenir sur zone dès que les mêmes conditions se répéteraient.

“C’était un peu une course contre la montre, car personne ne savait vraiment à quelle vitesse elles se formaient.” dit Mr Miller.

“Celle que nous avions vu une semaine avant s’allongeait devant nos yeux, et le processus complet n’a pris que 5 ou6 heures.”

Envers et contre tout

Hugh Miller filmant la saumurite avec tout son matériel (c) D. Anderson

L’emplacement, sous la glace aux large des contreforts du volcan Mont Erebus, dans de l’eau à -2°C, n’était pas facile d’accès…

“Le site était difficile à atteindre. Il était loin du trou et il y avait des passages très étroits entre la glace et le fond”, a expliqué Mr Miller.

“Je m’en souviens comme d’une bagarre.. Et le matériel est très lourd car il doit rester au fond et ne pas bouger pendant de longues périodes”

A part le montage du matériel, les cinéastes ont aussi du gérer les interférences avec la faune locale. Les gros phoques n’ont eu aucun problème à inspecter les lieux en détruisant les saumurites ainsi que l’équipement du tournage. “Le premier accéléré que j’ai fait, un phoque l’a flanqué par terre” dit Mr Miller.

Mais les efforts de l’équipe ont été finalement récompensés par le premier film de la formation d’une saumurite.

Note* : j’ai traduit le néologisme anglais “ ” par “saumurite”, comme “stalactite de saumure”, mais si vous avez une meilleure idée, proposez-la dans les commentaires…

Il neige de beaux flocons !

Tue, 23 Jan 2007 00:00:00 +0000

Voici enfin la première neige, (pourvu que ça dure…), l’occasion rêvée de se demander pourquoi les flocons de neige sont si beaux et variés.

Oui, le “bâton percé” est aussi un “flocon” de neige!

Justement il y a un excellent article ¹ à ce sujet dans le Pour La Science de février 2007. Le site de l’auteur montre de nombreuses images figurant aussi dans l’article, de même que ce diagramme :

Ce diagramme montre dans quelles conditions de température et d’humidité se forment les principaux types de flocons, le long de la courbe qui définit la saturation en eau. C’est là le point important : les flocons se forment à partir de vapeur qui se condense et se solidifie instantanément autour de particules déjà solidifiées.

Les turbulences qui entrainent les flocons dans les nuages font varier les conditions de température et d’humidité pendant la formation des flocons, ce qui donne une énorme variété de formes.

J’adore cette histoire : depuis 1932 et pendant toute la 2ème guerre mondiale, le physicien nucléaire japonais Ukishiro Nakaya a été nommé professeur au nord du Japon, où il n’y avait aucune installation nucléaire. Il a donc étudié la neige jusqu’en 1954, année où il publia un ouvrage magistral en la matière, répertoriant des centaines de formes de flocons de neige classées dans les catégories ci-dessous:

Comme quoi un physicien peut être un peu poête, même dans un pays ravagé …

Référence :

Kenneth Libbrecht, “ ”, Pour la Science N°352 - fevrier 2007