L'eau gèle à zéro degrés Celsius car c'est à cette température que les molécules d'eau ralentissent suffisamment pour former une structure ordonnée solide, ce qu'on appelle la glace.
L'eau a plusieurs particularités étonnantes, comme le fait qu'elle soit l'une des rares substances à augmenter de volume lorsqu'elle gèle. Habituellement, les substances deviennent plus denses en refroidissant, mais l'eau est différente : sa densité maximale se produit à environ 4°C. En-dessous de cette température, elle commence à se dilater, d'où le fait que la glace flotte à la surface des mares ou des lacs. Cette étrangeté est causée par les fameuses liaisons hydrogène, qui structurent les molécules d'eau d'une façon plutôt originale. Autre particularité : l'eau possède une capacité thermique élevée, c'est-à-dire qu'elle peut stocker beaucoup de chaleur sans que sa température change rapidement. Ce phénomène explique pourquoi les océans mettent du temps à chauffer ou à refroidir, régulant ainsi le climat sur Terre.
Les molécules d'eau adorent se coller ensemble à cause d'un phénomène appelé liaisons hydrogène. En gros, l'atome d'oxygène attire fortement les petits atomes d'hydrogène des molécules voisines, ce qui créé une sorte de réseau serré. Quand la température chute vers zéro degré Celsius, ces liaisons deviennent plus stables, plus solides, et forment une structure régulière en forme de cristal. Cette organisation bien rangée fait que l'eau perd de l'énergie et passe doucement d'un état liquide désordonné à un état solide très structuré : la glace. C'est d'ailleurs à cause de ces liaisons hydrogène organisées que la glace prend plus de place que l'eau liquide, et c'est pour ça que les tuyaux peuvent éclater en hiver.
Le point de congélation de l'eau qu'on connaît à 0°C correspond à une pression atmosphérique normale, c'est-à-dire environ 1 atmosphère au niveau de la mer. Quand on modifie cette pression, ça change aussi. Par exemple, si tu augmentes la pression, le point de solidification diminue légèrement : autrement dit, sous une pression plus forte, l'eau peut geler un peu en dessous de 0°C. Au contraire, baisse la pression atmosphérique (comme en altitude), et l'eau gèle à une température à peine supérieure à 0°C, mais honnêtement, cette variation reste faible dans la vie quotidienne. Si tu vas haut en montagne, même à plusieurs milliers de mètres, le point de congélation restera presque stable autour de 0°C. Ce phénomène est lié au fait surprenant que la glace occupe un volume plus grand que l'eau liquide, une particularité un peu bizarre de l'eau liée directement à ses liaisons hydrogène.
L'eau gèle pile à 0 °C, mais d'autres liquides du quotidien jouent dans d'autres catégories : par exemple, l'alcool (éthanol) reste liquide bien plus bas, il gèle seulement vers environ -114 °C. À l'opposé, l'huile d'olive commence à devenir solide autour de -6 °C, se solidifiant plus facilement que l'alcool mais moins facilement que l'eau (pratique à savoir si tu gardes ta bouteille près de ton congélateur !). Le mercure, qu'on trouve dans certains thermomètres, devient solide à environ -39 °C, ce qui explique pourquoi les thermomètres à mercure cessent de fonctionner correctement par grands froids extrêmes. Chaque substance a donc ses propres préférences en température pour passer au solide, et l'eau, avec ce point à zéro pile, nous simplifie bien la vie pour calibrer les thermomètres !
Quand tu mets des glaçons dans ton soda, ils flottent à la surface plutôt que de couler parce que l'eau en gelant a un volume plus grand et devient moins dense que l'eau liquide. Autre exemple, quand l'hiver arrive, de petites flaques d'eau sont capables de geler pile-poil à 0°C, mais les grandes étendues d'eau comme les lacs ou la mer prennent beaucoup plus de temps à figer à cause de leur masse et de leur salinité. Chez toi, fais le test en remplissant une petite bouteille à ras bord avant de la mettre au congélateur : au bout de quelques heures, tu remarqueras qu'elle peut être déformée ou même éclater, car l'eau en gelant occupe environ 9 % d'espace supplémentaire. Expérience simple mais éloquente ! Ça explique aussi pourquoi les canalisations non protégées craquent parfois durant les périodes de gel.
Contrairement à la majorité des substances, l'eau se dilate lorsqu'elle gèle, augmentant son volume d'environ 9 %. Cela explique pourquoi l'eau gelée peut endommager les tuyaux en hiver.
L'eau pure peut rester liquide à des températures inférieures à zéro degré Celsius en absence de particules ou d'impuretés. On appelle cela la 'surfusion', un phénomène qui explique parfois pourquoi l'eau reste liquide bien en dessous de son point de congélation officiel.
Sur Terre, la glace flotte au-dessus de l'eau liquide car elle est moins dense. Cette singularité a permis à la vie aquatique de survivre lors des périodes glaciaires, la surface gelée protégeant du froid les couches d'eau inférieures.
Sous pression atmosphérique standard, l'eau bout à 100 °C et gèle à 0 °C. Mais saviez-vous que si l'on modifie la pression, ces températures peuvent varier considérablement ? Par exemple, en altitude, l'eau bout à une température inférieure à 100 °C.
Oui, contrairement à la plupart des autres substances, l'eau se dilate lorsqu'elle gèle. Cette expansion est due aux liaisons hydrogène qui s'organisent en une structure cristalline ouverte, faisant que la glace prend plus de volume que l'eau liquide, d'où son flottement à la surface.
La glace flotte parce qu'elle est moins dense que l'eau liquide. À l'état solide, les molécules d'eau adoptent une structure cristalline ordonnée qui prend plus d'espace et donc diminue leur densité comparée à l'eau liquide, plus compacte.
Oui, la pression atmosphérique a une légère influence sur le point de congélation. Lorsque la pression augmente fortement, le point de congélation diminue légèrement. Toutefois, cette variation reste très faible dans les conditions atmosphériques classiques.
L'eau atteint sa densité maximale vers 4 °C. Lorsque la température baisse encore, l'eau moins dense et plus froide remonte à la surface. Ainsi, l'eau en surface descend jusqu'à 0 °C et gèle, formant de la glace flottante en surface, ce qui protège les profondeurs d'un gel complet et préserve ainsi la vie aquatique.
Dans certaines circonstances, l'eau peut connaître un phénomène appelé surfusion : elle reste liquide en dessous du point de congélation normal (0 °C). Cela se produit généralement à cause d'un manque d'impuretés ou de particules permettant de déclencher la cristallisation.
Personne n'a encore répondu à ce quizz, soyez le premier !' :-)
Question 1/5
