L'eau peut geler à température ambiante

Publié par Michel le 08/05/2006 à 00:00
Source: PhysicsWeb
Illustration: Joost Frenken
Sous certaines conditions expérimentales, des physiciens sont parvenus à faire geler de l'eau à température ambiante. En confinant une petite quantité d'eau liquide entre une minuscule pointe de tungstène et une surface de graphite, Joost Frenken et ses collègues de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures)....) de Leyde aux Pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui subsiste...) Bas ont observé la formation de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.). Alors que l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) est ordinairement considérée comme un lubrifiant, les chercheurs ont constaté que dans cette situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus général afin de...), elle agissait en fait comme une matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...) visqueuse. La découverte pourrait être utile aux chercheurs étudiant des micro- et nano- systèmes électromécaniques, et qui buttent quelquefois sur des problèmes de frottements trop élevés entre surfaces.

La plupart des surfaces ne sont jamais complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la...) lisses ni planes. Lorsque deux corps sont assemblés, ils n'entrent pas en contact sur la totalité de leur surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique,...) visible, mais plutôt en un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de points minuscules. Sous des conditions d'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).) normales, de la vapeur () d'eau peut se condenser à la surface sur ces contacts, ce qui produit un minuscule "pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours d'eau, voie de communication, vallée, etc.) en passant par-dessus cette séparation. Le franchissement...) capillaire". Ces passerelles tendent à faire se coller les surfaces et rendre plus difficile le glissement de l'une sur l'autre.


Le "tribolever" de l'expérience

Cependant, les scientifiques n'étaient pas certains que cela se vérifiait également lorsque le liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) est confiné dans de petits interstices entre les surfaces. Pour analyser ce problème, Frenken et son équipe ont effectué une série d'expériences sur un appareil appelé "tribolever", qui utilise un capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable exemple : une tension électrique, une...) miniature en silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) capable de détecter des forces d'intensité très peu élevées (de l'ordre de 20 piconewtons).

Leurs expériences ont constitué à fixer une fine pointe de fil de tungstène (Le tungstène est un élément chimique du tableau périodique de symbole W (de l'allemand Wolfram) et de numéro atomique 74.) sur le capteur et en balayer soigneusement une surface nette (Le terme Nette est un nom vernaculaire attribué en français à plusieurs espèces de canards reconnaissablent à leurs calottes. Le terme est un emprunt au grec ancien νη̃ττα,...) de graphite de haute qualité. A température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud,...) ambiante, les chercheurs ont constaté que des ponts nanométriques de glace se formaient entre les deux surfaces et perduraient plusieurs secondes. Sous cette géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres types d'espaces...), l'eau agissait réellement comme une colle (Une colle ou la glu est un produit de nature liquide ou gélatineuse servant à lier des pièces entre elles. Ces pièces peuvent être de même nature ou de différents matériaux.), et non pas comme un lubrifiant, et "soudait" les deux surfaces.

"Nos travaux éclairent d'un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début...) nouveau les phénomènes de frottements et de glissements qui se produisent à l'échelle nanométrique", remarque Frenken. L'équipe doit désormais tester différents matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) pour la pointe ou le substrat et modifier d'autres paramètres tels que la température ou la vitesse (On distingue :) de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement le sens En architecture...) de la pointe. Ils doivent également étudier dans quelle mesure la glace contribue au frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre deux systèmes en contact.) dans des circonstances usuelles.

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