Pourquoi la glace glisse si bien ?
Publié par Redbran le 06/11/2019 à 14:00
Source: CNRS

C'est un film d'eau généré par frottement, bien plus mince qu'attendu et surtout bien plus visqueux que l'eau usuelle, qui ressemble au "granité" que l'on boit l'été, qui rend la glace si glissante. C'est ce que viennent de démontrer des chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français...) et de l'ENS-PSL avec le soutien de l'École polytechnique, dans une étude parue le 4 novembre 2019 dans Physical Review X.

Le caractère "glissant" de la glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) est généralement attribué à la formation d'une mince couche d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) générée par frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre deux systèmes en contact.), ce qui permettrait par exemple à un patin de "surfer" sur ce film liquide. Les propriétés de cette mince couche d'eau n'avaient jamais pu être mesurées: son épaisseur restait largement inconnue et ses propriétés, voire son existence même, restaient l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut...) de débats. De plus, l'eau liquide étant connue pour être un mauvais lubrifiant, comment ce film liquide pouvait-il baisser la friction et rendre la glace glissante ?

Pour résoudre ce paradoxe (Un paradoxe est une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un raisonnement qui, bien que sans faille apparente, aboutit à une...), des chercheurs et chercheuses du Laboratoire de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) de l'ENS (CNRS/ENS-PSL /Sorbonne Université/Université de Paris), en collaboration avec une équipe du Laboratoire d'hydrodynamique (LadHyX, CNRS/École polytechnique), ont mis au point (Graphie) un dispositif, utilisant un diapason (En musique, le diapason désigne un outil et une caractéristique des instruments à cordes.), similaire à ceux utilisé en musique, qui permet "d'écouter" les forces à l'oeuvre dans le glissement de la glace, avec une précision remarquable. En effet, malgré la taille centimétrique de l'instrument, sa sensibilité est telle qu'il est possible de sonder la glace et d'analyser les propriétés de frottement à l'échelle nanométrique.

Grâce à leur dispositif unique, les scientifiques ont pour la première fois démontré sans ambiguïté qu'un frottement génère effectivement un film d'eau liquide. Ce film réserve cependant plusieurs surprises: avec une épaisseur mesurée de quelques centaines de nanomètres à un micron, soit un centième de l'épaisseur d'un cheveu, il est beaucoup plus mince que ce que suggéraient les estimations théoriques. Et de façon plus inattendue, ce film est loin d'être de l'"eau simple": il est constitué d'une eau aussi visqueuse que de l'huile (L'huile est un terme générique désignant des matières grasses qui sont à l'état liquide à température ambiante et qui ne se...), avec des propriétés viscoélastiques complexes. Ce comportement inattendu suggère que la glace de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...) ne se transforme pas complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la...) en eau liquide, mais se retrouve plutôt dans un état mixte proche du "granité", un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation...) d'eau glacée et de glace pilée. Le mystère de la glisse sur la glace réside ainsi dans la nature "gluante" de ce film d'eau.

Ces résultats montrent qu'il faut complètement remettre à plat les descriptions théoriques qui ont été proposées jusqu'ici pour décrire le frottement sur la glace. Les propriétés anormales de l'eau fondue sont un paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) clef (Au sens propre, la clef ou clé (les deux orthographes sont correctes) est un dispositif amovible permettant d'actionner un mécanisme.) qui n'a jamais été pris en compte jusqu'à maintenant. Non seulement cela permettra de mieux appréhender la glisse sur la glace, pour les sports d'hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.) par exemple, mais aussi de suggérer des solutions innovantes pour augmenter la friction, afin d'éviter les dérapages sur les routes glacées.

Bibliographie:
Nanorheology of interfacial water during ice gliding. L. Canale, J. Comtet, A. Niguès, C. Cohen, C. Clanet, A. Siria, L.Bocquet. Physical Review X, 4 novembre 2019. DOI: 10.1103/PhysRevX.9.041025.
Page générée en 0.148 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique