Glace - Définition et Explications

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Mélanges

Fusion eutectique

En hiver, les routes sont salées pour faire fondre la glace. En fait, ce n'est pas la glace qui fond, mais un eutectique glace-sel.

Lorsque le sel NaCl (Na+, Cl) entre en contact avec la glace (La glace est de l'eau à l'état solide.), les ions s'arrangent autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) des molécules d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...), qui sont polaires (H2δ+, Oδ−) et viennent former un composé (H2O) (NaCl) ; ce réarrangement nécessite seulement de petits mouvements des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...), et se fait donc en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) solide. Lorsque les proportions exactes sont respectées (soit environ 22 % de sel en masse), le mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) se conduit comme un produit pur, qualifié d'« eutectique ». La température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état...) de cet eutectique (Un eutectique est un mélange de deux corps purs qui fond et se solidifie à température...) H2O-NaCl est d'environ -21,6 °C.

Le diagramme de phase (Un diagramme de phase est une représentation graphique utilisée en thermodynamique (voir...) suivant représente la température de fusion du mélange en fonction de la proportion eau-sel.

Diagramme (Un diagramme est une représentation visuelle simplifiée et structurée des concepts, des idées,...) de phase eau-sel à pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) atmosphérique ; l'eutectique se forme pour une proportion de sel de 0,233 1 en masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) (23,31 % de sel et 76,69 % d'eau en masse)

Ainsi, pour des taux de sel inférieurs à la proportion de l'eutectique, nous obtenons un mélange eau + eutectique qui fond à une température supérieure à -21,6 °C. Pour des taux de sel supérieurs à cette proportion, nous obtenons un mélange sel + eutectique qui fond également à une plus grande température.

Le réarrangement eau + sel → eutectique ne peut se faire qu'aux points de contact entre les cristaux de glace et de sel, donc à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de la glace. On a donc formation d'une couche superficielle d'eutectique qui fond (si la température est supérieure à -21,6 °C) ; comme le sel est en sursaturation, il se dissout dans l'eutectique fondu, et peut réagir avec la glace qui se trouve sous la pellicule liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...). Le phénomène se propage donc, jusqu'à ce qu'il manque de l'eau ou du sel pour former un nouvel eutectique.

En théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...), il serait donc possible de prévenir la formation de glace jusqu'à -21,6 °C. Dans les faits, il est impossible de doser la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de sel à mettre.

Glace à température ambiante

En 2005, l'équipe coréenne de Heon Kang, de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Séoul, a pu obtenir une glace d'eau à température ambiante (20 °C). Pour ce faire, un champ électrique (En physique, on désigne par champ électrique un champ créé par des particules...) est appliqué entre la pointe d'un microscope à effet tunnel (Le microscope à effet tunnel (en anglais STM, Scanning Tunneling Microscope) fut inventé en 1981...) et une surface d'or, où est disposé un film d'eau liquide, d'une épaisseur de l'ordre du nanomètre.

Dans cette expérience, l'eau se transforme en glace car les dipôles électrostatiques des molécules d'eau s'alignent sur le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) électrique. L'intensité du champ électrique à laquelle ce changement apparait (106 V·m− 1) est mille fois moins importante que ce que les modèles prédisaient.

Malgré la très faible épaisseur de la couche d'eau utilisée, ce phénomène pourrait, d'après les auteurs, intervenir au sein de nuages d'orages ou de microfissures de roches, ainsi que dans des équipements nanotechnologiques.

Laboratoire

Quelques laboratoires étudient spécifiquement la glace :

  • L'Antiicing Material International Laboratory (AMIL),
  • ainsi que le laboratoire de glaciologie (La glaciologie est une science de la Terre qui étudie la nature physique et chimique des...) et de géophysique de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) à Grenoble.

Histoire

Les plus vieilles bâtisses que l'on connait ayant servi à conserver la glace datent d'il y a 4 000 ans et se trouvent en Mésopotamie. Ce sont des constructions en terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) de forme conique (Les coniques constituent une famille très utilisée de courbes planes algébriques,...) inversée.

Mais on retrouve des puits à neige (La neige est une forme de précipitation, constituée de glace cristallisée et...) ou puits à glace servant à la conservation de cette denrée partout à travers le monde : Espagne, Chine, Corée, Algérie, France,... et qui sont apparus dès le XVI° siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui...) en ce qui concerne l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...). Ces grands bâtiments pouvaient conserver de la glace toute l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...) afin de fournir les villes et villages les plus proches. En effet, dès la rennaissance, grâce à une période prospère tant au niveau économique que politique, des échanges interculturels entre France, Italie et Espagne ont permis la redécouverte de ce produit. La glace servait à confectionner des crèmes glacées, rafraîchir boissons et aliments, conserver les denrées, ... et même prescrite par les médecins pour calmer douleurs, fièvres, anesthésier, etc. Les "glacières" ont été exploitées jusqu'à la fin du XIX°s., c'est-à-dire jusqu'à l'apparition des usines de fabrication de glace permettant de produire la glace industriellement, au jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) le jour, sans l'aléas des saisons.

Pour en savoir plus: Le Musée de la Glace (Mazaugues, Var) Le visiteur est amené à remonter le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) à travers l'ambiance d'une usine à glace de la première moitié du XXe siècle, pour aboutir à la source du produit : les glacières et les systèmes de récolte - conservation de la glace disponible dans la nature.

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