Diverses formes de la glace d'eau

Article intéressant, particulièrement dans les cordes de notre ami Roger : http://www.homepages.ucl.ac.uk/~ucfbanf/research/water_ice.htm

Bonsoir,

Puisque Serge me titille, je me réveille. Je n’ai aucune expérience en ce domaine, mais la lecture de cet article m’a bien sûr intéressé et aussi ne m’a pas trop surpris (a posteriori car je ne savais pas).

La chimie soumise au poids de la physique se débine par principe. On appelle d’ailleurs cela le principe de Le Chatelier (chimiste français 1850-1936).

En français trivial il dit que quand on vous marche sur le pied, votre instinct vous dit de le retirer… Vous vous adaptez, comme les minéraux vont aussi le faire.

On peut être surpris que la minéralogie des chondrites soit identique à bien des roches terrestres, hormis leur emballage dans des chondres. Les minéraux sont « normaux », comme des pyroxènes, de l’olivine, des plagioclases…

Finalement, nous avons plus de chances de trouver des minéraux « exotiques » sur notre planète que dans les astéroïdes, à vrai dire dans notre Terre.

Quand on s’enfonce dans les profondeurs, avant d’atteindre les 2900 km, nos minéraux réfractaires usuels se modifient pour tenter d’échapper aux hautes pressions et températures extérieures, pour ne regarder que ces aspects.

On obtient ainsi des phases minérales polymorphes de celle qui existait à la surface et que nous connaissions bien.

Dans ces conditions extrêmes, la matière se comprime. Et bien sûr les cristaux qui subissent ces contraintes changent de maille cristalline, de symétrie.

Je ne prendrai qu’un exemple, le diamant est le carbone qui cristallise aux grandes profondeurs. Seule une remontée rapide autorise son apparition en surface, dans un état dit métastable. Une montée lente le détruirait…

Il n’y avait aucune raison que l’eau-glace échappe à ces transitions de phases. Voilà pourquoi je ne suis pas surpris de l’existence de ces phases, bien que je ne les connaissais pas.

Encore un détail. L’amateur aperçoit ça et là des « diagrammes d’état ». Ce sont des graphes qui donnent simplement l’état de la matière en équilibre à une température et à une pression données. Les surfaces (aires) donnent l’état de la matière considérée, les courbes montrent l’équilibre entre deux phases de celle-ci et les points triples font de même au niveau supérieur.

Fine Lame.

Merci. Oui, j'ai essayé de mieux comprendre les implications "pratiques" éventuelles de ces graphes. Doit-on comprendre par exemple qu'à certaines conditions, l'eau resterait à l'état solide même à des températures plus familières que sous le 0° ?

Ca me remet en mémoire, quand j'étais encore à l'école, que quelqu'un m'avait parlé (en y croyant dur comme fer, apparemment, plus que pour se payer ma tête) que l'eau "fossile" ne dégelait pas. Alors, du minéral d'eau à température ambiante dans nos vitrines ? Aucune idée, mais la perspective est plaisante.

Ces diagrammes de phase permettent d'expliquer certaines composantes des spectres obtenus au télescope ou par des sondes sur des corps au delà de la limite des glaces. Dans ce genre de domaine être capable de prédire les différentes formes de la matière observée permet savoir la reconnaître quand on l'observe, d'autant que l'interprétation d'un spectre notamment dans le domaine du NIR n'est pas chose aisée ...

Au niveau le l'eau minérale, ce n'est pas tout à fait pareil, mais quand on taille du silex, parfois il arrive que l'on perce un poche d'eau vielle de plusieurs millions d'années ... sans doute une des eau les moins polluée de la planète !

Bonsoir Serge,

Je ne comprends pas bien vos remarques.

L’eau fossile n’existe pas au sens du phénomène de fossilisation. Bien sûr, l’eau d’un autre âge peut exister aujourd’hui, ayant échappé aux échanges modernes. On la trouve dans les eaux-mères emprisonnées dans les cristaux ou dans les glaces profondes. Mais c’est toujours de l’eau (quel que soit son état physique), mais pas pure. Elle ne peut être différente que par ses composantes (impuretés) dissoutes.

Quant aux diagrammes d’état, ce ne sont que des résumés concis qui disent dans quel état « à l’équilibre » existe la matière considérée. Chaque point, même dans « le vide » d’une surface, donne l’état de la matière. Si ce point tombe sur une courbe, cela signifie que le milieu est en équilibre avec les cristaux (courbe des points de congélation) ou avec le gaz (courbe d’ébullition de l’eau par ex.), c’est-à-dire avec deux phases. Je ne désire pas (encore) entrer dans des détails, mais si ces lignes sont des courbes c’est que la température de congélation n’est pas constante, par exemple.

Pour le dire autrement, la température de congélation de l’eau à 0°C (273 K) n’est valable que dans les conditions « normales » et définies de température et pression. Si la pression augmente, la température de fusion de la glace est modifiée (vers le bas).

A cela, il faut ajouter les états métastables (hors d’équilibre) comme l’eau surfondue (qui donne le verglas), mais ces états hors d’équilibres ne sont pas représentés dans les diagrammes d’état.

Mais comme l’a si bien souligné Vivien, les astronomes reconnaissent les états de l’eau-glace sur des corps célestes froids. Cela peut surprendre, mais les diverses spectroscopies auscultent bien les états de la matière. Je m’en émerveille tous les jours, bien que cela soit banal.

Fine Lame.

Mais que ne comprenez-vous pas ? J'évoque un souvenir d'enfance, où l'on me disait que de l'eau très anciennement gelée ne dégelait pas. A l'époque, j'avais répondu que peu importe de quand l'eau avait été gelée, elle dégelait toujours de la même façon.

Alors, je suppose que l'eau ne pourrait pas avoir une phase solide "métastable" comme vous disiez joliment ?

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