4. Propriétés de la glace

Objectif : observer les propriétés de l'eau sous sa forme solide, la glace.

La glace que l'on fabrique dans le congélateur est de l'eau à l'état solide, alors que celle du glacier provient de la compression de la neige. Elles n'ont pas la même origine, et celle du glacier contient de minuscules bulles d'air, mais elles ont des propriétés proches.

Prenons de l'eau, si on baisse sa température et que l'on atteint son point de congélation (0°C pour l'eau pure, -1,8 °C pour l'eau de mer), elle passe de l'état liquide à l'état solide que l'on appelle glace. Ce changement d'état correspond à une transformation des molécules de l'eau : à l'état liquide elles roulent les unes contre les autres, à l'état solide elles sont accrochées les unes aux autres formant un réseau fixe (hexagonal).

Nous allons voir deux propriétés de l'eau et de la glace:

  1. Tout d'abord, lorsque l'eau se congèle elle se dilate et augmente de volume sans changer de poids.
  2. Le point de congélation et donc de fusion de la glace baisse lorsque la pression exercée augmente.

A. Le volume de la glace

Visualisation de la dilatation de l'eau lors de sa transformation en glace.

Matériel nécessaire
  • Une bouteille en verre.
  • Une balance.
  • Un congélateur.

Marche à suivre :

On peut en plus remplir complètement d'eau une bouteille en plastique, la fermer, la mettre au congélateur et observer que la bouteille s'est fendue ou brisée.

B. Le fil de fer qui traverse la glace

Un tour de passe-passe qui met en évidence l'action de la pression sur la température à laquelle l'eau gèle.

Matériel nécessaire :

Visualiser un champ magnétique sensiblement analogue à celui de la Terre.

Matériel nécessaire
  • Un fil métallique (fil de fer, câble de frein d'un vélo …).
  • Deux poids assez lourds.
  • Un bloc de glace ou un gros glaçon.
  • Un congélateur.

Marche à suivre :
  • Accrocher les poids aux extrémités du fil métallique.
  • Poser le fil sur le glaçon. Les poids pendent de chaque côté, il faut donc installer le glaçon sur un support suffisamment étroit.
  • Placer l'ensemble à l'extérieur si il gèle, sinon dans un congélateur ou une chambre froide à moins de 0°C.
  • Observer de temps en temps : le fil de fer va petit à petit traverser le glaçon sans que celui-ci soit coupé en deux !

L'explication vient du fait que le fil exerce une pression importante sur la glace. Cette pression abaisse localement la température de congélation de l'eau et la glace fond sous le fil. Il la traverse donc progressivement, mais comme derrière lui l'eau se re-solidifie sous l'action du gel, le glaçon ne se coupe pas en deux.

Cette expérience sera bien entendu réalisée en Antarctique.