Bien qu’elle soit présente en grande quantité sur Terre et qu’elle soit étudiée depuis des décennies, la glace d’eau réserve encore des surprises aux scientifiques. Des chercheurs ont en effet récemment découvert que, dans une certaine configuration, la glace pouvait se montrer extrêmement flexible, comparée à sa structure rigide et cassante ordinaire. Une découverte qui devrait aider les physiciens à mieux comprendre la dynamique interne de la glace.
Lorsqu’elle se développe en minuscules brins, cette glace peut se plier puis reprendre sa forme d’origine. Ces microfibres sont la forme de glace la plus flexible jamais fabriquée. La plupart des glaces d’eau sont extrêmement rigides et fragiles, se cassant facilement au lieu de se plier. Cependant, un seul et long cristal de glace peut être beaucoup plus flexible. Limin Tong de l’Université du Zhejiang à Hangzhou, en Chine, et ses collègues, ont utilisé cette propriété pour fabriquer la glace d’eau la plus élastique jamais conçue, proche de la limite théorique de sa flexibilité.
Des microfibres de glace élastiques et déformables
Ils ont fabriqué leurs fibres à l’aide de vapeur d’eau acheminée dans une petite chambre maintenue à une température de -50 °C. Un champ électrique dans la chambre attire les molécules d’eau vers une aiguille en tungstène, où elles se sont cristallisées pour former des fibres pouvant atteindre quelques micromètres de diamètre.
Les chercheurs ont ensuite refroidi encore plus la glace, entre -70 °C et -150 °C, et ont mesuré la déformation élastique des fibres, qui est un moyen d’évaluer à quel point un matériau est plié et déformé. Ils ont découvert que ces fibres étaient plus élastiques que toutes les autres structures de glace d’eau qui ont été étudiées — certaines pourraient presque être pliées en cercles, et toutes se sont remises en ligne droite par la suite.
« Auparavant, la plus grande contrainte élastique observée expérimentalement dans la glace était d’environ 0.3%, mais maintenant nous observons un 10.9% dans les microfibres de glace, beaucoup plus que n’importe quelle glace étudiée antérieurement », explique Tong. À savoir que la limite théorique de la déformation élastique dans la glace d’eau se situe entre 14 et 16.2%.
Mieux comprendre la dynamique interne de la glace
Lorsque Tong et son équipe ont examiné les brins de glace en détail, ils ont trouvé des indices de la présence d’une deuxième forme de glace qui est plus dense que le type de glace constituant la majorité des fibres. La contrainte sur la partie courbée de la fibre peut avoir entraîné une transformation de la glace, ce qui signifie que ces fibres pourraient potentiellement nous aider à comprendre comment fonctionnent de tels changements.
Les microfibres sont extrêmement transparentes, elles pourraient donc être utilisées pour transporter la lumière, mais leurs exigences de température rendraient cela difficile. Pour l’instant, leur utilisation principale est d’étudier la physique à petite échelle de la glace.
Vidéo accélérée montrant la flexibilité d’une microfibre de glace :