LE DESERT DE GLACE

En une seule nuit, suite à une violente brise venant du Nord, le thermomètre descendit encore jusqu'à -22 º C. Tout était gelé. Les oiseaux, les quadrupèdes, les amphibiens, tous disparurent comme par enchantement ; les trous des phoques se refermèrent ; les fissures disparurent ; la glace recouvrit la dureté du granite et les cascades, figées dans leur chute, furent transformées en interminables glaçons de cristal. Le désert de Glace (Jules Verne)

 

Nous avons vu le comportement curieux de la densité de l'eau qui, au fur et à mesure que nous diminuons la température en dessous de 4ºC, elle devient moins dense, produisant sa plus grande diminution de densité au point de congélation de l'eau. Ceci est dû, essentiellement, qu'au stade de congélation, les molécules se structurent en une forme compacte, de telle façon que chacune est entourée de quatre autres molécules mettant en jeu la liaison hydrogène que nous avons vu précédemment. Quand la glace fond, l'énergie vibratoire des molécules casse en partie cet ordre structural, permettant que quelques molécules soient plus lourdes et aient, par conséquent, une densité plus élevée. Une partie de cet arrangement se maintient jusqu'à 4ºC. Au dessus de cette température, l'eau se comporte une autre substance, sa densité diminue à mesure que la température augmente.

Par conséquent, nous pouvons dire qu'à 0ºC, la densité de l'eau liquide est de 0,9999 g/cm3 et que celle de la glace est de 0,92 g/cm3 , c'est-à-dire qu'un centimètre cube de glace pèse 0,92 grammes, 8% de moins qu'un centimètre cube d'eau qui pèserait pratiquement 1 gramme.

La conséquence de tout cela est que, à la différence des autres substances, l'eau congelée (qui est plus légère) ne coule pas en totalité dans l'eau liquide sinon que la partie supérieure flotte et le reste est immergé tel que nous pouvons l'observer avec les icebergs. Mais quelle proportion exacte reste immergée ?

Archimède était un grand mathématicien grec qui est né en 298 av. JC et qui énonça un principe qui établit que tout corps plongé dans un fluide subit une poussée verticale dirigée vers le haut, égale au poids du volume de fluide déplacé. Par conséquent, un bloc de glace dans l'eau va être soumis à deux forces, une dirigée vers le bas, son poids, l'autre vers le haut, la poussée d'Archimède qui est égale au poids d'eau déplacé, c'est-à-dire, le poids de l'eau qui occuperait le volume de glace immergé.

Si nous appelons V le volume total de l'iceberg et Vs le volume de la partie immergée de l'iceberg, nous obtenons, comme on peut le voir sur la figure, que le poids de l'iceberg vaut le produit de son volume par sa densité, qui, comme nous l'avons vu précédemment, est de 0,92 g/cm3 pour une glace à 0º C. En appliquant le principe d'Archimède, nous obtenons aussi une poussée égale au poids de l'eau déplacée par la partie immergée, c'est-à-dire, Vs multiplié par la densité de l'eau qui est de 1 g/cm3.

Le résultat est que l'iceberg est en équilibre statique quand ces deux forces sont égales et se compensent, c'est-à-dire, Vs*1 = V*0,92. On peut ainsi en déduire que le volume immergé de l'iceberg vaut exactement 92% du volume total, restant à la surface 8% du volume. C'est ce que voient les bateaux lorsqu'ils aperçoivent un iceberg.

La conséquence de ce phénomène est d'importance capitale pour la vie sur notre planète. Si l'eau se comportait comme une autre substance, quand l'hiver arriverait, la surface des lacs et des mers serait la première à geler, et en augmentant par conséquent sa densité, elle descendrait de plus en plus, déplaçant l'eau plus chaude vers le haut pour qu'elle se refroidisse aussi, de telle façon que finalement, toute l'eau serait congelée lorsqu'elle atteindrait les 0ºC, se convertissant en un grand bloc compact de glace. L'épaisseur de ce bloc, liée à la propre capacité isolante de la glace, aurait pour conséquence que la chaleur des saisons les plus chaudes ne serait pas suffisante pour fondre une masse de glace si épaisse mais seulement une fine couche superficielle qui isolerait le reste.

Heureusement, les qualités de notre eau miraculeuse sont autres, c'est pour cela que quand l'eau se refroidit et que sa densité augmente, l'eau plonge jusqu'à atteindre 4º C, puisque qu'un refroidissement postérieur la rend moins dense, la faisant flotter sur les eaux plus chaudes. Tout cela et le fait que la glace est plus légère et tend à flotter sur l'eau provoque en premier le refroidissement des eaux de surface, en faisant un isolant thermique pour que l'eau plus profonde ne gèle pas. Grâce à cela, les organismes vivants peuvent survivre dans leur habitat durant les périodes les plus froides ; et pas seulement cela, les hivers provoqueraient une congélation de la mer sans que l'été puisse inverser cette tendance, finalement, tout l'océan serait un grand bloc de glace, uniquement avec une partie d'eau superficiel en climat tropical très chaud. La vie n'existerait pas telle que nous la connaissons. La Terre serait un grand désert de glace inerte.