Doublé glacial

Les motifs ondulés figés dans la glace ne... (Fournie par le lecteur)

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Les motifs ondulés figés dans la glace ne sont pas des ondes. Il s'agit plutôt de structures qui se forment quand une masse d'eau liquide se retire lentement sous une surface gelée.

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(Québec) CHRONIQUE / «En décembre dernier [2015, ndlr], j'ai pris quelques photos en bordure du fleuve, au parc des Hauts-Fonds. Ces photos représentent de fines couches de glace au-dessus de petites qualités d'eau retenues dans des cavités sur la grève où on peut voir des feuilles mortes, des herbes, etc. Que sont les motifs que l'on voit sur la glace? Est-ce que ce sont des ondes? Si oui, par quel phénomène cela peut-il arriver, car c'est comme si la glace se serait figée instantanément, faisant prisonnières ces ondes poussées par le vent de surface? Et sinon, qu'est-ce que c'est?», demande Daniel La Haye, de Saint-Augustin.

Les ondes sont de l'énergie qui se propage dans l'espace; dans le cas des vagues, il s'agit d'énergie mécanique (provenant du vent ou d'un objet qui tombe dans l'eau) qui se propage à la surface de l'eau. Et il est impossible de «figer» cette énergie, que ce soit dans de la glace ou ailleurs, alors non, les jolis motifs ondulés que l'on voit sur la photo ne sont pas des ondes.

Ce sont plutôt des «structures qui se forment quand une masse d'eau liquide se retire lentement sous une surface gelée», explique Patrick Ayotte, du Laboratoire de cinétique et de dynamique des glaces de l'Université de Sherbrooke. Il n'est pas clair, sur l'image que nous a envoyée notre lecteur, si l'eau s'est retirée à cause de la marée qui baissait ou s'il s'agit simplement d'un trou d'eau qui s'est drainé tranquillement, mais le principe demeure le même. Et il y a deux choses à saisir pour bien le comprendre.

La première, c'est la manière dont l'eau se retire. Un peu comme dans un verre, où la surface de l'eau «grimpe» un peu sur la paroi, l'eau a une certaine affinité pour la glace et s'y «agrippe». Comme le niveau de l'eau est en train de baisser lentement sous la glace, il se forme alors un ménisque, c'est-à-dire une petite déformation de la surface où - toujours comme dans un verre - l'eau «s'accroche» à la glace. Et comme la glace se forme toujours de la surface vers le fond, à cet endroit précis la glace continuera d'épaissir, tant que le ménisque restera «agrippé». Le résultat de ce processus sera d'imprimer une des belles lignes ondulées que l'on voit sur la photo de notre lecteur.

Éventuellement, le fait que l'eau se retire finira par «tirer» sur le ménisque suffisamment fort pour briser l'affinité de l'eau pour la glace. Alors, explique M. Ayotte, «le ménisque se détache et recule soudainement de quelques millimètres, puis le processus recommence : une autre ligne de glace, un autre saut du ménisque, une autre ligne de glace, etc. C'est pour cette raison que l'on trouve ces structures seulement sous la glace et seulement lorsque la surface de l'eau gèle, puis se retire doucement en dessous de la surface gelée».

Le deuxième point à examiner, c'est pourquoi les lignes de glace qui se forment sont blanches alors que le reste de la surface glacée est presque parfaitement transparent. «Il y a une ligne de contact entre l'eau et la glace et comme l'eau (...adhère à) la glace, la fine couche de liquide du ménisque gèle sous la surface de la glace, explique M. Ayotte. Cette couche de liquide n'est pas opaque cependant, pas plus que le reste de la glace, mais elle apparaît opaque à cause d'un effet d'optique. Comme les deux interfaces (au-dessus et en dessous de la glace) ne sont plus parallèles, les rayons lumineux sont déviés et le ménisque gelé apparaît opaque.»Autrement dit, il se passe le long de ces lignes glacées essentiellement la même chose que dans un nuage. Chaque gouttelette d'eau du nuage est transparente si on la considère individuellement. Mais comme chacune dévie la lumière dans tous les sens (tout en en séparant légèrement les couleurs à chaque fois), cela rebrasse toute les longueurs d'onde de la lumière. Et quand on mélange toutes les longueurs d'onde visibles pour l'oeil humain (toutes les couleurs, si l'on préfère), nous voyons du blanc.

***

«L'hiver, j'ai l'habitude de prendre des marches les mains nues. J'ai toujours les mains qui gèlent un peu au départ, mais, au bout de 10 à 15 minutes, elles deviennent aussi chaudes que si j'étais à l'intérieur. Même si je marche pendant une heure, elles restent toujours chaudes. Par contre, si je tiens un objet (pelle ou bâton de ski), je dois porter des gants!», demande Claude Richard, de Lévis.

Le corps humain est fait pour fonctionner à environ 37 °C et il s'arrange toujours pour maintenir sa température autour de cette normale. Quand on sort dehors en hiver, sa réaction première est souvent celle que note notre lecteur en début de marche. Comme on perd environ 90 % de notre chaleur par la peau lorsqu'il fait froid, l'organisme a le «réflexe» de réduire la circulation proche de la peau et aux extrémités. C'est ce qui fait que les mains refroidissent dans un premier temps.

Cependant, il est bien évident que la température de nos extrémités ne peut pas baisser indéfiniment sans provoquer d'engelures. Afin d'éviter les dommages, le corps finit par se «résoudre» à perdre plus de chaleur et à rétablir la circulation sanguine dans les extrémités - une «décision» d'autant plus facile à prendre, dans le cas de notre lecteur, que la marche réchauffe le reste du corps de toute manière.

Cependant, le fait de tenir un objet complique la tâche de l'organisme. D'abord, l'air est un mélange de gaz, ce qui signifie deux choses : il est très peu dense et c'est un mauvais conducteur de chaleur. Or à température égale, les choses les plus denses nous semblent toujours plus froides que l'air parce qu'elles sont plus denses (que l'on songe au fait qu'en été, l'eau d'une piscine nous semble plus froide que l'air ambiant). Et si l'objet en question est un bon conducteur - un bâton de ski en métal, par exemple -, la main aura encore plus de difficulté à le réchauffer.

Enfin, le fait de tenir un objet pendant longtemps peut également entraver la circulation dans la main, et comme le sang y est la principale source de chaleur, il arrive ce qui doit arriver : on s'empresse d'enfiler des gants.

 

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