À quelle température gèle l'eau? Pas toujours à 0°C, pas même forcément à -40°C: il faut parvenir à moins 48°C pour être sûr de transformer l'eau en glace.
Une étude publiée mercredi clarifie ce phénomène étrange dont témoignent de nombreuses vidéos amateur sur internet.
Emily Moore et Valeria Molinero du département de chimie de l'université américaine de l'Utah expliquent dans la revue scientifique britannique Nature pourquoi l'eau n'est pas obligée de geler tant que la température n'est pas descendue à -48°C.
Ce n'est pas seulement une question de froid extrême, cela dépend aussi de la façon dont s'organisent les molécules d'eau, relèvent les chercheuses. L'eau en surfusion, c'est-à-dire toujours liquide en dessous de 0°C, se transforme en glace quand les molécules d'eau s'associent entre elles pour former des tétraèdres (pyramides à quatre faces).
«Le changement de structure de l'eau contrôle le taux de formation de la glace», précise Valeria Molinera dans un communiqué. Il se créé d'abord une «glace intermédiaire», dont la structure se situe entre celle de la glace et celle du liquide.
L'eau liquide est un réseau de molécules d'eau faiblement associées entre elles par ce qu'on appelle des liaisons hydrogène. Quand elle gèle, elle peut former 16 différents types de cristaux de glace.
Les scientifiques étudiant l'atmosphère ont besoin de savoir à quelle température et à quel rythme l'eau gèle et se transforme en glace.
«C'est nécessaire pour prédire combien d'eau dans l'atmosphère est à l'état liquide ou à l'état de cristaux», relève Mme Molinero. Et donc connaître la quantité de rayonnement solaire absorbé par l'eau et la glace atmosphérique.
«C'est important pour les prédictions sur le climat mondial», ajoute-t-elle.
Pour que la glace se forme, il faut d'abord de petits noyaux ou graines de glace au sein du liquide. Dans l'eau pure, «la seule façon de former un tel noyau, c'est en changeant spontanément la structure du liquide», insiste la chercheuse.
La question-clé, poursuit-elle, c'est «dans quelles conditions ces noyaux se forment-ils et sont assez grands pour grossir ?»
En simulant sur ordinateur le comportement de milliers de molécules d'eau, les deux chimistes ont cherché à déterminer à quelle vitesse se forment les cristaux de glace et à quelle température doit descendre l'eau pour atteindre son taux maximal de cristallisation et geler obligatoirement. Réponse: -48°C.