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Au sommet poussent des cristaux

Des physiciens néerlandais ont filmé une goutte d'eau en train de se changer en glace. En laissant la caméra tourner, ils ont assisté à la naissance d'un arbre de glace. Explications. 

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</video> La vidéo faite par les chercheurs © O. Enriquez et al.

Voici l'histoire poétique d'une goutte d’eau devenue le support d'un arbre de glace.  Des physiciens néerlandais ont filmé le destin d’une goutte d’eau à 20° tombée sur une surface glacée, maintenue à -20°C (O. Enriquez et al., ArXiv,18 octobre 2011). Au début, de la glace se forme dans la zone de contact. Puis le front de congélation progresse vers le haut jusqu’à former, non pas un bombement, mais une petite pointe.

Cette forme incongrue est due à deux facteurs : d’abord, le front de congélation, qui avance de façon incurvée, ensuite, le fait que la glace est plus volumineuse que l’eau liquide. Ces deux phénomènes combinés créent des forces d’expansion et de confinement qui engendrent en fin de course une singularité, en d’autres termes cette petite pointe.

Mais ce n’est pas tout. Car en laissant la caméra tourner, les chercheurs ont observé qu’au sommet de la goutte, un arbre de glace se met à pousser. La présence de la goutte gelée engendre en effet la condensation et la cristallisation de la vapeur d’eau environnante. En découle, autour de la goutte,  un gradient de concentration d’eau. Ce dernier est particulièrement prononcé au niveau de la pointe. C’est donc là que la vapeur d’eau aura le plus tendance à se cristalliser. Un phénomène analogue explique d’ailleurs que la foudre s’abatte toujours sur l’aiguille d’un paratonnerre.

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