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Comment glisse la glace?

Un couple de patineurs artistiques.

Mieux cerner ce qui permet de glisser sur la glace pourrait avoir des retombés pour les sports d'hiver, mais aussi dans le domaine de la sécurité routière.

Photo : iStock

Radio-Canada

C’est un film d'eau très mince généré par frottement, beaucoup plus visqueux que l'eau elle-même, qui donne le caractère glissant à la glace, ont montré des ingénieurs français associés au Centre national de la recherche scientifique (CNRS).

Jusqu’à maintenant, l’aspect glissant de la glace était attribué à la formation d'une mince couche d'eau liquide générée par un frottement. Par exemple, on pensait que ce film liquide permettait aux patins de surfer au-dessus de la glace.

Étonnamment toutefois, les propriétés de cette mince couche d'eau n'avaient jamais pu être mesurées, si bien que son épaisseur restait un mystère, et ses propriétés, et même son existence, restaient l'objet de débats.

En outre, il est bien connu que l'eau liquide n’est pas un bon lubrifiant, alors comment un film liquide pouvait-il baisser la friction et rendre la glace glissante?

Un paradoxe à l’étude

Des physiciens français se sont penchés sur le phénomène. Pour ce faire, ils ont créé un dispositif, utilisant un diapason, similaire à ceux qu'on utilise en musique, qui permet d'écouter les forces à l'œuvre dans le glissement de la glace, avec une précision remarquable.

Malgré la taille centimétrique de l'instrument qu’ils ont mis au point, sa sensibilité permet de sonder la glace et d'analyser les propriétés de frottement à l'échelle nanométrique.

Ils ont ainsi montré qu’un frottement générait bel et bien un film d'eau liquide.

Or, ce film réservait quelques surprises :

  • Avec une épaisseur mesurée de quelques centaines de nanomètres à un micron, soit un centième de l'épaisseur d'un cheveu, il est beaucoup plus mince que ce que laissaient à penser les estimations théoriques.
  • L’eau qui compose ce film est aussi visqueuse que de l'huile, avec des propriétés viscoélastiques complexes.

Cette réalité laisse à penser que la glace de surface ne se transforme pas complètement en eau liquide, mais qu'elle se retrouve plutôt dans un état mixte proche de la sloche, un mélange d'eau glacée et de glace pilée.

Le caractère glissant de la glace réside ainsi dans la nature « gluante » de ce film d'eau.

Sports et conditions routières

Cette nouvelle connaissance pourrait permettre de mieux appréhender la glisse sur la glace, et ainsi être utilisée dans les sports d'hiver par exemple, mais aussi dans le domaine de la sécurité routière pour augmenter la friction, afin d'éviter les dérapages sur les routes glacées.

Le détail de ces travaux est publié dans la revue Physical Review X (Nouvelle fenêtre) (en anglais).

Physique

Science