Des chercheurs japonais ont découvert de la glace 0, un nouveau type de glace qui se forme près de la surface de l'eau, ce qui pourrait redéfinir la compréhension scientifique et influencer les études technologiques et climatiques. (Concept d'artiste). Crédit : Issues.fr.com
Des chercheurs japonais ont découvert une nouvelle forme de glace appelée glace 0, qui peut favoriser la formation de cristaux de glace dans l'eau surfondue. Leur étude révèle que la nucléation de la glace peut se produire près de la surface des gouttelettes d'eau en raison de structures semblables à la glace 0, résolvant ainsi un débat de longue date. Ces découvertes ont des implications importantes pour divers domaines, notamment les études sur le climat et les sciences alimentaires, en améliorant notre compréhension de la formation de la glace.
La glace est bien plus complexe que la plupart des gens ne le pensent. La science a identifié plus de 20 variétés différentes qui se forment sous diverses combinaisons de pression et de température. Le type de glace que nous utilisons pour refroidir nos boissons, appelé glace I, est l'une des rares formes que l'on trouve naturellement sur Terre. Récemment, des chercheurs japonais ont découvert un autre type de glace : la glace 0, une forme inhabituelle de glace qui peut initier la formation de cristaux de glace dans de l'eau surfondue.
La formation de glace près de la surface de l'eau liquide peut commencer à partir de minuscules précurseurs cristallins avec une structure similaire à un type de glace rare, connu sous le nom de glace 0. Dans une étude récemment publiée dans Nature CommunicationsDes chercheurs du département de recherche sur la coopération sociale « Science de la protection contre le gel » de l’Institut des sciences industrielles de l’Université de Tokyo ont montré que ces structures semblables à de la glace 0 peuvent provoquer le gel d’une goutte d’eau près de sa surface plutôt qu’à son cœur. Cette découverte résout une énigme de longue date et pourrait contribuer à redéfinir notre compréhension de la formation de la glace.
Processus de nucléation de glace
La cristallisation de la glace, appelée nucléation de glace, se produit généralement de manière hétérogène, c'est-à-dire sur une surface solide. On s'attend normalement à ce que cela se produise à la surface du contenant d'eau, là où le liquide rencontre le solide. Cependant, cette nouvelle recherche montre que la cristallisation de la glace peut également se produire juste en dessous de la surface de l'eau, là où elle rencontre l'air. Ici, la glace se nucléise autour de petits précurseurs ayant la même structure annulaire caractéristique que la glace 0.
« Des simulations ont montré qu’une goutte d’eau a plus de chances de se cristalliser près de la surface libre dans des conditions isothermes », explique Gang Sun, auteur principal de l’étude. « Cela résout un débat de longue date sur la question de savoir si la cristallisation se produit plus facilement à la surface ou à l’intérieur. »
Des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo ont découvert que la glace commence à se former près de la surface de l'eau via des structures similaires à un type de glace rare, récemment découvert, ce qui nous aide à mieux comprendre la formation de la glace. Crédit : Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo
Précurseurs de la glace 0
Les précurseurs de la glace 0 ont une structure très similaire à celle de l'eau surfondue, ce qui permet aux molécules d'eau de cristalliser plus facilement à partir de celle-ci, sans avoir besoin de se former directement dans la structure de la glace ordinaire. Les minuscules précurseurs de la glace 0 se forment spontanément, en raison des effets de pression négative causés par la tension superficielle de l'eau. Une fois que la cristallisation commence à partir de ces précurseurs, des structures similaires à la glace 0 se réorganisent rapidement pour former la glace I plus familière.
L'auteur principal, Hajime Tanaka, souligne les vastes implications de cette étude, notant que « les découvertes concernant le mécanisme de cristallisation de surface de l'eau devraient contribuer de manière significative à divers domaines, notamment les études sur le climat et les sciences alimentaires, où la cristallisation de l'eau joue un rôle essentiel. »
Une compréhension plus détaillée de la glace et de sa formation peut apporter des informations précieuses dans de nombreux domaines d’étude. Ces travaux pourraient avoir une importance particulière en météorologie, par exemple, où la formation de glace par des précurseurs de type glace 0 peut avoir un effet beaucoup plus notable dans les petites gouttelettes d’eau comme celles que l’on trouve dans les nuages. La compréhension de la glace peut également avoir des avantages dans le domaine technologique, des sciences alimentaires à la climatisation.
