Chiffres illustrant le processus dans lequel une QLL, une fine couche d'eau sur de la glace, se transforme en un état de mouillage partiel. Au départ (0,00 seconde), la surface de la glace est entièrement recouverte par la QLL. Au bout de six secondes, la couche s'est transformée en gouttelettes (barre d'échelle :10 m). Crédit :Murata K. et al., PNAS, 17 octobre 2016
Une équipe de scientifiques de l'Université d'Hokkaido a élucidé un mystère vieux de 150 ans entourant la fonte en surface des cristaux de glace dans des environnements inférieurs à zéro à l'aide d'un microscope optique avancé.
« La glace est mouillée à sa surface » :depuis ce phénomène, appelée fusion de surface, a été mentionné par le scientifique britannique Michael Faraday il y a plus de 150 ans, la question de savoir pourquoi l'eau à la surface de la glace ne gèle pas dans un environnement sous zéro est restée sans réponse.
Dans leur recherche du mécanisme sous-jacent derrière la fusion de surface, l'équipe a utilisé un microscope optique spécial développé conjointement avec Olympus Corp. pour observer la finesse des couches d'eau, ou couches quasi-liquides (QLL), naissent et disparaissent à différentes températures et niveaux de pression de vapeur.
Selon les conclusions des chercheurs, les fines couches d'eau ne mouillent pas de manière homogène et complète la surface de la glace, une découverte qui va à l'encontre des idées reçues. QLL, donc, ne sont pas capables d'exister de manière stable à l'équilibre, et ainsi vaporiser.
Par ailleurs, l'équipe a découvert que les QLL ne se forment que lorsque la surface de la glace grandit ou se sublime, dans des conditions de vapeur sursaturée ou insaturée. Cette découverte suggère fortement que les QLL sont un état transitoire métastable formé par la croissance de vapeur et la sublimation de la glace, mais sont absents à l'équilibre.
"Nos résultats contredisent la compréhension conventionnelle qui soutient la formation de QLL à l'équilibre, " dit Ken-ichiro Murata, l'auteur principal de l'étude à l'Université d'Hokkaido. "Toutefois, comparer les états d'énergie entre les surfaces humides et les surfaces sèches, c'est une conséquence corollaire que les QLL ne peuvent pas être maintenues à l'équilibre. La fonte superficielle joue un rôle important dans divers phénomènes tels que la lubrification sur glace, formation d'un trou dans la couche d'ozone, et la production d'électricité dans les nuages orageux, dont nos découvertes peuvent contribuer à la compréhension."
La recherche est susceptible de fournir un cadre universel pour comprendre la fusion de surface sur d'autres surfaces cristallines, trop.
