En combinant deux faisceaux laser (illustrés en rouge et vert) sur la surface, un nouveau faisceau lumineux (bleu) est produit et contient des informations détaillées sur la disposition des molécules d'eau à la surface de la glace. En utilisant cette technique, les chercheurs ont découvert que la surface de la glace se comporte exactement de la même manière que l'eau liquide, même à une température de –30°C. Crédit :AMOLF
La couche de glace la plus externe se comporte comme de l'eau liquide, même à une température de –30°C. Les physiciens de l'AMOLF l'ont démontré de manière irréfutable en utilisant une technique de mesure moderne sensible à la surface. A des températures plus basses, cependant, la couche d'eau devient de plus en plus fine. Les chercheurs rapportent leurs découvertes dans la revue Angewandte Chemie .
L'une des raisons pour lesquelles la glace est si glissante est que la couche la plus externe ressemble plus à un liquide qu'à un solide. Des chercheurs d'Amsterdam ont maintenant démontré expérimentalement que la surface de la glace a les mêmes caractéristiques que l'eau liquide, même à –30°C. Cette fine couche d'eau explique aussi pourquoi deux glaçons peuvent geler ensemble lorsqu'ils entrent en contact, ce qui n'arrive pas avec d'autres matériaux.
Les chercheurs de l'AMOLF, Wilbert Smit et Huib Bakker, ont étudié la force des liaisons entre les molécules d'eau dans la couche supérieure de glace. Comme la surface est très mince, ils ont utilisé une technique sensible qui peut visualiser le comportement des seules molécules les plus externes de la surface. Lors d'efforts antérieurs, l'équipement de mesure n'a pas pu faire la distinction entre la couche supérieure et le reste de la glace.
Les deux chercheurs ont découvert que la couche la plus externe du liquide devenait de plus en plus mince à mesure que la température diminuait, de quatre couches moléculaires à –3°C à deux couches moléculaires à –30°C. Au fur et à mesure que la glace se refroidit, même la couche la plus externe finit par geler. C'est l'une des raisons pour lesquelles la glace devient moins glissante à des températures inférieures à –30°C. Dans ces circonstances, patiner devient de plus en plus difficile.
Les chercheurs ont utilisé une technique avancée appelée spectroscopie de génération de fréquence somme. Cette technique permet d'enregistrer très précisément le comportement de la surface, sans transmettre aucune information sur la zone en dessous. Si la surface est éclairée par deux faisceaux lumineux intenses de lasers très rapides (femtoseconde), alors, dans les bonnes conditions, les deux faisceaux lumineux n'interagissent qu'avec les molécules en surface. Cela produit un faisceau lumineux d'une couleur différente. La couleur et l'intensité de ce faisceau contiennent des informations détaillées sur la structure moléculaire de la surface.
