On pourrait s'attendre à ce que l'eau s'évapore beaucoup plus rapidement que la glace. Étonnamment, des chercheurs de l'Université d'Amsterdam ont maintenant montré que pour de petites gouttelettes de glace, ce n'est pas le cas :la glace et les gouttelettes d'eau disparaissent aussi rapidement. Cela explique un fait que les skieurs connaissent bien :la neige fraîchement tombée est très différente de la neige de quelques jours. Les résultats ont été publiés dans Communication Nature cette semaine.

Si nous mettons un verre d'eau sur une table et attendons longtemps, on s'attend à ce que l'eau s'évapore, mais pas le verre lui-même, ou le tableau. Dans notre expérience, les matières solides ne s'évaporent pas; on attend donc intuitivement de la glace, aussi un solide, de ne pas s'évaporer significativement non plus. Néanmoins, un tel processus – connu dans la terminologie de la physique sous le nom de sublimation – se produit :les skieurs savent, par exemple, que même si la température reste en dessous du point de congélation, quelques centimètres de neige peuvent disparaître en quelques jours.

Un résultat surprenant

Bien que beaucoup moins étudiée que l'évaporation des liquides, la sublimation de la glace solide a des conséquences importantes, car il a un impact sur le climat (puisque la glace réfléchit la lumière du soleil) ainsi que sur la taille et la forme des particules de glace dans les nuages ​​(produisant des flocons de neige, grêlons et grésil) et est d'une importance capitale pour la formation de schémas d'érosion complexes tels que les pénitents de neige dans les champs de neige à haute altitude.

Dans une recherche publiée dans Communication Nature cette semaine, les physiciens Etienne Jambon-Puillet, Noushine Shahidzadeh et Daniel Bonn de l'Université d'Amsterdam ont étudié la sublimation de petites gouttes de glace et de flocons de neige. Étonnamment, ils ont trouvé que dans les mêmes conditions, la sublimation d'une goutte de glace congelée se produit aussi rapidement que l'évaporation de la même goutte lorsqu'elle est composée d'eau liquide.

La diffusion fixe la limite

Les chercheurs montrent que cet effet surprenant se produit parce que tant pour l'eau liquide que pour la glace, la vitesse d'évaporation est limitée par le processus de diffusion :la manière dont la vapeur d'eau résultante se propage lentement dans l'air. Cette conclusion est valable pour les gouttelettes de glace, mais aussi pour les flocons de neige :ceux-ci s'arrondissent lors de la sublimation (voir figure); un processus qui était auparavant attribué à l'influence de la structure cristalline sous-jacente. Les chercheurs soutiennent désormais que cette structure cristalline n'est pas aussi importante qu'on le pensait auparavant :leurs arguments de diffusion suffisent à expliquer quantitativement l'évolution des formes des flocons de neige observées expérimentalement.

Les résultats expliquent donc la différence entre la neige fraîchement tombée et la neige de quelques jours. Mais les conclusions ne sont pas seulement intéressantes pour ceux qui aiment skier, car les applications ne se limitent pas aux gouttes de glace ou aux flocons de neige. Les découvertes s'appliquent également à la dissolution de petits cristaux, car leur dynamique est régie par la même physique. Ainsi, les résultats peuvent également être appliqués au contrôle de la taille et de la forme des nanoparticules et des cristaux de sel ou de la vitesse de dissolution des produits pharmaceutiques.