La réponse réside dans un film d'eau généré par frottement, une eau beaucoup plus fine que prévu et beaucoup plus visqueuse que l'eau habituelle grâce à sa ressemblance avec les "cônes de neige" de glace pilée que nous buvons pendant l'été. Ce phénomène a été récemment démontré par des chercheurs du CNRS et de l'ENS-PSL, avec le soutien de l'École polytechnique, dans une étude publiée dans Examen physique X le 4 novembre, 2019.

Le caractère « glissant » de la glace est généralement attribué à la formation d'une fine couche d'eau liquide générée par frottement, qui permet par exemple à un patineur de "surfer" sur ce film liquide. Les propriétés de cette fine couche d'eau n'avaient jamais été mesurées auparavant :son épaisseur restait largement inconnue, tandis que ses propriétés, et même son existence même, ont fait l'objet de débats. Quoi de plus, puisque l'eau liquide est connue pour être un mauvais lubrifiant, comment ce film liquide pourrait-il réduire les frottements et rendre la glace glissante ?

Pour résoudre ce paradoxe, des chercheurs du Laboratoire de physique de l'ENS (CNRS/ENS-PSL/Sorbonne Université/Université de Paris), en collaboration avec une équipe du Laboratoire d'hydrodynamique (LadHyX, CNRS/École polytechnique), a développé un appareil équipé d'un diapason -semblable à ceux utilisés en musique- qui peut "entendre" les forces à l'œuvre lors du glissement sur glace avec une précision remarquable. Malgré la taille de l'instrument, qui mesure quelques centimètres, il est suffisamment sensible pour sonder la glace et analyser les propriétés de frottement à l'échelle nanométrique.

Grâce à leur appareil unique, les scientifiques ont pu clairement démontrer pour la première fois que le frottement engendre bien un film d'eau liquide. Ce film a néanmoins offert de nombreuses surprises :avec une épaisseur de quelques centaines de nanomètres au micron, ou un centième de l'épaisseur d'une mèche de cheveux, il est beaucoup plus mince que les estimations théoriques ne l'avaient suggéré. Plus inattendu encore, ce film n'est pas du tout "simple eau, " mais se compose d'eau qui est aussi visqueuse que l'huile, aux propriétés viscoélastiques complexes. Ce comportement inattendu suggère que la glace de surface ne se transforme pas complètement en eau liquide, mais se retrouve à la place dans un état mixte similaire à « cônes de neige, " un mélange d'eau glacée et de glace pilée. Le mystère de la glisse sur la glace se trouve donc dans le caractère " visqueux " de ce film d'eau.

Ces résultats montrent qu'une refonte complète est nécessaire des descriptions théoriques qui ont été proposées pour décrire le frottement sur la glace. Les propriétés inhabituelles de l'eau de fonte sont un facteur clé qui n'a pas été pris en considération jusqu'à présent. Cela permettra de mieux comprendre le phénomène de glisse sur glace, aux sports d'hiver par exemple, et permettra également de proposer des solutions innovantes pour augmenter les frottements afin d'éviter les dérapages sur les routes verglacées.