La surfusion est un phénomène dans lequel une substance reste à l'état liquide en dessous de son point de congélation normal. Cela est dû à l’absence de sites de nucléation, qui sont de minuscules particules qui servent de point de départ à la croissance des cristaux. Dans le cas de l'eau, une surfusion peut se produire lorsqu'elle est refroidie en dessous de 0°C (32°F) sans geler.

Facteurs contribuant à la surfusion de l'eau

Absence de centres de nucléation :La principale raison de l'hypothermie de l'eau dans les nuages ​​est le manque de sites de nucléation. Dans l’atmosphère, les gouttelettes d’eau existent sous forme de minuscules sphères de molécules d’eau maintenues ensemble par la tension superficielle. Puisqu’ils sont en suspension dans l’air et éloignés des surfaces solides, il y a peu de chances de rencontrer des impuretés ou des particules pouvant agir comme centres de nucléation. Cette absence empêche les gouttelettes d’eau de former les premiers cristaux de glace nécessaires à la congélation.

Haute pureté de l'eau des nuages :L'eau des nuages ​​est généralement très pure, contenant de faibles concentrations d'impuretés. En revanche, l’eau à la surface de la Terre est exposée à divers contaminants, tels que des particules de poussière, des minéraux et des bactéries, qui agissent comme sites de nucléation. La pureté de l’eau des nuages ​​réduit la probabilité de trouver des sites de nucléation susceptibles de déclencher la congélation.

Conditions atmosphériques dynamiques :Les nuages ​​sont des systèmes dynamiques en mouvement continu. Lorsque les gouttelettes de nuages ​​entrent en collision les unes avec les autres, elles peuvent fusionner et grossir. Cependant, ce comportement dynamique rend également plus difficile la rencontre d’une gouttelette avec un site de nucléation, contribuant ainsi à la surfusion.

Démonstration expérimentale de surfusion

Pour démontrer la surfusion dans un environnement contrôlé, vous pouvez réaliser une expérience simple :

Matériaux nécessaires :

- Une bouteille d'eau distillée

- Un congélateur ou un récipient rempli de glace et de sel (pour créer un environnement à basse température)

- Un thermomètre

- Un agitateur

Procédure :

1. Remplissez la bouteille environ entre un tiers et la moitié avec de l'eau distillée.

2. Placez la bouteille au congélateur ou dans le bac à glaçons et sel. Assurez-vous que la bouteille n'entre pas en contact direct avec la glace ou les surfaces métalliques pour éviter d'introduire des sites de nucléation.

3. Surveillez la température de l'eau à l'aide du thermomètre.

4. Lorsque la température descend en dessous de 0°C (32°F), l'eau reste à l'état liquide en raison de la surfusion.

5. Remuez doucement l'eau avec l'agitateur. Cette agitation pourrait introduire des sites de nucléation et provoquer le gel de l'eau. Si le gel ne se produit pas, l'eau est surfondue.

L’absence de gel à des températures inférieures à 0°C indique une surfusion de l’eau. En contrôlant la pureté de l’eau et en évitant les sites de nucléation, vous pourrez démontrer le phénomène qui se produit naturellement dans les nuages.