« Catastrophe » de l’entropie
Les mystères de l’eau

Sur les propriétés de l’eau :

Propriétés thermodynamies de l’eau [W 120] de B. Pezzani

La dépendance « inversée » des propriétés thermodynamiques de l’eau, telles que la densité, la compressibilité ou la capacité thermique massique amène à certains paradoxes. Ainsi, en ce qui concerne la capacité thermique massique, C_p , on peut calculer la variation d’entropie. ΔS, entre la température de fusion (0 ^oC) et une température T plus basse très simplement en intégrant les valeurs mesurées de C_p , puisque ΔS = C_p / T . Comme C_p augmente très rapidement quand la température diminue, à – 30 ^oC la diminution d’entropie représente déjà une partie substantielle de l’entropie de fusion et, une extrapolation de quelques degrés de la courbe C_p (T ) montre qu’à – 60 ^oC l’entropie du liquide serait plus petite que celle du solide. Ce paradoxe, que l’on appelle la « catastrophe de l’entropie », doit avoir une solution, puisque l’eau peut rester liquide jusqu’à T _g , la température de transition vitreuse, à laquelle le verre a effectivement une entropie à peine supérieure à celle de la glace.

Depuis 30 ans, divers scénarios ont été proposés pour résoudre le paradoxe et il serait long de les passer en revue. On a souvent fait appel à la notion de comportement « critique », qui caractérise les transitions de phase du deuxième ordre puisque la plupart des propriétés thermodynamiques de l’eau sont assez bien traduites par des lois de la forme A = K (T / T _c – 1)^γ, où K est une constante, T _c la « température critique » et γ un exposant critique caractéristique de la propriété A. La meilleure valeur de T _c est obtenue par extrapolation et est de l’ordre de – 45 ^oC.