Modèle avec deux temps de relaxation
Les mystères de l’eau

Que se passe-t-il au-dessous de la température de nucléation homogène si l’on refroidit l’eau assez rapidement pour que l’ordre à longue distance qui caractérise l’état cristallin ne puisse pas s’établir ? Comme pour d’autres liquides, si la trempe se fait à des températures inférieures à environ – 140 ^oC, température de la transition vitreuse, on obtient un état de désordre figé, c’est-à-dire, un verre. L’eau vitreuse de basse densité a une densité proche de celle de la glace et une structure analogue à celle du liquide. Le problème, comme nous l’avons vu, est que la viscosité (comme les autres propriétés) semble diverger à des températures vers – 40 ^oC.

Mais, la divergence de la viscosité n’est probablement qu’apparente. En effet, les valeurs effectivement mesurées sont à peine supérieures à celle de l’eau à température ambiante, donc de plusieurs ordres de grandeur inférieures aux viscosités élevées qui caractérisent le voisinage de la température T_g de la transition vitreuse.

Le plus important est de constater que, même à – 30 ^oC, le temps de vie des liaisons hydrogène est toujours très court (environ 2,3 ps), à cause de sa faible dépendance de la température qui suit une loi d’Arrhenius, comme nous l’avons vu ci-avant. Il faut donc atteindre des températures bien plus basses pour que la dynamique des liaisons ne permette pas la formation de l’état vitreux.

On peut comparer la situation à celle que l’on observe avec les polymères. Avec ces derniers, près de T_g la viscosité diverge et les chaînes polymériques perdent complètement leur mobilité macroscopique. Dans la nomenclature courante de la physique des polymères, ce processus dynamique s’appelle relaxation  . En revanche, même au-dessous de T_g , il est possible de vérifier que, à un niveau plus local, les chaînes latérales ainsi qu’autres groupes chimiques gardent une dynamique propre, quoique sans conséquences pour les propriétés macroscopiques. Il s’agit de la relaxation