Propriétés de l’eau
Les mystères de l’eau

Comme l’eau est omniprésente, on n’est plus surpris par nombre de ses propriétés qui sont pourtant extrêmement rares, voire uniques et que l’on ne peut expliquer que par l’existence d’un nombre important de liaisons hydrogène et leur court temps de vie ainsi que par la symétrie locale tétraédrique. Aux températures usuelles l’eau, comme la grande majorité des autres substances, se contracte quand la température diminue. Pourtant, à 4 ^oC la dépendance en température de la densité s’inverse et l’eau se dilate et même de plus en plus au fur et à mesure que la température décroît. Ainsi, par exemple, la densité est la même à – 30 ^oC et à 60 ^oC, de part et d’autre de la température de 4 ^oC à laquelle la densité est maximale. On voit tout de suite l’intérêt des études de l’eau à basse température y compris au-dessous du point de fusion, ce qui est possible si l’on dispose d’échantillons suffisamment purs pour éviter la nucléation de la phase solide.

À l’instar de la densité, toutes les propriétés de l’eau sont « anormales » à basse température. Ainsi, par exemple, la compressibilité passe par un minimum à 46 ^oC, la capacité thermique massique augmente brusquement au-dessous de 0 ^oC et la viscosité à basse température est plus basse sous pression. Le comportement anormal est d’autant plus marqué que la température est basse mais diminue sous pression disparaissant presque complètement au-dessus de 2 kbar. Il a pu être comparé à celui que l’on observe au voisinage d’un point critique avec des divergences apparentes à des températures proches de celle de la nucléation homogène (– 42 ^oC), soit la température à laquelle le temps de vie du liquide devient trop court pour permettre l’expérimentation.

La figure 4 représente une partie du diagramme de phase de l’eau où figurent trois des nombreuses phases cristallines stables (glaces I_h , II et III) et, superposée, la ligne de nucléation homogène au-dessous de laquelle l’état liquide ne subsiste que sur des durées extrêmement courtes. En pratique, on peut faire des expériences jusqu’à environ 10 ^oC au-dessus de T _H...