Chers amis, lorsque le barman du Bar des Sciences vous sert un petit verre sous le soleil brûlant de l’été, avouez-le, vous aimez qu’on y ajoute quelques glaçons. Et de vous demander si lorsqu’il fond, le niveau de liquide dans le verre augmente, diminue, ou reste stable.
Garçon, un verre d’eau !
Tout d’abord plaçons-nous dans le cas d’un verre d’eau pure contenant un glaçon. Pas très courant ici au Bar mais nous verrons plus tard comment se comporte le glaçon dans l’alcool.
Lorsqu’elle gèle, l’eau voit son volume augmenter d’environ 10 %. En effet la masse volumique de l’eau liquide, c’est à dire sa masse par unité de volume, est plus élévée que celle de la glace (1 g.cm-3 contre 0.91 g.cm-3). C’est pourquoi une bouteille d’eau qui gèle finit par éclater.
Autre phénomène à prendre en compte, la fameuse poussée d’Archimède :
“Tout corps plongé dans un liquide subit de la part de ce liquide une force (la poussée d’Archimède) verticale orientée vers le haut égale au poids du liquide déplacé”
En d’autres termes le glaçon flotte puisqu’une force supérieure compense son poids. Sa masse volumique est inférieure à celle de l’eau dans le verre, pour cette raison lorsqu’il est immergé à 90% dans l’eau, les deux forces se compensent : il flotte.
Lorsqu’il fond, il est remplacé par un volume d’eau liquide qui représente donc 90 % du volume initial du glaçon, soit exactement le volume qu’occupait ce glaçon avant de fondre. Ainsi, le volume d’eau dans le verre ne varie pas.
Garçon, une Chartreuse !
Si on met un glaçon dans un verre d’éthanol, lorsqu’il fond, le niveau total du liquide va diminuer ! L’alcool est moins dense que l’eau, sa masse volumique est d’environ 0.8 g.cm-3. Le volume du glaçon une fois fondu est donc plus faible que celui de la partie immergée du glaçon (volume qui correspond au poids du glaçon dans l’éthanol). Ainsi le volume global dans le verre diminue.
Fonte des glaces
Que se passe-t-il sur notre banquise ? C’est l’inverse de l’éthanol. L’eau salée est plus dense que l’eau douce (1.05 g.cm-3 environ) donc lorsque notre glaçon fond, le volume fondu est plus grand que le volume initialement immergé (volume qui correspond au poids du glaçon dans l’eau salée). Donc si la banquise fond, le niveau des mers augmente bel et bien, et ceci s’additionne à une dilatation de l’eau qui occupe un volume plus important en cas d’augmentation de la température.
Photo: (sans titre), Toni.M, Flickr
Une question vous turlupine, vous voudriez un article qui y réponde? Demandez au barman !
“En effet la masse volumique de l’eau liquide, c’est à dire sa masse par unité de volume, est moins élévée que celle de la glace (1 g.cm-3contre à 0.91 g.cm-3).”
Ne serait-ce pas le contraire???
Autre question que je me pose : la partie immergée du glaçon sera plus ou moins importante selon que le liquide dans lequel il est immergé est de l’alcool, de l’eau douce ou de l’eau salée. Mais au final, une fois fondu, l’eau douce n’occupera-t-elle pas exactement le volume immergé du glaçon?
Où est mon erreur?
Vous avez raison, j’ai modifié, c’est evidemment la glace qui a une masse volumique plus faible. La glace étant moins dense que l’eau liquide, une même quantité d’eau occupe un volume plus grand sous forme de glace qu’à l’état liquide; cela signifie qu’en gelant l’eau se dilate, faisant exploser les bouteilles par exemple.
Pour votre deuxième question, la réponse est non : il faut riasonner en comparant le poids du glaçon. Lorsque le glaçon fond, il est remplacé par un volume équivalent à X% de son volume, où X représente la masse volumique du contenant (80% pour l’alcool par exemple). Donc si votre glaçon fond dans de l’éthanol, il est remplacé par de l’eau équivalente à 80% de son volume, le niveau baisse.
[...] : vous leur chauffez de l’eau, créant ainsi un glaçon, avant de leur poser la colle du volume immergé du glaçon. Effet garanti! Evidememnt, ce scénario est peu probable, car ce surprenant phénomène a eu lieu [...]