{"id":751,"date":"2011-02-14T06:00:36","date_gmt":"2011-02-14T05:00:36","guid":{"rendered":"http:\/\/sciencetonnante.wordpress.com\/?p=751"},"modified":"2011-02-14T06:00:36","modified_gmt":"2011-02-14T05:00:36","slug":"skier-sur-du-gallium","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/2011\/02\/14\/skier-sur-du-gallium\/","title":{"rendered":"Skier sur du gallium"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/a>L\u2019eau est une substance merveilleuse qui poss\u00e8de de nombreuses propri\u00e9t\u00e9s physico-chimiques qui la distinguent de la plupart des autres mol\u00e9cules. Il se trouve que c’est gr\u00e2ce \u00e0 l’une de ces propri\u00e9t\u00e9s que l’existence du ski est possible.<\/p>\n

Parmi les propri\u00e9t\u00e9s exotiques de l’eau, une des plus connues est sans doute le fait que l\u2019eau augmente de volume quand elle se solidifie<\/strong>, ou une autre mani\u00e8re de le dire\u00a0: la densit\u00e9 de la glace est inf\u00e9rieure \u00e0 celle de l\u2019eau liquide.<\/p>\n

En effet un solide cristallin poss\u00e8de une structure ordonn\u00e9e et p\u00e9riodique alors qu\u2019un liquide poss\u00e8de une structure d\u00e9sordonn\u00e9e. Et en g\u00e9n\u00e9ral une structure ordonn\u00e9e est plus dense qu\u2019une structure d\u00e9sordonn\u00e9e, car elle permet de faire tenir plus d\u2019atomes dans un volume donn\u00e9.<\/p>\n

Si vous n\u2019\u00eates pas convaincus, videz une boite de sucre sur la table et essayez de les ranger de mani\u00e8re d\u00e9sordonn\u00e9e\u00a0!<\/p>\n

Mais pour l\u2019eau, c\u2019est diff\u00e9rent\u00a0! Bizarrement la structure ordonn\u00e9e occupe plus de place que la structure d\u00e9sordonn\u00e9e, et donc la glace est moins dense que l\u2019eau liquide.<\/p>\n

Mais saviez-vous que c\u2019est pour une raison \u00e9troitement reli\u00e9e \u00e0 ce ph\u00e9nom\u00e8ne que l\u2019existence du ski est possible\u00a0?<\/strong><\/p>\n

Le diagramme de phase de l\u2019eau<\/h3>\n

\"\"<\/a>Un diagramme de phase est un graphique qui nous indique la phase (solide, liquide ou gazeuse) sous laquelle un corps existe dans les diff\u00e9rentes gammes de temp\u00e9rature et de pression. Le diagramme de phase de l\u2019eau est repr\u00e9sent\u00e9 ci-contre.<\/p>\n

On retrouve par exemple sur ce diagramme qu\u2019\u00e0 pression atmosph\u00e9rique, l\u2019eau est liquide \u00e0 30\u00b0C, devient solide en dessous de 0\u00b0 et vapeur au-del\u00e0 de 100\u00b0C.<\/p>\n

Mais on y voit aussi qu\u2019\u00e0 des pressions autres que la pression atmosph\u00e9rique, les temp\u00e9ratures de solidification et de vaporisation sont diff\u00e9rentes. Par exemple \u00e0 pression tr\u00e8s faible, on peut passer directement de la phase solide \u00e0 la phase gazeuse, c\u2019est la sublimation.<\/p>\n

Une c\u00e9l\u00e8bre pente n\u00e9gative<\/h3>\n

La caract\u00e9ristique tr\u00e8s inhabituelle du diagramme de phase de l\u2019eau est que la courbe de fusion a une pente n\u00e9gative. <\/strong>Cette courbe repr\u00e9sent\u00e9e en bleu sur le diagramme repr\u00e9sente la temp\u00e9rature \u00e0 laquelle la glace fond sous diff\u00e9rentes pressions. L\u2019eau est de ce point de vue \u00ab\u00a0anormale\u00a0\u00bb car pour la quasi-totalit\u00e9 des corps, cette pente est positive.<\/p>\n

Le fait que cette pente soit normalement positive est d’ailleurs \u00e9troitement li\u00e9 au fait que pour la plupart des corps, le solide est plus dense que le liquide. En effet une pente positive signifie que si on se place \u00e0 une temp\u00e9rature ou le corps est liquide, et qu\u2019on augmente la pression, on devient solide. Et intuitivement c\u2019est normal, puisque qu\u2019augmenter la pression, c\u2019est un peu comme r\u00e9duire le volume, et que pour un corps normal, le solide occupe moins d\u2019espace que le liquide.<\/p>\n

Oui mais pour l\u2019eau c\u2019est l\u2019inverse ! Le solide occupe plus de place que le liquide, et donc augmenter la pression sur la glace finit par la faire devenir liquide<\/strong>. Le diagramme ci-dessous montre la diff\u00e9rence entre un corps normal et l\u2019eau lorsqu\u2019on augmente la pression \u00e0 temp\u00e9rature donn\u00e9e.<\/a><\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Que se passe-t-il quand on skie\u00a0?<\/h3>\n

Cette fameuse pente n\u00e9gative est la raison pour laquelle le ski est possible. En effet la glace qui forme la neige est un solide, et les skis sont \u00e9galement des mat\u00e9riaux solides. Or en principe deux solides ne glissent pas l\u2019un sur l\u2019autre.<\/p>\n

Si le ski est possible, c\u2019est parce qu\u2019une fine pellicule d\u2019eau se forme entre la neige et les skis, pour la raison que nous venons de voir\u00a0: c\u2019est la pression du ski qui liqu\u00e9fie la neige<\/strong>. En fait on ne skie par vraiment sur la neige, mais plut\u00f4t sur l’eau. Donc le ski alpin n’est pas tr\u00e8s loin du ski nautique !<\/p>\n

Si \u00e0 la place de l\u2019eau on cherchait \u00e0 skier sur un corps dont la pente est positive, le fait d\u2019appliquer une pression ne produirait aucune liqu\u00e9faction, et glisser serait impossible\u00a0! C\u2019est donc un petit miracle que le ski existe (comme le patinage d\u2019ailleurs).<\/p>\n

Skier sur du gallium\u00a0?<\/h3>\n

\"\"<\/a>En r\u00e9alit\u00e9 l\u2019eau n\u2019est pas le seul corps poss\u00e9dant cette fameuse pente n\u00e9gative. Il nous faut rechercher parmi les corps qui augmentent\u00a0 de volume en se solidifiant. Mais les candidats ne sont pas nombreux. Parmi eux\u00a0: le silicium, le gallium, le bismuth, l\u2019antimoine, le germanium et le plutonium<\/strong>.<\/p>\n

Donc si on veut skier sur autre chose que de l\u2019eau, il n\u2019y a pas beaucoup de choix\u00a0! Le silicium fond normalement \u00e0 1410\u00b0, c\u2019est un peu loin. Pour le plutonium, on va oublier. Mais personnellement j\u2019ai un petit faible pour le gallium<\/strong>. En effet \u00e0 pression atmosph\u00e9rique, le gallium fond \u00e0 30\u00b0C, ce qui le rendrait id\u00e9al pour cr\u00e9er des pistes de ski praticables quand la temp\u00e9rature ambiante est comprise entre 0\u00b0 et 30\u00b0.<\/p>\n

Eh, je vais peut \u00eatre lancer un nouveau concept, moi\u2026<\/p>\n

R\u00e9f: Sur les propri\u00e9t\u00e9s magiques de l’eau <\/em><\/a><\/p>\n

Pour les courageux : vous pouvez vous amuser \u00e0 analyser le diagramme de phase de l’eau et en particulier cette fameuse pente n\u00e9gative. Si on fait le calcul quantitativement en prenant la pression typique exerc\u00e9e par les skis (un skieur de 80 kg, deux skis de 2m de long et 10cm de large) sur la neige, on voit que si la temp\u00e9rature est trop n\u00e9gative, \u00e7a n’est pas suffisant pour provoquer la liqu\u00e9faction de l’eau. Il y a donc d’autres ph\u00e9nom\u00e8nes en jeu, comme le fait que les mol\u00e9cules d’eau en surface de la glace sont moins li\u00e9es que celles situ\u00e9es au coeur, et sont donc plus facile \u00e0 lib\u00e9rer pour former une pellicule d’eau sur laquelle glisser. <\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

L\u2019eau est une substance merveilleuse qui poss\u00e8de de nombreuses propri\u00e9t\u00e9s physico-chimiques qui la distinguent de la plupart des autres mol\u00e9cules. Il se trouve que c’est gr\u00e2ce \u00e0 l’une de ces propri\u00e9t\u00e9s que l’existence du ski est possible. Parmi les propri\u00e9t\u00e9s exotiques de l’eau, une des plus connues est sans doute le fait que l\u2019eau augmente<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"jetpack_post_was_ever_published":false,"_jetpack_newsletter_access":"","_jetpack_dont_email_post_to_subs":false,"_jetpack_newsletter_tier_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paywalled_content":false,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[6],"tags":[13,14,16],"class_list":{"0":"post-751","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","6":"category-physique","7":"tag-eau","8":"tag-etats-de-la-matiere","9":"tag-sport"},"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"post_mailing_queue_ids":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/751","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=751"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/751\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=751"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=751"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=751"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}