Des bulles prisonnières de la glace express
Dans un verre d'eau gazeuse, les bulles remontent joyeusement à la surface. Mais si l'on gèle l'eau, certaines bulles se retrouvent prisonnières de la glace. Comment y arrivent-elles ? Car la glace pousse en repoussant le gaz – mais elle n'y parvient pas toujours.
Les scientifiques ont pris de l'eau gazeuse (de l'eau contenant du dioxyde de carbone dissous) et l'ont congelée à différentes vitesses : de 1 à 20 micromètres par seconde. C'est comme si le front de glace avançait à la vitesse d'un cheveu humain par minute, ou d'un cheveu en trois secondes. La température variait progressivement, avec un gradient constant de 15 degrés par millimètre.
Au microscope avec éclairage fluorescent, on voyait le gaz s'accumuler en minuscules bulles devant le front de glace. Il s'est avéré que chaque bulle a son « temps de réflexion » : le nombre de secondes nécessaires au gaz pour se rassembler en bulle. Si la glace avance lentement, les bulles ont le temps de grossir et de s'échapper. Si elle avance vite, elle les rattrape et les emmure.
Ce n'est pas qu'un simple jeu avec de l'eau gazeuse. En métallurgie, les bulles de gaz dans une pièce coulée sont un défaut qui affaiblit la pièce. Dans la glace, au contraire, les bulles conservent l'air ancien – c'est grâce à elles que les scientifiques reconstituent les climats d'il y a des milliers d'années. On peut désormais prédire plus précisément où et combien de bulles se formeront lors de la solidification.
L'eau gazeuse contient environ 3 à 4 fois plus de dioxyde de carbone dissous que l'eau du robinet ordinaire. Lors de la congélation, ce gaz est expulsé par la glace et s'accumule en bulles – c'est cet effet qui rend la glace d'eau gazeuse trouble.
Dans le roman de Kurt Vonnegut « Le Berceau du chat », il y a la glace-neuf, une forme de glace fictive qui gèle tout autour d'elle. Notre expérience sur les bulles dans l'eau qui gèle est un pas vers la compréhension de la façon de contrôler la structure de la glace et d'autres matériaux.