Comment évolue le volume lors de la solidification ?

Évolution du volume lors de la solidification : le cas particulier de l’eau

La solidification, processus de passage de l’état liquide à l’état solide, s’accompagne généralement d’une diminution de volume. Cependant, l’eau constitue une exception remarquable à cette règle.

Comportement inhabituel de l’eau

Lorsque l’eau liquide se solidifie pour former de la glace, son volume augmente d’environ 9 %. Cette expansion anormale est contraire à l’intuition, car la plupart des matériaux se contractent lors du passage de l’état liquide à l’état solide.

Structure cristalline unique

Cette expansion singulière de l’eau est attribuable à sa structure cristalline unique. Au point de congélation, les molécules d’eau s’organisent en une structure cristalline tétraédrique, dans laquelle chaque molécule est entourée de quatre autres molécules.

Cette structure tétraédrique crée des espaces vides au sein du réseau cristallin, ce qui conduit à un volume global plus important que dans l’état liquide.

Conséquences de l’expansion

L’expansion de l’eau lors de la solidification a des conséquences importantes :

• Flottabilité de la glace : La glace étant moins dense que l’eau liquide, elle flotte à sa surface. Cela permet aux lacs et aux océans de rester liquides sous la glace, fournissant un habitat à la vie aquatique.
• Erosion : Lorsque l’eau s’infiltre dans les fissures des roches et gèle, son expansion peut exercer une pression importante, provoquant l’éclatement des roches.
• Canalisations gelées : Si l’eau dans les canalisations gèle, son expansion peut entraîner leur rupture.

Conclusion

Le comportement inhabituel de l’eau lors de la solidification découle de sa structure cristalline tétraédrique unique. Cette expansion entraîne des conséquences importantes dans la nature et dans les applications industrielles.