Физики опровергли вековую теорию о том, что давление делает лед скользким

Un patineur file sur la glace, ses lames tranchent la surface avec une aisance presque magique. Depuis un siècle, les manuels scolaires expliquent ce prodige par une histoire simple : le poids concentré sur la fine lame du patin ferait fondre localement la glace, créant un film d’eau lubrifiant. Cette explication, apprise par des générations d’élèves, est fausse. Les physiciens le savent depuis longtemps, mais ce qui remplace vraiment cette théorie reste, aujourd’hui encore, un sujet de recherche actif. À retenir - La théorie classique de la pression ne tient pas mathématiquement : un éléphant sur patins ne suffirait pas - Une fine pellicule quasi-liquide existe bel et bien, mais elle ne suffit pas à tout expliquer - Des chercheurs découvrent en 2025 que des forces électriques microscopiques réorganisent la surface au contact La théorie de la pression, un calcul qui ne tient pas L’idée semblait pourtant logique. Comme la glace est moins dense que l’eau liquide, une pression suffisante devrait abaisser son point de fusion et la transformer en eau, même sous 0°C. Parce que la glace est moins dense que l’eau liquide, son point de fusion est abaissé sous des pressions élevées, une théorie de longue date suggère que c’est ce qui rend la glace glissante : lorsque vous marchez dessus, la pression de votre masse fait fondre la couche supérieure en eau. Problème : le calcul ne colle pas avec la réalité physique. Mischa Bonn, qui dirige le département de spectroscopie moléculaire à l’Institut Max Planck, résume la situation sans détour : « Je pense que tout le monde convient que cela ne peut pas être le cas. Les pressions devraient être si extrêmes que vous ne pouvez même pas y parvenir en y mettant un éléphant. » Voilà pour l’éléphant sur patins, image qui a le mérite de clore le débat une bonne fois pour toutes. Les chercheurs de l’université d’Amsterdam ont même chiffré l’écart : à de telles températures, il faudrait une pression considérable, environ 500 fois la pression exercée par un patin à glace, pour causer la fonte. Une chaussure de marche ordinaire, avec sa large semelle, exerce une pression encore plus faible qu’une lame de patin. Elle glisse pourtant tout autant sur un trottoir verglacé. La friction ne suffit pas non plus à expliquer le mystère Deuxième hypothèse historique : la chaleur produite par le frottement entre la chaussure et la glace ferait fondre la surface au passage. Séduisante sur le papier, cette explication s’effondre dès qu’on regarde les cas limites. Comment expliquer qu’un patineur immobile, debout sur ses lames sans bouger, glisse déjà ? La glace n’est pas seulement glissante lorsque vous vous déplacez, comme le découvre rapidement quiconque essaie de se tenir debout sur des patins à glace pour la première fois. Le froid extrême achève de démonter la théorie. Des mesures effectuées dans les années 1960 ont apporté la preuve définitive : en mesurant la résistance mécanique d’un fil lentement tiré à travers la glace froide, en dessous de -20°C, des chercheurs ont montré que la glace restait glissante jusqu’à -35°C, température à laquelle la chaleur dégagée par frottement ne suffirait pas à provoquer la fonte. À de telles températures, skier ou patiner devrait ressembler à glisser sur du papier de verre. Ce n’est pas le cas. Quelque chose d’autre rend la surface traîtresse, même dans le froid polaire. Une fine pellicule d’eau existe, mais son origine reste débattue Reste une piste, pressentie dès 1842 par Michael Faraday lui-même. En observant deux cubes de glace qui se soudent au contact l’un de l’autre, le savant britannique a suggéré qu’il y avait toujours une couche liquide au sommet de la glace, même à des températures inférieures au point de fusion, un phénomène qu’il a appelé « premelting ». Son intuition a été ignorée pendant près d’un siècle avant que deux physiciens, Charles Gurney et Woldemar Weyl, ne la formalisent sous le nom de « prémélange de surface ». L’idée : à la surface d’un cristal de glace, les molécules d’eau n’ont pas de voisines au-dessus d’elles pour les maintenir en place. À la surface, les molécules n’ont pas de voisines au-dessus d’elles pour les maintenir en place. Elles sont donc plus libres et plus agitées, formant une couche désordonnée qui se comporte comme un liquide, même bien en dessous de 0°C. En 2011, des simulations atomiques menées à l’université Complutense de Madrid ont confirmé l’existence de cette pellicule quasi-liquide, invisible à l’œil nu mais bien réelle, en observant molécule par molécule le comportement de la surface. Mais cette découverte a soulevé une autre question, tout aussi coriace : cette fine couche suffit-elle vraiment à expliquer pourquoi certains objets glissent bien mieux que d’autres sur la même glace ? Cette idée, basée sur l’idée que la glace est auto-lubrifiée, n’explique pas pourquoi certains matériaux ont un frottement plus faible contre la glace que d’autres ; si la couche d’eau est toujours présente, tout devrait être équivalent. Une semelle de ski et une semelle de chaussure de randonnée ne glissent pourtant pas de la même façon. Le rebondissement de 2025 : place aux forces électriques C’est là qu’intervient la découverte la plus récente, publiée en 2025 par l’équipe du professeur Martin Müser à l’université de la Sarre, en collaboration avec l’institut Max Planck, dans la revue Physical Review Letters. Leur hypothèse ne parle plus de fonte du tout, mais de charges électriques microscopiques. Chaque molécule d’eau possède une extrémité légèrement positive et une extrémité légèrement négative, comme un minuscule aimant. Des chercheurs en Allemagne ont utilisé des simulations pour montrer que lorsqu’un objet touche la glace, les molécules d’eau en surface se réorganisent, passant d’un cristal ordonné à une structure désordonnée et amorphe. Ce phénomène n’est pas causé par la pression ou la friction, mais par des charges électriques microscopiques. Les molécules d’eau ont des extrémités positives et négatives, et lorsqu’elles touchent une autre surface, elles réagissent aux atomes de ce matériau. Cette interaction électrique perturberait la structure rigide de la glace au moment même du contact, créant une couche glissante et désordonnée qui expliquerait pourquoi certains matériaux glissent mieux que d’autres et pourquoi ce phénomène persiste à des températures extrêmement basses. la glace ne serait pas glissante en elle-même : elle le deviendrait au contact d’un autre matériau, à cause d’un dialogue électrique invisible entre les deux surfaces. Une équipe de l’université de Pékin avait d’ailleurs montré, dès 2024, que de minuscules défauts à la surface de la glace génèrent aussi un peu d’eau, même à des températures extrêmement froides, sans pour autant suffire à expliquer la glisse à eux seuls. Le mot de la fin appartient pourtant aux chercheurs de l’université de Pennsylvanie, qui étudient ces travaux avec un enthousiasme mesuré : mais en résumé, nous ne savons pas encore avec certitude. Un siècle et demi de recherche, des équipes sur trois continents, des simulations atomiques ultra-précises, et la glace continue de garder une part de son secret. La prochaine fois que vous chuterez sur un trottoir verglacé, sachez au moins que même les physiciens les plus pointus n’ont pas encore percé totalement ce mystère. Sources : presse-citron.net | theconversation.com