La quasi-totalité des substances devient plus dense en se solidifiant. L’eau fait exception, et cette anomalie conditionne la vie sous les lacs gelés, la circulation des océans et jusqu’à la fonte des plateformes antarctiques. Tout tient à la géométrie des liaisons entre molécules.
 

Les glaçons dans un verre, la banquise sous les phoques : la glace qui flotte relève de l’évidence quotidienne. Elle constitue pourtant une singularité physique. La glace surnage parce qu’elle est moins dense que l’eau liquide, alors que la plupart des corps se contractent et gagnent en densité au moment de passer à l’état solide.

Une architecture moléculaire particulière

Une molécule d’eau associe deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène, reliés par des liaisons covalentes fondées sur le partage de paires d’électrons. Entre molécules voisines, un autre type de liaison intervient. La charge positive d’un atome d’hydrogène est attirée par l’atome d’oxygène chargé négativement d’une molécule voisine. Cet attachement porte le nom de liaison hydrogène.

Au moment de la congélation, ces liaisons organisent les molécules en un réseau cristallin. La majeure partie de la glace présente à la surface de la Terre adopte une structure hexagonale répétitive.

Cette géométrie est la clé du phénomène. Elle maintient les molécules à distance les unes des autres, dans un agencement plus ouvert que celui de l’eau liquide, où elles circulent librement et peuvent se rapprocher davantage. Un même volume de glace contient donc moins de molécules que le même volume d’eau, d’où sa densité inférieure.

Une conséquence majeure pour le vivant

Cette propriété permet aux icebergs de flotter malgré des épaisseurs considérables, évaluées entre 30 et 50 mètres selon l’agence océanique et atmosphérique américaine.

Elle a surtout une portée biologique décisive. Parce que la glace se forme en surface et y demeure, la vie peut se maintenir sous la couche gelée des lacs et des océans. Si la glace coulait, ces habitats aquatiques se retrouveraient progressivement pris en masse, ce qui condamnerait les organismes qui y vivent.

Le moteur caché des courants océaniques

La banquise joue un autre rôle, moins visible. En se formant, la glace de mer expulse le sel qu’elle contient. L’eau située juste en dessous devient alors extrêmement salée, donc très dense. Cette masse d’eau plonge vers les profondeurs et repousse vers la surface les eaux profondes, contribuant à la circulation océanique à l’échelle planétaire.

Un facteur dans l’équation climatique

Cette même propriété intervient dans certains points de bascule du système climatique. Les plateformes de glace flottantes prolongent en mer la calotte de l’Antarctique occidental, principale contributrice antarctique à l’élévation du niveau des mers. Une étude parue en 2023 dans la revue Nature Climate Change prévoit leur diminution rapide au cours du siècle à venir, sous l’effet du réchauffement des eaux qui les érodent par le dessous.

Parce que ces plateformes flottent, l’océan est en contact direct avec leur face inférieure. La fonte qui en résulte s’inscrit dans une boucle de rétroaction liant température des océans et élévation du niveau marin. Une chaîne de conséquences dont l’origine tient à une propriété physique en apparence banale.

Par FUTURA