Pourquoi la glace est blanche ou transparente ?

[invite3438d3f4]

Bonjour,
Je travaille dans une usine qui fabrique des machines à glace en écaille (paillettes), pour l'industrie de la pêche…et nous cherchons à expliquer la couleur blanche de la glace.
Le principe de fonctionnement consiste à faire ruisseler abondamment de l'eau à 0° /+1°C sur une paroi métallique qui est refroidie de -15° à -25°c en fonction des machines. La glace se forme et quand elle atteint une épaisseur de 2mm environ, celle-ci est décollée pour être exploitée.
Nous avons remarqué que lorsque la glace se forme, elle prend un aspect blanc opaque sur les zones les plus froides de la machine, et de la glace transparente sur les zones qui sont plus chaudes. Dans cette application nous sommes sur que le facteur le plus déterminant dans la couleur de la glace : c'est la température de refroidissement de la paroi où se forme la glace.
J'ai lu beaucoup de choses sur la glace et j'en ai conclu que, dans notre application, si la glace est blanche, c'est du à sa structure cristalline. Bien sûr la teneur en gaz ou en sels minéraux peut faire blanchir un petit peu la glace comme pour les glaçons dans réfrigérateur, mais la glace formée dans nos machines est instantannément blanche.

Là où j'ai besoin d'aide c'est :
> Quels sont les types de cristaux?
> De quelle façon ils s'organisent ?
> Quel est leur dimensions ?
et tout cela en fonction de l'épaississement de la formation de la glace jusquà 2mm.

Mon hypothèse est :

- Je pense que, les cristaux de glace qui sont toujours translucides, se forment en plaque hexagonale et plus la température est basse, plus la base hexagonale est petite et le cristal se développe en colonne. La lumière, qui traverse alors ces cristaux, est constamment déviée par une multitude de prismes que forment ces cristaux, pour être finalement renvoyée : d’où l’apparente couleur blanche.

- Lorsque la température est plus élevée les cristaux de glaces, se forment moins vite et donc ils se forment en plaques hexagonale de faible épaisseur mais d’une surface plus grande. Dans ce cas la lumière peut traverser facilement les cristaux de part en part : d’où l’aspect de transparence.
Pensez vous que mon hypothèse est juste ?

Merci d’avance pour votre attention

icemaker
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[invite5fc1946d]

Cela dépend de la forme des cristaux de glace et donc des conditions de leur formations. La glace formée à partir d'eau surfondue (donc qui reste liquide malgré des températures négatives) se formera instantanément de manière très rapide en dentelles à partir de noyaux solides. C'est le principe du givre et elle sera forcément blanche car les cristaux seront fortement dentelés. Les nuages d'altitudes, formés de cristaux de glace à partir de gouttelettes surfondues sont blancs pour la même raison. Si tu fais baisser lentement la température d'un liquide homogène, il n'y aura pas de cristaux dentelées et dissociés, ça formera du verglas, des glaçons et l'eau surfondue autour restera surfondue, donc pas de cristaux (jusqu'à -39°C). J'aurais donc tendance à dire que ça dépend aussi de la taille des gouttelettes. La glace formée sur les zones les plus froides de vos machines étant sans doute des cristaux formés d'eau surfondues à partir de noyaux de congélation. Quant aux zones plus chaudes, il s'agit d'une congélation plus lente et normale d'eau liquide.

Enfin je sais pas ce sont des hypothèses bien entendu.

[invite3438d3f4]

Bonjour Damien49,

Merci pour cet avis très enrichissant.
Pour être plus précis, je ne pense pas qu'il s'agisse d'eau surfondue;
Dans cette application on est loin des conditions que l'on peut trouver dans l'atmosphère. Il s'agit là d'une eau qui ruisselle sur une paroi refroidie ; cette eau est mise en circulation par une pompe à eau à partir d'une réserve où un appoint est réalisé en compensation de la production de glace. Cet appoint est réalisé à partir de l'eau du réseau ce qui explique que la température moyenne dans cette réserve est d'environ +1°C. Dans les nuages on peut trouver toutes sortes de cristaux (dentrites, aiguilles, gobelets, plaquettes, colonnes et autres boutons de manchette...) en fonction des conditions atmosphériques.
Là c'est vraiment particulier, je me demandais même, si dans ce cas, il y a vraiment formation de cristaux avec des formes particulières ou si au contraire, l'eau gèle sans aucune formation de cristaux.
On pourrait se poser la même question pour le glaçon du réfrigérateur : comme il est presque transparent : est il constitué de cristaux, et si oui : de quelle forme ?
Y a t'il des cristaux dans la plaque de verglas ?

[invite5fc1946d]

Les cristaux de glace c'est surtout quand on passe de l'état de vapeur d'eau à celui de la glace directement. De la vapeur d'eau tu en as partout, tout autour de tes machines, c'est pas qu'en météorologie. Quant à la surfusion elle est très fréquente. Ton eau à 1°C va passer dans vos machines de refroidissement et gardera quelques secondes un état liquide alors qu'elle sera déjà à une température négative. C'est le contact à l'échelle semi-atomique avec les parois de vos machines qui va former le noyau de congélation et donc à partir de là, une succession de cristaux propices à l'opacité. Plus le cristal de glace est dentelé, plus il peut contenir d'air entre les dentelures, et plus il est opaque. La neige par exemple est un mélange d'air et de cristal de glace.

Entre 0 et -4°C tu aura surtout une structure cristalline hexagonale. Mais tu as plus de 11 variétés allotropique de la glace cristalline (fonction de la température et de la pression).

Quant à la glace amorphe (sans cristaux donc), elle est transparente, car amorphe comme l'eau ou le verre.

[A voir en vidéo sur Futura]

[mach3]

pour moi c'est surtout lié aux tailles des cristaux et donc au taux de nucléation/croissance.
Lorsque la température n'est pas trop basse, il y a peu de nucléation, peu de cristaux se forment et ils le temps t'atteindre une grande taille avant de se coller les uns aux autres. Il y a peu d'interfaces, peu de défauts, la glace est transparente.
Lorsque la température est trop basse, il y a beaucoup trop de nucléation, un très grand nombre de petits cristaux se forment, et n'ont pas le temps de croitre, car déjà au contact. Il y a pleins d'interfaces, donc plein de réfraction, la lumière est diffusée, la glace est blanche. Cela peut être amplifié par une croissance dendritique, mais elle n'est pas nécessaire pour avoir de la glace blanche : il suffit d'une petite taille de cristaux.

Il n'y a à mon avis pas de polymorphisme ici, vous n'êtes pas du tout dans les conditions de pression requises pour former les polymorphes haute pression et/ou très basse température de la glace

Pour l'eau amorphe, vous pouvez laisser tomber, c'est en dessous de 165K (-107°C à peu près) qu'elle se forme, donc c'est exclu ici (et pour les plaques de verglas qui sont bien entendu cristallines).

Par ailleurs à propos du lien amorphe/transparence implicitement fait par damien, il n'existe absolument pas. Il y a des matériaux cristallins qui sont transparent et d'autres opaque et des matériaux amorphe qui sont aussi transparent et d'autre qui sont également opaque, vu cet état de fait on ne peut se permettre d'associer transparent et amorphe sans être tout simplement contrafactuel.

m@ch3

[invitea4a042cf]

Il me semble que de la glace formée d'eau pure devrait être transparente. Si la glace est parfois blanche, ce n'est pas à cause des cristaux, mais à cause des minuscules bulles d'air qui sont piégées par la glace (de même que lorsqu'on fait couler de l'eau rapidement, elle semble parfois trouble pendant quelques dizaines de secondes, car il y a plein de minuscules bulles d'air).
La rapidité de refroidissement influe sur le nombre de bulles piégées. Plus on refroidit vite, plus on les piège.

[invite5fc1946d]

En fait mach3 a tout à fait raison, ce n'est pas le caractère amorphe qui donne la transparence. Et Cecile donne la raison de pourquoi les matériaux amorphes sont plus généralement transparents (mais pas toujours), car les solides amorphes se forment par un refroidissement très rapide, il gardent donc plutôt un caractère homogène sans bulles d'airs. Il faut aussi que ce solide n'est pas d'atomes absorbant la lumière dans les longueurs d'ondes entre 400 et 800nm (c'est le cas de la glace et du verre), donc un solide amorphe homogène et pure mais qui absorbe la lumière dans ses longueurs d'ondes restera opaque malgré tout.

[invite3438d3f4]

Bonjours à tous,
Attention Damien49, la glace d'apparence blanche n'absorbe pas la lumière, mais elle la renvoi de façon désordonnée. Comme la glace est composée de multitude de petites paroies (du à des formes de cristaux ou des bulles d'air ou peut être les deux : je ne sais pas encore), la lumière est constamment déviée pour finalement être renvoyée.
Voici ce que j'ai pu lire sur l'aspect blanc de la neige :
"La neige c'est plein de cristaux de glace mis ensembles donc il faut regarder ce que fait la lumiere dans de la glace.

Si tu croyais que la glace c'est transparent, c'est faux
La glace est en fait translucide, c'est-a-dire que la lumiere qui va sortir de la glace n'a pas la meme direction que celle qui y est entree. Comme dit plus haut c'est du a l'interaction entre la lumiere dont les longueurs d'ondes sont proches des distances entres atomes dans la glace et la structure cristalline de la glace ( = la facon dont les atomes sont arranges). Tu as alors une forte interaction entre les structures de ta glace et la lumiere => diffusion de la lumiere dans la glace => la lumiere change de chemin dans la glace => quand elle ressort du cristal la lumiere a change de direction."

La neige est constituee de plein de cristaux de glace, donc quand un photon va entrer dans la neige il va d'abord etre devie par un cristal puis par un autre puis par un autre etc etc, ce qui fait qu'en moyenne sur tous les photons qui entrent dans la neige, une grosse partie va voir son chemin modifie jusqu'a aller dans le sens inverse de quand elle est entre dans la glace => cette partie est donc reflechie !
Comme ca marche pour tous les photons, donc toutes les longueurs d'ondes, la neige parait blanche

Dans notre application, la glace n'est pas en contacte avec l'air humide puisqu'elle est coincée entre la paroi et un film d'eau. La durée d'un cycle de fabrication de la glace , est en moyenne de 20 à 30 secondes. C'est à dire que c'est la durée entre le moment où on commence à faire ruisseler l'eau sur la paroi réfrigérée et le moment où la glace est décollée de cette paroi. cf fichier joint
Le cycle est rapide, si le système n'est pas assez froid la glace va rester transparente jusqu'au décollage, par contre à l'inverse si le système est très froid la glace blanche apparaît dès les premières secondes.
Autre info intéressante : plus on fait descendre la température de la paroi, plus la glace est dure et difficile à casser et plus les morceaux sont petits. Ce qui pourrait conforter les dires de Mach3 dans l'hypothèse que les cristaux sont plus nombreux donc plus petits et donc avec plus de liaisons entre eux.

[invite5fc1946d]

Attention Damien49, la glace d'apparence blanche n'absorbe pas la lumière, mais elle la renvoi de façon désordonnée.

Ais-je dis le contraire ?

Il faut aussi que ce solide n'est pas d'atomes absorbant la lumière dans les longueurs d'ondes entre 400 et 800nm (c'est le cas de la glace et du verre), donc un solide amorphe homogène et pure mais qui absorbe la lumière dans ses longueurs d'ondes restera opaque malgré tout.

Je te parlais des solides amorphes (autre que la glace et le verre) dont les atomes absorbent le rayonnement électromagnétique (autre nom de la lumière) situé entre 400 et 800nm de longueur d'onde (donc la lumière visible).

[JPL]

L'image doit être fournie au format jpg en respectant les dimensions maximum indiquées.
Merci.

[invite3438d3f4]

Bonjour à tous,

Damien49 pardon j'ai du lire un peu trop vite effectivement tu as raison.

Cecile : j'ai bien réfléchi à ton hypothèse et voilà ce que j'en conclu :
Lorsque tu ouvre un robinet d'eau effectivement il peut y avoir des formations +ou- importantes de bulles de gaz dans le jet d'eau. Ceci est du principalement au fait que la pression se trouvant dans le réseau d'alimentation d'eau est en moyennes situé entre 2 et 5 bars.
Il n'est pas surprenant alors que lorsqu'on ouvre brutalement un robinet, une détente puisse se produire sur la pression de l'eau et donc cela favorise son dégazage. On peut aussi remarquer que le dégazage est très rapide (maxi 2 à 3 secondes).
Dans le cas de notre machine à glace :
- étant donné que l'appoint d'eau est réalisé dans le bac inférieur ouvert à l'atmosphère : 1er dégazage
- que l'eau est aspiré par une pompe (pression maxi de refoulement 3m CE) pour être injectée dans un cuvette de distribution elle aussi ouverte sur l'atmosphère : au vu du brassage 2ème dégazage possible
- le taux de recirculation de cette eau et en moyenne de 2 cad qu'une partie de l'eau est congelé et une partie retombe à +0;+1°C dans le bac inférieur pour être à nouveau aspiré et refaire un 2ème fois le circuit.
Je pense honnêtement qu'il ne doit pas rester beaucoup de bulles de gaz à apparaître dans la glace : bien que j'ai lu quelque part que la formation de glace favorisait le dégazage du CO2. ..mais je pense que c'est dans des conditions de formation de glace plus lente.

J'ai 2 autres questions :
Au vu de vos réponses à tous, et je vous remercie pour cela, j'aurai tendance à penser que l'opacité de la glace est probablement dû au fait de la formation de multitude de petits cristaux. Mais quels formes précise pourraient ils adopter ? en sachant que plus la glace s'épaissie, moins la température est basse, car la paroi passe de l'acier à de la glace : de la glace qui se forme sur de la glace...donc de + en + lentement !
J'ai pensé aussi à une 2ème hypothèse qui pourrait être en parallèle de celle des cristaux. Comme un glaçon qu'on plonge dans un verre de liquide à température ambiante (comme l'apéro ), il éclate à cause des forces de dilatation et/ou du au choc thermique ; la glace fabriquée dans nos machines, avec un violent contraste thermique, ne pourrait elle pas produire d'innombrable micros fissures en son sein ?

[invitea4a042cf]

Je pense honnêtement qu'il ne doit pas rester beaucoup de bulles de gaz à apparaître dans la glace : bien que j'ai lu quelque part que la formation de glace favorisait le dégazage du CO2. ..mais je pense que c'est dans des conditions de formation de glace plus lente.

Si, il y a du gaz dans l'eau, simplement c'est du gaz dissous. S'il n'y avait pas de gaz dissous dans l'eau, les poissons ne pourraient simplement pas y vivre ! Rappelez-vous que les poissons font passer l'eau à travers leurs branchies pour récupérer l'oxygène dissous. Il y a aussi d'autres gaz dissous : azote, CO2...
Ces gaz dissous ne sont plus solubles dans la glace. Soit ils ont la possibilité de s'échapper, et la glace reste transparente, soit ils sont piégés et la glace est blanche (tout ça dépend aussi de la taille des bulles, bien sûr).

[invite3438d3f4]

Si je suis ton raisonnement, l'eau se débarrasse systématiquement de tout ou partie de ses gaz dissous lorsqu'elle se transforme en glace.
Dis moi si je me trompe : Quand l'eau se change en glace, des liaisons se forment entre les atomes d'hydrogène, ce qui aurait pour effet de rompre les liaisons atomiques avec celles des molécules de gaz ?
Quel sont les gaz dissous qui se libèrent le plus : ne serait ce pas le Co2 ?
Pour toi les formes et tailles de cristaux n’interviendraient pas dans l’aspect blanc ou transparent de la glace ?

[invitea4a042cf]

Si je suis ton raisonnement, l'eau se débarrasse systématiquement de tout ou partie de ses gaz dissous lorsqu'elle se transforme en glace.

Oui. La glace est sous forme cristalline, donc c'est un milieu ordonné où, me semble-t-il, les gaz dissous n'ont pas leur place.
.

Dis moi si je me trompe : Quand l'eau se change en glace, des liaisons se forment entre les atomes d'hydrogène, ce qui aurait pour effet de rompre les liaisons atomiques avec celles des molécules de gaz ?

Les liaisons de l'eau avec les molécules de gaz dissous sont des liaisons de type "faible", qui se rompent facilement. Donc je pense que, lors de la formation de glace, il y a un réarrangement de toutes les molécules d'eau, et que ça rompt en effet ces liaisons faibles avec les gaz.

Quel sont les gaz dissous qui se libèrent le plus : ne serait ce pas le Co2 ?

CO2, O2, N2...

Pour toi les formes et tailles de cristaux n’interviendraient pas dans l’aspect blanc ou transparent de la glace ?

Non. Ou peu.

On peut probablement faire une expérience simple pour vérifier ça. Pour "dégazer" l'eau, il suffit de la faire bouillir. Donc en faisant bouillir de l'eau, puis en la laissant refroidir (sans la secouer, sans quoi on réincorpore du gaz), puis en la mettant dans le bac à glaçons, on devrait avoir une glace bien plus transparente que la glace faite avec de l'eau du robinet non dégazée.

[mach3]

Si je suis ton raisonnement, l'eau se débarrasse systématiquement de tout ou partie de ses gaz dissous lorsqu'elle se transforme en glace.

oui, la glace est un solide cristallin pur qui ne contient idéalement rien d'autre que des molécules d'eau. Cela dit aux températures où on travaille, il y a des défaut et la proportion de molécules autre que l'eau (donc des gaz) doit se porter aux environs de 10^-15, ce qui est bien inférieur à la proportion de ces gaz dans l'eau liquide.

Pour toi les formes et tailles de cristaux n’interviendraient pas dans l’aspect blanc ou transparent de la glace ?

je pense qu'il y a des deux. La plus faible température engendre à la fois une plus forte nucléation (plus de cristaux) et un taux de croissance plus rapide (le cristal pousse très vite et a tendance à incorporer les bulles de gaz plutôt qu'à les expulser, mais ce n'est pas général, il y a des contre-exemples).
De plus, les gaz ayant une solubilité rétrograde dans l'eau, des bulles peuvent se former lors du refroidissement, avant la cristallization.

A priori, je ne sais dire quel est le facteur prépondérant. Une observation au microscope avec lumière polarisé serait nécessaire pour trancher : on pourra facilement estimer la taille moyenne et la morphologie des cristaux et évaluer la quantité de bulles en fonction de la température à laquelle les cristaux se sont formés.

m@ch3

[invite3438d3f4]

C'est intéressant ça... si je fais bouillir mon eau je suis sûr de la dégazer au maximum!...moi qui croyais que les bulles n'étaient que de la vapeur d'eau !
J'ai peur que nos machines ne soient pas idéales pour faire cette expérience, car l'eau n'est pas congelée à son premier passage, donc risque de brassage...
Ou alors après l'avoir fait bouillir, il faudrait que je porte cette eau à une température proche de 0°C, avant de l'injecter directement dans la cuvette de distribution pour éviter au maximum la recirculation.
Mais avant il faudra faire tourner la machine un bon quart d'heure pour l'amener à température (fonctionnement établi)… à voir !
Toute fois, comme nous faisons souvent des essais de fonctionnement de ces machines, nous devons jeter une de bonnes quantités de glace dans un bassin de fonte ; il est vrai que lorsque cette glace fond, en voit des bulles remonter.
On peut dire que Cécile a en partie raison !
Quand à l'examen de cette glace au microscope : je procède bien un petit microscope mais je ne suis pas sûr qu'il soit bien adapter.
J'imagine qu'il faut examiner la glace dans une ambiance de température négative ? Quand à la lumière polarisée...
Je pense qu'un examen approfondi par le centre de recherche en glaciologie serait l'idéal...mais voilà un email il y a quelques semaines et aucune réponse depuis...dommage !

[mach3]

J'imagine qu'il faut examiner la glace dans une ambiance de température négative ?

hélas oui, sans parler du fait qu'il faut que la source de lumière du microscope émette peu de chaleur...

Quand à la lumière polarisée...

ça peut surement se bricoler avec deux filtres dit "polaroid". L'un placé en amont, après la source et avant l'échantillon l'autre en aval, après l'échantillon (sur l'objectif par exemple).
Les cristaux réfractent différemment selon la polarisation, du coup selon l'orientation d'un cristal donné et de celle des polaroids, celui-ci passe par différentes couleurs (interférences) et peu même devenir noir quand on passe par un angle précis.
Cela permet de mettre en évidence les délimitations entre cristaux: ils auront tous une orientation différente, donc une couleur différente. Sans polarisation, ils seront tous blanc (enfin transparent) et il ne sera pas toujours facile de les délimiter.

Je pense qu'un examen approfondi par le centre de recherche en glaciologie serait l'idéal...mais voilà un email il y a quelques semaines et aucune réponse depuis...dommage !

oui, ce serait vraiment l'idéal... y a t'il un glaciologue dans la salle??

m@ch3

[invite5fc1946d]

Je ne sais pas si ce lien va t'intéresser car ça concerne plutôt les cristaux de neige (donc un seul cristal non lié), mais bon je le met au ca où : http://www.bentley.sciencebuff.org/index.htm y'a en tout cas de très belle images de cristaux

[invite3438d3f4]

Bonjour Damin49,

Merci pour ce lien que je n'avais pas encore visité. Lorsque j'ai lancé mes recherches sur la glace j'ai lu beaucoup de choses sur la neige et tous les cristaux qui l’accompagnent: c'est passionnant mais je n'ai presque rien trouvé sur la glace fabriquée dans des conditions autres que dans les nuages, en tous les cas rien qui puisse répondre précisément à mes questions.

Ce forum m'a déjà apporté plus enseignements que j'aurais pu croire, et je vous en remercie tous.
Si je devais résumé aujourd'hui, je pense (sans être sûr) qu'il y a 2 éléments qui entrent en compte dans l'aspect de la glace que nous fabriquons : se sont les cristaux mais je ne sais pas comment ils s'agences et les bulles de gaz et je ne sais pas dans quelle proportion et quel taille.
Je pense qu'il va falloir qu'on poursuive nos investigations !

[invitea4a042cf]

les bulles de gaz et je ne sais pas dans quelle proportion et quel taille.

Cela dépend de l'eau de départ (pure ou pas ? aérée ou pas ?...) et des conditions de solidification (descente en température rapide ou lente, glace plus ou moins épaisse...). Bref, seule une analyse de ta glace pourrait apporter une réponse (et encore, si ça se trouve, la réponse serait différente selon les saisons).

[invite19af11ae]

Bonjour

Je travaille au Laboratoire de Glaciologie, à Grenoble, et je pense que l'on pourrait apporter des réponses à vos questions.
Si vous êtes intéressés, on peut même envisager de travailler ensemble?

En fonction de votre réponse, je vous ferai parvenir mon adresse mail.

Cordialement

[invite3438d3f4]

Bonjour LGGE-M,

Heureux d'avoir un contact avec un expert !

Effectivement, je suis intérressé d'avoir votre avis sur la question.
Est ce que, vous avez déjà un avis sur le phénomène ?
Pouvez vous me dire comment vous envisagez de procéder pour que l'on puisse travailler de ensemble ?

Cordialement

[invite5fc1946d]

Et bien voilà, on a un expert.

A noter qu'en y réfléchissant de nouveau sur le fonctionnement de ta machine, je suis presque persuadé que votre eau sous forme liquide atteint d'abord un état de surfusion quelques instant juste avant de se solidifier en glace.

Ce qui me met la puce à l'oreille, c'est ta phrase :

Il s'agit là d'une eau qui ruisselle sur une paroi refroidie ;

La fait que ton eau ruisselle et soit donc en mouvement explique la surfusion. Et plus elle ruissellera de façon dynamique, plus la surfusion durera longtemps. La surfusion n'est donc selon moi pas à une notion à écarter dans le processus.

Autre hypothèse, ce ruissellement impose aussi la création de bulles, donc plus le ruissellement se fait de façon turbulente, plus ta glace sera blanche.

Qu'en pense LGGE-M ?

[invite3438d3f4]

Bonjour Damien49,
Pour autant, je pense alors, que si il y a bulles de gaz, elles auront peut être plus le temps de s'échapper, puisque l'apparition de la glace est retardée ...non ?

Comme on peut le voir sur la vue éclatée, l'eau ruisselle sur une paroi verticale.
Je pense effectivement que ton hypothèse est intéressante.
Je pense comme toi qu'une eau statique aura tendance à prendre en glace à une température supérieure à celle d'une eau en mouvement.
Aussi, une fois que l'eau est sur la paroi métallique, elle va très rapidement faire une fine couche de glace qui va à son tour devenir la nouvelle paroi sur laquelle l'eau va se transformer avec une température de contact qui va augmenter en même temps que l'épaisseur de la glace ainsi formée.. je ne sais pas si je suis claire ?.
Et donc en fonction de l'état de surface (rugosité microscopique) de cette glace, des turbulences dans le courant d'eau pourraient créer de minis cavitations donc de micros bulles.

Qu'en pensez vous ?

[invite19af11ae]

Bonjour à tous

Désolée, je n'ai pas eu le temps de lire en détails tous vos messages, il y en a déjà beaucoup.
Je travaille sur la glace et ses microstructures depuis déjà quelques années, au LGGE. En général plutot sur la glace issue des forages Antarctiques et Groenlandais, mais depuis peu sur la glace des cascades de glace.
Les grimpeurs font depuis longtemps état de "glace blanche" ou de "glace noire" aux propriétés différentes. On a montré récemment (l'article vient d'être accepté, je ne peux pas encore mettre de lien) que la glace "blanche" était due au piégeage des bulles au cours de la formation.
Quand on regarde une stalactite par exemple, on voit très bien les cercles de petites bulles dans les zones ou les grains sont petits, et se sont donc formés rapidement (lors du refroidissement nocturne par exemple). La ou la glace est transparente, les grains sont gros et allongés, ils se sont formés plus lentement.

En labo, quand on veut faire de la glace transparente, on commence effectivement par dégaser l'eau pendant longtemps, et ensuite, soit on fait le vide avant de faire geler, soit on agite pendant toute la congélation, pour faire remonter les bulles, qui sinon se font piéger quelque soit la vitesse de croissance.

Par contre, effectivement, la possibilité de microfissures liées soit au choc thermique, soit tout simplement à la dilatation pendant la congélation n'est pas du tout a exclure, c'est le cas d'ailleurs lorsqu'on forme un simple glaçon dans un bac fermé.

J'ai l'impression que votre discussion était déjà arrivée assez loin... si je peux apporter d'autres éléments?

Pour l'observation de la glace : pas besoin de microscope (en générale les grains sont suffisamment gros pour s'observer à l'oeil), mais un système de lumière polarisée, et il vaut mieux faire une lame mince, pour bien distinguer les grains.

A suivre donc

[invite9801a285]

Question très intéressante qui rejoint celle plus générale de la problématique des milieux transparents homogènes ou hétérogènes.

Prenons un morceau de verre à vitre, transparent donc. Broyons-le en une poudre fine de dimension micrométrique : le verre est devenu "blanc". Le verre à vitre, à l'instar d'un glaçon sorti du frigo, est homogène. La poudre est hétérogène et diffuse la lumière si sa dimension caractéristique est du même ordre que celle de la longueur d'onde de la lumière visible (0,4 à 0,8 micromètre).

[invite3438d3f4]

Bonjour ulysse 37,
La précision que tu apporte sur la diffusion de la lumière par la multitude de micros prismes que représente la juxtaposition des cristaux de glace, est aussi mon avis, même si je pense aujourd’hui, qu'il y a aussi des bulles de gaz qui influent sur le phénomène.
J'ai aussi réfléchi sur la régularité de la taille des cristaux et je suis maintenant convaincu qu'ils ne sont pas réguliers pour 2 raisons :
1 - comme la réfrigération s'effectue au travers d’une paroi d'acier et de glace qui est de moins en moins froide au fur et à mesure qu'elle s’épaissie, les cristaux se formant sont donc de morphologie différentes en fonction de là où ils se sont formés dans l'épaisseur de la glace qui je le rappel n'excède pas 2.5 mm.
2 - La paroi d'acier sur laquelle se forme la glace est usinée puis chromée ce qui lui octroi en plus de sa faculté d'être non adhérente pour la glace pour le décollage final, une rugosité très faible. De l'autre, coté là où circule le réfrigérant, cette paroi est brute et non usinée : les irrégularités de surfaçage font légion et donc doivent faire varier l'épaisseur globale de la paroi ce qui pourrait influencer la conduction et donc la transmission de l'énergie. Ceci dit je pense que ces irrégularités étant de tailles proportionnellement très inférieure à la l'épaisseur de la paroi, les écarts de transmission de chaleur du aux petites variations d'épaisseurs, doivent être relativement diffusées et probablement négligeables.
Pour un peu qu’on veuille bien s’arrêter pour réfléchir à la constitution ou à la morphologie de la glace, cela devient vite passionnant et probablement tout aussi compliqué au regard des multiples conditions de sa formation.