Verre d'eau au freezer : gel en surface

[Coincoin]

Bonjour tout le monde,
Pris d'une irrésistible envie de boire de l'eau fraîche (parce que bon, l'eau de Paris, c'est quand même meilleure quand c'est frais), j'ai mis un verre d'eau au freezer (j'étais pressé). Puis, tête en l'air que je suis, je l'ai oublié, et je viens de le ressortir à l'instant. Et là, je constate quelque chose qui à la réflexion me surprend, mon magnifique verre cylindrique (type petit pot de Nutella pour les connaisseurs) n'a eu le temps de geler qu'en surface (sur un millimètre environ). Et c'est là, que je me suis demandé : "pourquoi en surface ?". Si on y réfléchit, le fond du verre est posé sur un surface particulièrement froide, les parois conduisent bien mieux la chaleur que l'air du freezer, mais non, ça gèle en surface... Bref, j'aimerais savoir si vous aviez votre petite théorie pour expliquer cela.
Personnellement, je pencherais pour une explication basée sur le fait que la glace flotte, donc les petits cristaux formés dans le volume remontent à la surface où ils fusionnent (on remarque d'ailleurs que la glace est plus épaisse sur les bords). Mais j'aimerais bien votre avis quand même...

Coincoin, qui va arrêter de boire de l'eau
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[Ignotus]

salut,

Sans doute le fond du verre (en verre), du fait qu'il est plutôt un isolant thermique, a t'il retardé l'absorbtion des calories de l'eau du fond. Alors qu'en haut... brrr

[invite6f044255]

Je me rapprocherai de ce que tu dis aussi, Coincoin.
La supersaturation (par rapport a la glace) est tres commune: il faut des petits bouts de glace pour que la glace commence a se former en grande quantite. Or tes bouts de glace flottent. D'ou la surface gelee.


[mode interrogation pour moi-meme=ON]Je me demande si d'une certaine facon, on ne pourrait faire une analogie avec la temperature des volcans[mode interrogation pour moi-meme=OFF]

[Coincoin]

Ben non justement, le verre conduit bien mieux la chaleur que l'air (qui est beaucoup moins dense). Tu n'as qu'à poser ta main sur le verre (brrrrrrrrrrr) et dans l'air pour sentir la différence.

PS L'air est un bon isolant thermique : les isolations thermiques, type laine de verre, bloquent l'air (pas de convection) et diminue donc la conduction thermique ; lorsqu'il fait froid, on multiplie les couches de vêtements pour emprisonner des couches d'air, etc...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Coincoin]

Or tes bouts de glace flottent. D'ou la surface gelee.

Ok, merci... Ca fait plaisir de savoir que mon explication n'est pas aberrante... Reste plus qu'à essayer avec un solide plus dense que son liquide (mais je fais rarement geler des verres d'éthanol dans mon frigo )

[Antikhippe]

(on remarque d'ailleurs que la glace est plus épaisse sur les bords)

Ca, c'est parce que la surface est sphérique, donc par gravité...

C'est le seul truc que je peux expliquer ! lol

[invite6f044255]

On vient de me suggerer quelque chose (et oui, j'en parle autour de moi ): l'air du freezer est deja a 0 degre quand tu mets ton verre, tandis que ton verre doit etre refroidi, ce qui peut prendre du temps et permettre au haut de geler d'abord...

[Ignotus]

Ben non justement, le verre conduit bien mieux la chaleur que l'air (qui est beaucoup moins dense)

Oui, c’est vrai, mais il a une plus grande inertie thermique, donc il faut d’abord refroidir le verre, et ensuite l’eau.

Tu n'as qu'à poser ta main sur le verre (brrrrrrrrrrr) et dans l'air pour sentir la différence

C’est (je pense) encore un histoire d’inertie thermique. La main dans l’air froid réchauffe « instantanément » une épaisseur d’air autour d’elle qui lui sert de protection. Ce qui n’est pas le cas au contact direct du verre froid.

C’est comme ça que je le sens, mais……

[Coincoin]

Vos réactions et idées sont vraiment intéressantes...
Alors pour avancer un peu, je tiens à dire que j'ai cassé la glace puis remis le verre (que je n'ai toujours pas bu ), et je réobtiens de la glace en surface uniquement, alors que le verre est bien froid maintenant...

Ca, c'est parce que la surface est sphérique, donc par gravité...

C'est le seul truc que je peux expliquer ! lol

Moi, je pense que les petits cristaux de glace remontent à la surface, car ils sont plus légers que l'eau, et entraînent le gel autour d'eux, et ce plus facilement près de la paroi du verre, qui est plus froid...

Je suis en train d'essayer de réfléchir pour voir si je peux faire geler le verre retourné, sans inonder mon frigo, et sans m'obliger à dégivrer ensuite...

[invite6f044255]

Par contre tu peux essayer avec une bouteille d'eau en plastique que tu mets a plat (on est physicien ou on l'est pas: on neglige le bouchon!!! ), tu verras si c'est le haut qui gele ou si ca se fait uniformement...
En tout cas il n'y aura plus de differences de conductivite thermique selon les faces. (dans l'hypothese de negligationnation du bouchon)

[Coincoin]

Par contre tu peux essayer avec une bouteille d'eau en plastique que tu mets a plat

Argh... j'ai déjà fait ça, mais je n'ai jamais regardé suffisament tôt (la glace était déjà bien prise). Et je n'ai pas de bouteille chez moi pour tenter l'expérience...

Par contre quelqu'un sait-il si un film de cellophane reste étanche et bien collé avec le froid ? L'expérience est lancée...

[invite6f044255]

Par contre quelqu'un sait-il si un film de cellophane reste étanche et bien collé avec le froid ?

NON!!
non, je rigole...

(trop tard, Coincoin a deja couru jusqu'a son freezer, s'est pris le pied dans ses cables de fer a repasser qui etait reste chaud et lui est tombe sur le bec....)

Et je n'ai pas de bouteille chez moi pour tenter l'expérience...

Bon, j'essaierai chez moi ce soir, et je te dis ca...

[Ignotus]

Par contre quelqu'un sait-il si un film de cellophane reste étanche et bien collé avec le froid ? L'expérience est lancée...

Tu nous le diras

Tu peux toujours mettre une lampe torche et ta webcam dans le freezer

[Coincoin]

Tu peux toujours mettre une lampe torche et ta webcam dans le freezer

J'aurais eu une webcam, j'aurais bien essayé (mais j'aurais eu du mal avec les fils je pense). Malheureusement, ce n'est pas le cas...

J'adore la science !!! Ca me rappelle mon tout premier message sur ce forum
(attention, exclu) : http://forums.futura-sciences.com/showthread.php?t=3551

[Patzewiz]

Bonsoir,
J'ai déjà observé la même chose quand je remets mes bacs à glace dans le freezer après l'avoir décongelé. L'explication concernant la faible densité de la glace me plait pas mal mais j'en ai une autre qui la recoupe partiellement et est liée à l'anomalie de dilatation de l'eau. En effet l'eau atteint sa densité maximum au voisinage de 4°C, quand on pose un récipient contenant de l'eau à moins de 4° sur une surface encore plus froide, l'eau qui se redroidit au contact de cette surface a tendance à monter par un mécanisme analogue à la convection. L'eau qui se trouve en haut du récipient est donc plus froide que celle qui se trouve en bas. Si de plus, l'air ambiant est à une température inférieure à 0°C toutes les conditions sont réunies pour que la solidification commence en surface. La glace qui se forme étant encore moins dense, elle ne peut que rester en surface.

Bien que je n'ai pas fait de test dans mon frigo, j'ai déjà observé des bouteilles d'huile partiellement figée. Dans ce cas, il me semble avoir toujours observé le solide au fond de la bouteille.

[deep_turtle]

Chouette une discussion de physique !!

Bon, j'ai un verre dans le freezer moi aussi, je mène mes petites expériences...

Moi, je pense que les petits cristaux de glace remontent à la surface, car ils sont plus légers que l'eau, et entraînent le gel autour d'eux, et ce plus facilement près de la paroi du verre, qui est plus froid...

Ca voudrait dire que les cristaux de glace se forment dans le coeur du volume d'eau, ça semble bizarre... J'aurais tendance à dire que les amorces de gel se font forcément à l'interface de l'eau avec autre chose... Eau-verre ou eau-air ?

Mon interprétation (qui va quand même dans ton sens coincoin) : le maximum de densité de l'eau est à 4 degrés celsius, ce qui veut dire que quand tu refroidis de l'eau en dessous de cette température, l'eau plus froide est moins dense. Donc quand l'eau refroidit par ses bords, il s'établit un profil de température/densité qui fait que l'eau plus froide se retrouve en haut, et donc gèle en premier...

PS : croisement avec Patzewiz, et on a l'air d'accord !!

[Coincoin]

J'avais oublié cette histoire de maximum à 4°C... Ca me plaît énormément tout ça !!!

J'aurais tendance à dire que les amorces de gel se font forcément à l'interface de l'eau avec autre chose...

Je ne garantis pas l'absence de poussières et autres impuretés dans mon verre...

Bref, Patzewiz et Deep_turtle, l'expérience semble vous donner raison : mon verre retourné (bouché avec un film de cellophane, encore étanche) est en train de geler à la surface, en partant du bord...
Bref, l'explication la plus raisonnable me semble être pour résumer : en-dessous de 4°C, l'eau a un comportement étrange, sa densité augmente avec la température, l'eau froide remonte donc à la surface. Là, elle atteint les 0°C et ce plus vite au contact du verre que de l'air (le verre conduit mieux la chaleur) et gèle formant un anneau de glace qui va se fermer et faire une "banquise"...
Bref, j'attends un peu, puis je fais fondre ma glace retournée (ça va être marrant à voir) et après je remets au frigo pour voir si la couche de glace augmente régulièrement ou bien si à partir d'un moment la glace prend dans le volume

[zoup1]

Si tu prends de l'huile, qui se "fige"... (je sais pas très bien quelle genre de phase c'est) mais il me semble que c'est plus dense que l'huile non figée, il me semble que cela commence par le bas.... mais ce n'est pas très homogène me semble t il ???

Moi, je suis d'accord avec l'explication initiale, les cristaux de glace remontent et la glace se forme en surface.

[Coincoin]

Je remarque que dans mon expérience du verre retourné, ça gèle beaucoup moins vite. C'est bien la preuve que le fond du verre conduit bien la chaleur normalement, et qu'on a un refroidissement par le bas... à moins que ça soit simplement dû au fait que j'ouvre mon freezer toutes les 5 minutes

[zoup1]

Bon, j'avais pas vu les derniers messages... (à partir de celui de Patezevic)... mon intervention n'a aucun interêt... on oublie..

[Coincoin]

Dans mon verre retourné, j'ai réussi à avoir deux couches de glace : celle du haut, qui n'a plus rien de mystérieux pour nous maintenant, mais aussi une en bas, au contact direct avec le freezer !

Juste pour savoir : combien de personnes se sont amusées à mettre un verre au freezer finalement ?

[Antikhippe]

Juste pour savoir : combien de personnes se sont amusées à mettre un verre au freezer finalement ?

Moi, je l'ai déjà fait une ou deux fois, mais comme c'était trop froid à boire, je l'ai laissé se réchauffer à l'air libre ! (quelle efficacité !) lol

[deep_turtle]

Moi aussi, mais j'ai pris un petit verre (un shot glass qui avait rarement vu l'eau... ), et du coup quand je suis allé voir où ça en était ça avait déjà pris en bloc... Y en a qui ont plus le sens pratique que d'autres...

[invite79a98872]

Je suis déçu d'avoir loupé cette scéance de travaux pratiques !

Je vais devoir tester tout seul dans mon coin c'est moins drôle.

Ce sera pour la prochaine fois que coincoin à une bonne idée d'expérience de ce genre !!!

[invite6f044255]

Bon, j'ai teste avec ma bouteille d'eau en plastique que j'ai rempli au maximum, et que j'ai mis au congelo a plat.
Apres 10min environ, une mince couche de glace s'etait formee sur tout le bord.

donc il y a toujours un truc mysterieux....comme la deuxieme couche de glace du verre de Coincoin.

[Coincoin]

avec ma bouteille d'eau en plastique que j'ai rempli au maximum

Euh... t'as pensé que la glace prenait plus de place que l'eau ? Si je me rappelle bien la densité de la glace tourne autour de 0.9, donc les (en gros) 10% de volume en plus, ça peut amener quelques surprises...
Personnellement, je viens de sortir un verre que j'avais oublié cette nuit... Il a gelé retourné, et j'ai un magnifique bloc de glace qui emprisonne de l'air dans mon verre...

une mince couche de glace s'etait formee sur tout le bord.

Sur toute la surface de la bouteille ? Y a une couche sur la surface libre de l'eau aussi ? (Ah ben zut, t'as dit que t'avais rempli au maximum). Ca rejoint ce que disait Deep_turtle : la glace se forme à l'interface eau-bouteille, d'autant mieux que la bouteille conduit la chaleur.

Pour ma deuxième couche de glace, elle était nettement plus épaisse sur les bords, donc je suppose que c'était tellement froid (contact direct avec le freezer) que la glace s'est formée en "s'accrochant" au bord, puis petit à petit la couche s'est refermée (même si la densité aurait tendance à la faire remonter, elle est suffisamment accrochée pour rester en bas)

[Coincoin]

Dites-moi... quelqu'un saurait-il à quoi est due la différence entre la glace transparente et la glace blanche ? Présence de petites bulles d'air ?
Parce que la fonte de mon bloc de glace est assez intéressante...

[FC05]

Je confirme l'histoire de la densité max de l'eau à 4°C. Pour s'en convaincre, une petite expérience : ajouter de la glace pilée dans un verre d'eau assez haut. Puis mesurer la température de l'eau en fonction de la profondeur avec un thermocouple. Sans agitation, le haut est à 0°C, le fond à 4°C et intermédiairement ... ça dépend de la quantité de glace.

Pour ce qui est des bulles dans la glace, ce sont les gaz dissout dans le liquide qui sont expulsés lors de la congélation. Il faut donc utiliser de l'eau dégazée pour avoir moins de bulles.

[.:Spip:.]

Dites-moi... quelqu'un saurait-il à quoi est due la différence entre la glace transparente et la glace blanche ?..

justement, je me suis posé la question il y a quelques jours. je me la posait parce que j'ai deja entendu cette question mais grrr, je en me souviens plus...

d'apres mes observations , la glace blanche semblerait etre eclatée de l'interieur. lorsque l'eau gele, elle gonfle. lorsque la glace se forme autour, l'eau a l'interrieur doit gelé plus tard et ca claque a cause de cette difference de volume occupé.

pour avoir de la glace transparante, il faudrait refroidir uniformement l'eau... reste a verifier...

[Coincoin]

C'est juste que lorsque mon cylindre de glace fondait, je pouvais voir la glace blanche se transformer en glace transparente, et ce qui est intéressant, c'est que la surface de séparation était nettement visible et avait une forme bizarre, genre paraboloïde (mais plus plat en bas). Si quelq'un me trouve l'expression, il aura mon respect éternel !