CONGÉLATION DE L’EAU

Congélation de l’eau. — L’eau se solidifie à 0° (c’est précisément le point fixe adopté pour les thermomètres centigrade et Réaumur) et cette solidification est accompagnée d’une dilatation subite, considérable, après une dilatation régulière de + 4 à 0°. La densité de l'eau solide ou glace à 0° est égale à 0,92, celle de l'eau à + 4° étant égale à 1 ; c’est donc une dilatation subite

de

du volume de l'eau. On connaît les effets produits par cette

expansion qui brise les vases les plus résistants lorsqu’ils sont pleins d’eau et fermés.

Le maximum de densité de l’eau et sa forte dilatation au moment de sa congélation jouent un rôle capital dans la nature, l’eau occupant les deux tiers de la surface de la terre. Par les froids de l’hiver, les couches superficielles se contractent d’abord et sont remplacées par les couches inférieures plus légères qui à leur tour, en se refroidissant, tendent à gagner le fond et ce phénomène se continue jusqu’à ce que toute la masse ait acquis la température de -h 4°. A partir de ce point, les couches superficielles se dilatent au contraire en continuant à se refroidir et restent à la surface où elles finissent par se solidifier. L’eau étant mauvais conducteur de la chaleur, ce refroidissement ne porte que sur une faible épaisseur et les couches inférieures se maintiennent à + 4°. La glace qui se forme reste à la surface, augmentant lentement d’épaisseur. S’il n’en était pas ainsi et si la glace était plus lourde que l’eau, comme cela a lieu généralement pour les corps solides comparés à leur état liquide, la glace gagnerait le fond, serait remplacée bientôt par une nouvelle couche de glace et toute la masse d’eau ne tarderait pas à se congeler.

L’eau peut être amenée au-dessous de 0° (jusqu’à — 8° ou — 10°) sans qu elle se solidifie. Cela a lieu surtout avec l’eau privée d’air et à l’abri de toute agitation. Cet état de surfusion cesse brusquement par l’agitation ou par le contact d’une parcelle de glace; la température remonte alors à 0°. Le point de congélation de l’eau est abaissé lorsque celle-ci tient des sels ou autres substances en dissolution; ainsi l’eau de mer se congèle à — 2°, b. Les matières salines restent alors dans l’eau mère et la glace en est dépourvue.

La glace fond à 0° et cette température reste constante dans toute la masse tant qu’il reste de la glace, de même qu’elle reste constante pendant la congélation tant qu’il reste de l’eau liquide.

Il faut doue fournir à la glace, pour la faire fondre sans changement de température, une certaine quantité de calorique qui est la chaleur latente de fusion de la glace. Cette quantité de chaleur est de 70 calories. C’est-à-dire que I kilogramme de glace à 0° peut abaisser la température de 79 kilogrammes d’eau de 1°, ou celle de 1 kilogramme d’eau de 79° à 0°. Si au contraire on prenait 1 kilogramme d 'eau à 0° et 1 kilogramme d’eau à 79°, la température finale serait la moyenne, soit 39°, 5. Rapportée à une molécule d’eau (18), cette chaleur latente est de lcal43 (grandes calories).

La glace est formée par un enchevêtrement de cristaux et ces cristaux sont des prismes hexagones très allongés appartenant au système rhomboédrique. Leur forme s’observe le mieux sur des ilocons de neige qui présentent sous des aspects très variés des amas étoilés de ces cristaux (fig. 72).

Fig. 72.

De tous les corps connus, l’eau est celui qui possède la plus grande chaleur spécifique. Cette chaleur spécifique a été prise pour unité. La chaleur spécifique de la glace n’est que 0,5.

Vaporisation de l’eau. — L’eau et la glace elle-même émettent constamment des vapeurs qui se mêlent à l’air et cette production de vapeur est d’autant plus abondante que la température est plus élevée. On dit que l’air est saturé de vapeur d’eau lorsque celle-ci pour une température donnée a acquis son maximum de tension. Lorsque de l’air ainsi saturé à une certaine température vient à se refroidir, une partie de cette vapeur devient visible sous forme de brouillard. Nous rappellerons que Y état hygrométrique de l’air est le rapport f : F entre la tension réelle f de la vapeur existant dans l’air au moment considéré et la tension maximum F de la vapeur à la température de l’observation.

La tension de la vapeur d’eau devient égale à la pression atmosphérique de 7üOmm à la température de 100°, qui a été