GLACE

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Minéralogie : réseau cristallin et changements d'état

Réseau cristallin de la glace I

La diffraction des rayons X et la spectroscopie montrent que, dans le minéral glace ordinaire (glace Ih), chaque atome d'oxygène se trouve au centre d'un tétraèdre régulier formé par les quatre atomes d'oxygène les plus proches, situés à 0,2767 nm, auxquels il est lié par l'intermédiaire des liaisons hydrogène. L'angle entre deux liaisons hydrogène est de 109,470. Cette liaison est due au fait que les atomes d'hydrogène (ou plus exactement leurs noyaux, les protons) relatifs à deux oxygènes voisins sont mis en commun. La diffusion des neutrons montre que :

– d'une part, les protons restent à la distance de 0,096 nm de l'un des atomes d'oxygène, c'est-à-dire la distance qui existe dans la molécule isolée de vapeur d'eau ; entre deux atomes d'oxygène, il n'y a qu'un proton ; la « mise en commun » de ce proton consiste en des sauts continuels d'un site possible à l'autre ;

– d'autre part, à 0,096 nm d'un atome d'oxygène, il n'y a, à tout moment, que deux protons ; compte tenu du fait que dans la molécule de vapeur d'eau l'angle H−O−H vaut 104,50, on voit qu'on retrouve dans la glace à peu près la disposition des atomes dans la molécule de vapeur d'eau.

En réalité, les tétraèdres considérés ne sont pas parfaitement réguliers : leur base est un triangle équilatéral dont le côté est a = 0,4523 nm ; les trois autres arêtes sont égales entre elles, mais avec une valeur très légèrement différente de a ; la hauteur du tétraèdre est c/2, avec c = 0,7367 nm (donc c/a = 1,629, alors que, pour un tétraèdre parfaitement régulier, c/a serait égal à 1,633) ; toutes ces longueurs s'entendent à 0 0C et sous 1 atmosphère.

Pour construire le réseau cristallin de la glace Ih à partir de ces tétraèdres élémentaires, disposons toutes leurs bases sur un plan, qui sera le plan cristallographique (0001), encore appelé « plan de base », com [...]


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Europe : plaines glacées

Europe : plaines glacées
Crédits : Courtesy NASA / Jet Propulsion Laboratory

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Europe : Thera Macula et Thrace Macula

Europe : Thera Macula et Thrace Macula
Crédits : Courtesy NASA / Jet Propulsion Laboratory

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Europe : la «banquise»

Europe : la «banquise»
Crédits : Courtesy NASA / Jet Propulsion Laboratory

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Callisto

Callisto
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Écrit par :

  • : professeur à l'université de Grenoble-I, directeur du laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement du C.N.R.S., président du Comité scientifique et technique de l'Association nationale de l'étude de la neige et des avalanches

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Pour citer l’article

Louis LLIBOUTRY, « GLACE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 27 septembre 2020. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/glace/