 surfusion |
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La définition du degré 0
°C
dans l'
échelle Celsius
se fait à partir de la
fusion
de la
glace
sous la
pression atmosphérique normale
; cette
température
de fusion, comme le rappelle l'article abordant le
diagramme de phases
de l'eau, reste en fait pratiquement la même dans toute l'
atmosphère
quelle que soit la valeur de la
pression
. On peut en déduire que les particules d'eau dans l'
air
sont fondues, c'est-à-dire à l'état liquide, au-dessus de 0 °C, et qu'elles passent à l'état solide au-dessous de 0 °C : et c'est bien ce qui survient habituellement autour de nous, près du sol ou de l'eau douce. Pourtant, tel n'est pas toujours le cas, loin de là, au sein de l'atmosphère : l'eau peut s'y condenser sous forme de gouttes ou de gouttelettes en étant
surfondue
, c'est-à-dire à l'état liquide dans un air à température inférieure à 0 °C. L'état physique correspondant, appelé la surfusion, est un exemple d'état
métastable
, dans lequel le système matériel que l'on considère se maintient en déséquilibre énergétique sans atteindre (sinon avec une extrême lenteur) l'état d'équilibre où il devrait se trouver après avoir perdu son excès d'énergie. La surfusion persiste tant que les particules d'eau liquide ne seraient capables que d'engendrer des germes solides de dimensions trop faibles, dont les surfaces se composeraient donc de molécules maintenues par des
forces internes
trop peu intenses ; inversement, la formation brutale de germes de glace à partir de surfaces irrégulières
—
sol, objets, aéronefs, etc.
—
ou autour d'impuretés et de
noyaux de
congélation
en suspension dans l'air interrompt la surfusion et provoque la congélation immédiate des gouttes ou gouttelettes. |
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La surfusion de l'eau, présentée en physique comme un phénomène plutôt exceptionnel, est en réalité la règle en
météorologie
pour tout ce qui concerne les
nuages
et hydrométéores, au sein desquels les particules peuvent rester liquides jusque vers - 30, voire - 40 °C ; en même temps, des cristaux de glace commencent à apparaître en altitude, surtout à partir de - 10 °C environ. Il en résulte que des particules d'eau surfondue et de glace cohabitent dans une grande partie des nuages : si, dans ceux de l'
étage supérieur
, les gouttes ou gouttelettes surfondues restent rares et fugaces, elles prédominent dans ceux de l'
étage moyen
et apparaissent dans les parties élevées des
cumulonimbus
et de certains
cumulus
. Cette coexistence de particules liquides en surfusion et de cristaux de glace joue un rôle essentiel, à travers l'
effet Bergeron
, dans la mise en route de la plupart des
précipitations
; au cours de ce processus, de la
vapeur d'eau
en
sursaturation
par rapport à la glace est émise par les gouttelettes d'eau surfondue et vient grossir les cristaux de glace ou les noyaux de congélation préexistants. La surfusion intervient également à côté de la
coalescence
dans la formation des
grêlons
, dont les noyaux de glace, au cours de leurs
ascendances
et
subsidences
alternées, captent des successions de gouttes de
pluie
surfondues. |
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Le contact direct de particules liquides en surfusion avec des matériaux solides provoque le
givre
, qui dépose instantanément sur ces matériaux une masse de glace parfois importante et peut présenter un danger particulier pour les toits, les câbles aériens, etc., et surtout pour les avions et, parfois aussi, les navires. Outre les risques ainsi suscités par certains nuages et par les
brouillards givrants
, le phénomène de surfusion est bien sûr à l'origine des dangers de dérapage sur la chaussée ou le trottoir dus à la congélation de
pluies
ou de
bruines verglaçantes
et à la formation de couches de
verglas
; alors, dans le salage des voies, du chlorure de sodium est répandu de façon à ce que ses
ions
forment avec les molécules de l'eau précipitée ou déposée un mélange dit "eutectique", dont les
phases
se différencieront comme celles d'un corps pur ayant une température de fusion nettement plus basse que celle de l'eau. |
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