Depuis des générations, les manuels de physique répètent la même histoire : si vous glissez sur la glace, c’est parce que le poids de votre corps, concentré sur la fine lame d’un patin, comprime la surface gelée et la fait fondre localement. Cette explication, aussi élégante que rassurante, vient d’être formellement démontée par des physiciens allemands de l’université de la Sarre. Leur verdict est sans appel : ni la pression, ni le frottement ne suffisent à expliquer pourquoi la glace est si traîtreusement glissante.

Sommaire

1. Une théorie vieille de 175 ans qui ne tenait déjà qu’à un fil
2. Le frottement, puis la couche pré-fondue : deux pistes qui s’effondrent aussi
3. Ce que révèlent vraiment les simulations les plus récentes

Une théorie vieille de 175 ans qui ne tenait déjà qu’à un fil

L’idée remonte au milieu du XIXe siècle. L’explication conventionnelle de la fusion par pression a été suggérée par James Thomson en 1850, comme conséquence de la densité plus élevée de l’eau liquide par rapport à la glace, et il a calculé qu’une pression de 466 atmosphères correspondrait à une fusion à -3,5°C. Son frère, un certain Lord Kelvin, avait même vérifié le calcul expérimentalement. Problème : cette pression théorique ne correspond à rien de réaliste sur une patinoire.

Des chercheurs de Cambridge ont fait les comptes dans les années 1930, et le résultat est presque comique : pour que cette hypothèse se vérifie, un skieur lambda devrait peser plusieurs milliers de kilos, à moins d’être un poids lourd de 40 tonnes chaussé de skis de 30 mètres. Mischa Bonn, qui dirige le département de spectroscopie moléculaire à l’Institut Max Planck, résume la situation avec une image tout aussi parlante : « Je pense que tout le monde convient que cela ne peut pas être le cas. Les pressions devraient être si extrêmes que vous ne pouvez même pas y parvenir en y mettant un éléphant ». Un éléphant sur des patins à glace. Voilà qui aurait mérité une place dans les manuels scolaires, ne serait-ce que pour l’anecdote.

La théorie posait un autre souci, plus terre à terre : elle n’explique absolument pas pourquoi une personne en chaussures plates, qui répartit son poids sur une bien plus grande surface et exerce donc beaucoup moins de pression, glisse tout autant qu’un patineur. L’explication par la fusion sous pression échoue aussi à expliquer pourquoi quelqu’un portant des chaussures à semelle plate, avec une surface bien plus grande qui exerce encore moins de pression sur la glace, peut également glisser.

Le frottement, puis la couche pré-fondue : deux pistes qui s’effondrent aussi

Face à cet échec, deux chercheurs de Cambridge, Frank Bowden et T.P. Hughes, ont proposé en 1939 une alternative : ce ne serait pas le poids qui ferait fondre la glace, mais la chaleur générée par le frottement du patin en mouvement. Séduisante, cette explication a pourtant volé en éclats dès les années 1960. En mesurant la résistance d’un fil tiré à travers de la glace très froide, deux scientifiques ont démontré que la glace restait glissante jusqu’à -35°C, température à laquelle la chaleur dégagée par frottement ne suffirait pas à provoquer la fonte. Et surtout, cette théorie ne dit rien du patineur immobile, debout sur ses lames sans bouger, qui glisse déjà avant même d’avoir amorcé le moindre mouvement.

Reste la piste dite du « prémélange », intuitée dès 1842 par Michael Faraday lui-même. En observant deux cubes de glace qui finissaient par se souder au contact l’un de l’autre, le physicien britannique en avait déduit qu’une fine pellicule d’eau liquide devait recouvrir en permanence la surface de la glace, même bien en dessous de 0°C. Une intuition brillante, longtemps ignorée, avant d’être formalisée un siècle plus tard. Mais là encore, le compte n’y est pas totalement : cette couche pré-fondue s’amenuise et finit par disparaître à mesure que le thermomètre plonge, sans que la glace cesse pour autant d’être dangereusement glissante.

Ce que révèlent vraiment les simulations les plus récentes

C’est là qu’intervient l’équipe menée par Martin Müser, professeur de simulation des matériaux à l’université de la Sarre, en Allemagne. Face à des conditions extrêmes où aucune des trois théories historiques ne tient debout, les chercheurs ont eu l’idée d’aller chercher des réponses ailleurs. Pour eux, aucune des trois théories précédentes ne tient la route dans les conditions extrêmes, parce que la glace reste glissante même par des températures si basses (en dessous de -100°C) que le prédégel n’existe plus et que la friction ne suffit plus à chauffer la matière.

Grâce à des simulations informatiques poussées, l’équipe a identifié un mécanisme totalement différent, invisible à l’œil nu et jamais évoqué dans aucun manuel scolaire. Selon leur nouvelle recherche, c’est en réalité l’interaction entre les dipôles moléculaires de la glace et ceux de la surface en contact, comme une semelle de chaussure, qui perturbe la structure de la glace et la rend glissante. En clair, ce ne serait ni la chaleur ni l’eau liquide qui expliqueraient la glissance, mais un réarrangement électrique à l’échelle moléculaire, provoqué par le simple contact entre deux surfaces. L’équipe de physiciens a découvert que les dipôles moléculaires sont la véritable raison pour laquelle humains, animaux et même machines perdent l’équilibre sur la glace.

Ce résultat rebat les cartes d’un débat scientifique vieux de près de deux siècles, largement enseigné comme une évidence dans les cours de physique du monde entier. D’autres équipes, comme celle du physicien Daniel Bonn à l’université d’Amsterdam, continuent en parallèle leurs propres expériences, notamment avec une patinoire miniature construite en laboratoire pour mesurer précisément les forces en jeu au contact d’une lame de patin. Le consensus scientifique n’est pas encore total, mais une chose est sûre : la prochaine fois qu’un enfant demandera pourquoi on glisse sur la glace, la réponse toute faite du manuel scolaire ne suffira plus. Et c’est peut-être ça, la vraie leçon de cette histoire : même les explications les plus « évidentes » méritent parfois d’être vérifiées, patins aux pieds ou pas.

Sources : presse-citron.net | trustmyscience.com