2.14 : États de l'eau

L’eau existe dans trois principaux états : solide (glace), liquide et gaz (vapeur). L’état dans lequel est l’eau dépend des forces intermoléculaires qui rassemblent les molécules d’eau et de l’énergie cinétique qui les sépare.

L’eau gèle lorsque les forces intermoléculaires sont plus importantes que l’énergie cinétique. Contrairement à la plupart des autres substances, l’eau est moins dense à l’état solide qu’elle ne l’est dans son état liquide. C’est parce que chaque molécule d’eau est capable de se lier avec quatre molécules, formant une structure espacée et tétrahédrique. Cette caractéristique de l’eau permet à la glace de flotter. Sans glace flottante, les étendues d’eau gèleraient de bas en haut, tuant la vie aquatique.

Lorsque de l’énergie cinétique est appliquée à la glace sous forme de chaleur, la glace fond en eau liquide. Dans cet état, les liaisons entre les molécules d’eau se rompent constamment et se forment à nouveau. Lorsque la glace fond, la température de l’eau reste au point de fusion jusqu’à ce que le volume entier soit liquide. C’est uniquement à ce moment-là que la température de l’eau augmente au-delà du point de fusion.

Comme l’énergie cinétique domine les forces intermoléculaires, l’eau liquide (ou même la glace) se transforme en gaz. Le processus produisant de la vapeur à partir d’eau liquide est appelé vaporisation. Des augmentations de l’énergie cinétique peuvent se produire à l’intérieur de l’échantillon, comme avec l’ébullition, ou peuvent se produire à la surface lorsque l’eau s’évapore. Le processus par lequel un gaz est généré directement à partir d’un solide, sans passer par une phase liquide, est appelé sublimation. Cette transition dépend d’une pression atmosphérique basse, ce qui augmente les effets de l’énergie cinétique.

Lorsque l’énergie cinétique chute, la transition de vapeur à liquide peut se faire, un processus appelé condensation, ou la transition directement à solide, un processus appelé dépôt ou sublimation inverse. La condensation explique la pluie et les dépôts expliquent la neige.

Dans la recherche d’autres planètes bio-compatibles, la présence d’eau est une caractéristique cruciale, en particulier sous forme liquide, parce que la vie sur Terre a commencé dans l’eau. Encelade est une lune de Saturne couverte de glace qui a des panaches d’eau ou des geysers sur son pôle sud. Cela a d’abord suscité beaucoup de débats sur la question de savoir si Encelade a de l’eau liquide sous la glace car il s'est avéré que les panaches transportent à la fois de la vapeur et de la glace. Cependant, l’orbite de la lune autour de Saturne ainsi que d’autres indices indiquent la présence d’un vaste océan liquide sur Encelade, ce qui la rend potentiellement accueillante pour la vie.