Séminaire Matière Molle : Axel Huerre (LadHyx, École Polytechnique)

Solidification d'un filet d'eau

Axel Huerre, le 17 janvier 2020 à 11h

Comment se forment une cascade de glace, les stalagmites qui peuplent les grottes des régions froides, ou encore les cercles de glace que l’on peut observer dans certaines rivières gelées ? Les structures de glace qui émergent naturellement dans des environnements froids adoptent bien souvent des formes surprenantes qui interrogent la curiosité scientifique. Ici, nous nous intéresserons aux structures formées lorsque l’on a du ruissellement sur une surface froide.
Je présenterai une expérience type durant laquelle un filet d’eau s’écoule sur une surface très froide. Après quelques minutes, on assiste à la formation d’un muret de glace sur lequel s’écoule l’eau. Nous caractériserons et expliquerons la dynamique de formation du muret et discuterons la forme finale de la structure de glace.
En particulier, nous avons pu identifier deux régimes distincts. Le premier est un régime de diffusion 1D où la glace croît indépendamment de l’écoulement. Dans le second, une fois que la glace est assez épaisse, le flux de chaleur apporté par l’eau devient important, brisant la symétrie du problème. Il en résulte une épaisseur de glace plus grande en aval. L’épaisseur de glace croît linéairement et nous expliquerons ce phénomène en considérant l’équilibre entre refroidissement de la glace et réchauffement par l’eau.