chapitre 3 L’eau et la vie 53
du corps et aide à prévenir l’hyperthermie. Lorsque le taux
d’humi dité est élevé au cours d’une journée chaude, nous
avons l’impression d’avoir plus chaud, parce que la vapeur
d’eau contenue dans l’air empêche l’évaporation de la sueur
à la surface de la peau.
La glace flotte à la surface de l’eau liquide
L’eau est une des rares substances qui possèdent une masse
volumique plus petite à l’état solide qu’à l’état liquide. En
d’autres termes, la glace flotte à la surface de l’eau liquide.
Alors que d’autres substances se contractent en se solidifiant,
l’eau se dilate. Ce comportement singulier résulte, encore
une fois, des liaisons hydrogène. À des températures supérieures à 4 °C, l’eau se comporte comme les autres liquides :
elle se dilate quand elle se réchauffe et elle se contracte
lorsqu’elle refroidit. Cependant, lorsque la température passe
de 4 °C à 0 °C, l’eau commence à geler parce qu’un nombre
croissant de ses molécules se déplacent trop lentement pour
briser leurs liaisons hydrogène. À 0 °C, l’eau forme alors un
réseau cristallin, chacune de ses molécules demeurant liée à
quatre de ses voisines par des liaisons hydrogène (figure 3.6).
Les liaisons hydrogène gardent les molécules assez éloignées
les unes des autres pour que la masse volumique de la glace
soit inférieure d’environ 10 % (il y a 10 % moins de molécules
pour un même volume) à celle de l’eau liquide à 4 °C. Lorsque
la glace absorbe suffisamment de chaleur pour que sa température grimpe audessus de 0 °C, les liaisons hydrogène
entre les molécules se rompent. À mesure que le cristal s’affaisse, la glace fond, et les molécules se rapprochent les unes
des autres. L’eau atteint sa masse volumique maximale à 4 °C
et commence à se dilater de nouveau en raison de la vitesse
accrue de ses molécules. Même dans l’eau liquide, nombre de
molécules sont maintenues ensemble par des liai sons hydrogène. Rappelons que cellesci sont
transitoires : elles se brisent et se
reforment constamment.
La flottabilité de la glace due
à sa masse volumique plus faible
contribue grandement à rendre
l’envi ronnement propice à la vie.
Si la glace ne flottait pas, les étangs,
les lacs et même les océans gèleraient complètement à partir du
fond ; la vie sur Terre telle que nous
la connaissons n’existerait pas. En
été, seuls quelques centimètres à
la surface des océans dégèle raient,
comme l’ont démontré des expériences effectuées sur des réservoirs
d’eau. Au lieu de cela, quand une
étendue d’eau profonde refroidit,
la glace qui flotte isole l’eau liquide
qui se trouve en dessous et l’empêche de geler, rendant possible
l’existence de la vie sous la surface, comme le montre la photo
de la figure 3.6. Si l’étendue d’eau
était plutôt une étendue d’huile,
elle finirait par geler entièrement,
car l’huile n’a pas la flottabilité de l’eau à l’état solide. En plus
d’isoler l’eau située en dessous, la glace fournit également un
habitat solide pour certains animaux, comme les ours polaires
et les phoques (voir la figure 3.1).
De nombreux scientifiques s’inquiètent du risque de disparition des grandes étendues glacées formées par les glaciers
et les calottes polaires. Le réchauffement planétaire, causé par
la présence dans l’atmosphère de dioxyde de carbone et
d’autres gaz à effet de serre, influe profondément sur les environnements glacials autour de la Terre. Seulement depuis
1961, la température moyenne de l’air de l’Arctique a augmenté de 1,4 °C. Cet accroissement de la température a
modifié l’équilibre saisonnier entre la glace de mer et l’eau
liquide de l’Arctique : la glace se forme plus tard dans l’année,
elle fond plus tôt et recouvre une plus petite surface. Le
rythme alarmant auquel les glaciers et la glace de mer de
l’Arctique disparaissent pose un défi extrême aux animaux
dont la survie dépend de la glace.
L’eau : le solvant fondamental de la vie
Si l’on met un cube de saccharose dans un verre d’eau, il se
dissout graduellement. Quand la dissolution est complète, on
obtient un mélange homogène de saccharose et d’eau ; la
concentration du saccharose dissous est la même dans tout le
verre. Un liquide formé d’un mélange homogène de deux ou
de plusieurs substances s’appelle solution. L’agent dissolvant
d’une solution est le solvant, et la substance dissoute, le
soluté. Dans l’exemple cidessus, l’eau constitue le solvant,
et le saccharose, le soluté. Une solution aqueuse est une
solution dont l’eau est le solvant.
Au Moyen Âge, les alchimistes essayaient de trouver un
solvant universel, qui pourrait tout dissoudre. Ils se sont
rendu compte de l’efficacité sans égale de l’eau. Cependant,
Liaison hydrogène
Glace
Les liaisons hydrogène
sont stables.
Eau liquide
Les liaisons hydrogène se
rompent et se reforment
m Figure 3.6 La glace : structure cristalline et barrière flottante. Dans la glace, chaque molécule s’associe,
par des liaisons hydrogène, à quatre molécules voisines, formant un cristal tridimensionnel poreux. Les molécules
contenues dans un certain volume de glace sont moins nombreuses que celles qui se trouvent dans un volume égal
d’eau liquide, parce que les liaisons hydrogène plutôt stables les tiennent éloignées les unes des autres. Les cristaux
étant relativement volumineux, la masse volumique est inférieure à celle de l’eau liquide, et c’est pourquoi la glace
flotte à la surface de l’eau. Ce faisant, l’eau qui se trouve en dessous se trouve isolée de l’air froid. Cet animal,
photographié sous la glace flottante dans l’océan Austral près de l’Antarctique, est un type de crevette appelé krill.
et sI ?
Si l’eau ne formait pas de liaisons hydrogène, qu’arriverait-il à l’environnement de la crevette ?
du corps et aide à prévenir l’hyperthermie. Lorsque le taux
d’humi dité est élevé au cours d’une journée chaude, nous
avons l’impression d’avoir plus chaud, parce que la vapeur
d’eau contenue dans l’air empêche l’évaporation de la sueur
à la surface de la peau.
La glace flotte à la surface de l’eau liquide
L’eau est une des rares substances qui possèdent une masse
volumique plus petite à l’état solide qu’à l’état liquide. En
d’autres termes, la glace flotte à la surface de l’eau liquide.
Alors que d’autres substances se contractent en se solidifiant,
l’eau se dilate. Ce comportement singulier résulte, encore
une fois, des liaisons hydrogène. À des températures supérieures à 4 °C, l’eau se comporte comme les autres liquides :
elle se dilate quand elle se réchauffe et elle se contracte
lorsqu’elle refroidit. Cependant, lorsque la température passe
de 4 °C à 0 °C, l’eau commence à geler parce qu’un nombre
croissant de ses molécules se déplacent trop lentement pour
briser leurs liaisons hydrogène. À 0 °C, l’eau forme alors un
réseau cristallin, chacune de ses molécules demeurant liée à
quatre de ses voisines par des liaisons hydrogène (figure 3.6).
Les liaisons hydrogène gardent les molécules assez éloignées
les unes des autres pour que la masse volumique de la glace
soit inférieure d’environ 10 % (il y a 10 % moins de molécules
pour un même volume) à celle de l’eau liquide à 4 °C. Lorsque
la glace absorbe suffisamment de chaleur pour que sa température grimpe audessus de 0 °C, les liaisons hydrogène
entre les molécules se rompent. À mesure que le cristal s’affaisse, la glace fond, et les molécules se rapprochent les unes
des autres. L’eau atteint sa masse volumique maximale à 4 °C
et commence à se dilater de nouveau en raison de la vitesse
accrue de ses molécules. Même dans l’eau liquide, nombre de
molécules sont maintenues ensemble par des liai sons hydrogène. Rappelons que cellesci sont
transitoires : elles se brisent et se
reforment constamment.
La flottabilité de la glace due
à sa masse volumique plus faible
contribue grandement à rendre
l’envi ronnement propice à la vie.
Si la glace ne flottait pas, les étangs,
les lacs et même les océans gèleraient complètement à partir du
fond ; la vie sur Terre telle que nous
la connaissons n’existerait pas. En
été, seuls quelques centimètres à
la surface des océans dégèle raient,
comme l’ont démontré des expériences effectuées sur des réservoirs
d’eau. Au lieu de cela, quand une
étendue d’eau profonde refroidit,
la glace qui flotte isole l’eau liquide
qui se trouve en dessous et l’empêche de geler, rendant possible
l’existence de la vie sous la surface, comme le montre la photo
de la figure 3.6. Si l’étendue d’eau
était plutôt une étendue d’huile,
elle finirait par geler entièrement,
car l’huile n’a pas la flottabilité de l’eau à l’état solide. En plus
d’isoler l’eau située en dessous, la glace fournit également un
habitat solide pour certains animaux, comme les ours polaires
et les phoques (voir la figure 3.1).
De nombreux scientifiques s’inquiètent du risque de disparition des grandes étendues glacées formées par les glaciers
et les calottes polaires. Le réchauffement planétaire, causé par
la présence dans l’atmosphère de dioxyde de carbone et
d’autres gaz à effet de serre, influe profondément sur les environnements glacials autour de la Terre. Seulement depuis
1961, la température moyenne de l’air de l’Arctique a augmenté de 1,4 °C. Cet accroissement de la température a
modifié l’équilibre saisonnier entre la glace de mer et l’eau
liquide de l’Arctique : la glace se forme plus tard dans l’année,
elle fond plus tôt et recouvre une plus petite surface. Le
rythme alarmant auquel les glaciers et la glace de mer de
l’Arctique disparaissent pose un défi extrême aux animaux
dont la survie dépend de la glace.
L’eau : le solvant fondamental de la vie
Si l’on met un cube de saccharose dans un verre d’eau, il se
dissout graduellement. Quand la dissolution est complète, on
obtient un mélange homogène de saccharose et d’eau ; la
concentration du saccharose dissous est la même dans tout le
verre. Un liquide formé d’un mélange homogène de deux ou
de plusieurs substances s’appelle solution. L’agent dissolvant
d’une solution est le solvant, et la substance dissoute, le
soluté. Dans l’exemple cidessus, l’eau constitue le solvant,
et le saccharose, le soluté. Une solution aqueuse est une
solution dont l’eau est le solvant.
Au Moyen Âge, les alchimistes essayaient de trouver un
solvant universel, qui pourrait tout dissoudre. Ils se sont
rendu compte de l’efficacité sans égale de l’eau. Cependant,
Liaison hydrogène
Glace
Les liaisons hydrogène
sont stables.
Eau liquide
Les liaisons hydrogène se
rompent et se reforment
m Figure 3.6 La glace : structure cristalline et barrière flottante. Dans la glace, chaque molécule s’associe,
par des liaisons hydrogène, à quatre molécules voisines, formant un cristal tridimensionnel poreux. Les molécules
contenues dans un certain volume de glace sont moins nombreuses que celles qui se trouvent dans un volume égal
d’eau liquide, parce que les liaisons hydrogène plutôt stables les tiennent éloignées les unes des autres. Les cristaux
étant relativement volumineux, la masse volumique est inférieure à celle de l’eau liquide, et c’est pourquoi la glace
flotte à la surface de l’eau. Ce faisant, l’eau qui se trouve en dessous se trouve isolée de l’air froid. Cet animal,
photographié sous la glace flottante dans l’océan Austral près de l’Antarctique, est un type de crevette appelé krill.
et sI ?
Si l’eau ne formait pas de liaisons hydrogène, qu’arriverait-il à l’environnement de la crevette ?