Si l'eau froide coule, pourquoi le lac Rice ne gèle-t-il pas du fond vers le haut? Il aurait presque pu le faire.
Si l'eau froide coule, pourquoi le lac Rice ne gèle-t-il pas du fond vers le haut?
Il aurait presque pu le faire. L'USGS (Service géologique des États-Unis) l'explique ainsi : si l'eau était à sa densité maximale à son point de congélation, « l'eau très froide à la surface des lacs coulerait », et un lac pourrait geler du fond vers le haut. (USGS Water Science School)
L'eau ne fonctionne pas comme ça, à cause d'une drôle d'habitude. L'eau douce est à sa densité maximale à environ 4 °C (39 °F), pas à 0 °C (32 °F). Refroidissez-la sous 4 °C et elle redevient plus légère. Faites-la geler et elle devient encore plus légère, ce qui explique pourquoi la glace se retrouve au-dessus et les poissons avec un toit sur la tête tout l'hiver. (University of Wisconsin Sea Grant, pages 6-7)
La bizarrerie des 4 °C
La densité, c'est simplement la quantité de masse qui tient dans un espace donné. Remplissez deux cruches identiques avec de l'eau à des températures différentes, et la plus dense pèsera un peu plus.
Le tableau de densité de l'USGS culmine à 4 °C (39,2 °F). L'eau à cette température est plus dense que l'eau à 0 °C; donc, quand un lac se refroidit à l'automne, l'eau à 4 °C se dépose au fond et l'eau plus froide et plus légère reste en haut. Cette couche de surface est celle qui devient assez froide pour geler, alors que l'eau en dessous reste liquide. (USGS)
C'est la pièce que le vieux dicton « l'eau froide coule » laisse de côté. Il est vrai jusqu'à ce que l'eau approche du point de congélation, puis la situation s'inverse.
Pourquoi la glace flotte
La congélation amplifie l'inversion. Quand l'eau se transforme en glace, explique l'USGS, les molécules s'alignent dans un réseau régulier au lieu de culbuter librement comme elles le font dans le liquide. Le réseau les tient plus éloignées, de sorte que la glace occupe plus de place pour la même masse. Sa densité diminue d'environ 9 pour cent. (USGS)
C'est aussi pourquoi environ 10 pour cent d'un glaçon, ou d'un iceberg, se trouve au-dessus de la ligne de flottaison. Le glaçon dans votre verre et la nappe de glace au bout de notre quai font la même chose. Un lac ajoute simplement de la profondeur, du vent, de la neige et quelques mois de météo par-dessus.
Comment la glace se forme réellement
La densité décide où va la glace. C'est la perte de chaleur qui la fabrique.
Le ministère des Ressources naturelles du Minnesota (Minnesota Department of Natural Resources) en donne une bonne description en langage simple. À la fin de l'automne, le lac cède sa chaleur à l'air, puis, un jour ou une nuit sans vent, la glace se forme. Elle continue de s'épaissir tant que le lac continue de perdre de la chaleur. (How lake ice melts, Minnesota DNR)
La neige change la donne. Pendant la plus grande partie de janvier et de février, dit le DNR, la neige sur la glace réfléchit la lumière du soleil et isole le lac, et avec une couche épaisse, le lac ne gagne ni ne perd beaucoup de chaleur. Pendant ce temps, la vase du fond réchauffe en fait légèrement l'eau, grâce à la chaleur emmagasinée pendant l'été. (Minnesota DNR)
Une seule nuit froide ne fait donc pas le gel complet. Si vous voulez suivre la prise d'un lac, observez-le pendant des semaines plutôt que de regarder le thermomètre du chalet une seule fois.
Et puis elle fond par le bas
Voici la partie que la plupart des gens n'ont jamais entendue. Vers mars, à mesure que l'air se réchauffe et que le soleil gagne en force, la neige en surface fond et la lumière commence à traverser la glace. Le DNR décrit la glace comme agissant à la manière d'un verre de serre : l'eau en dessous se réchauffe, et la glace commence à fondre par le bas. (Minnesota DNR)
Quand elle est réduite à environ 10 à 30 cm (4 à 12 pouces), la glace se transforme en longs cristaux verticaux appelés « chandelles ». La glace en chandelles laisse passer la lumière en droite ligne, de sorte qu'elle paraît sombre. L'eau de fonte remplit l'espace entre les cristaux, ils commencent à se séparer, puis un vent se lève et brise toute la nappe. Le DNR dit que les chandelles sont souvent poussées d'un côté du lac et s'empilent sur la rive, en tintant les unes contre les autres. (Minnesota DNR)
Si vous avez déjà entendu ce bruit à la débâcle, maintenant vous savez ce que c'est.
Ce que nous voyons chez HBW
Depuis la rive de Gores Landing, vous voyez chaque hiver le dessus de cette histoire : le lac se couvre d'une mince couche, la glace s'épaissit, la neige arrive, et au printemps tout repart. Ce que vous ne voyez pas, c'est la force avec laquelle cette glace peut pousser.
La glace du lac Rice a une histoire. Dans les années 1850, un pont ferroviaire traversait le lac depuis Harwood en passant par Tic Island, et le 1er janvier 1855, quelques jours à peine après son ouverture, la glace a poussé ses travées avec assez de force pour en faire glisser une de quatre pieds sur le remblai et plier des rails de fer en deux. La glace a rendu le pont dangereux et l'a achevé en 1860-1861. (Cobourg and District Historical Society; Fiducie du patrimoine ontarien) L'histoire complète se trouve dans le train qui traversait le lac Rice.
Le pont n'est plus là, mais les vestiges de l'ancienne plateforme ferroviaire et de l'estacade près de Tic Island sont toujours au fond, à certains endroits à quelques pouces seulement sous la surface une fois la glace partie. Il n'y a pas de profondeur fixe sur laquelle compter. Alors, à la débâcle, quand les bateaux retournent à l'eau, c'est ce secteur où nous disons aux gens de ralentir et de surveiller le sondeur. Notre guide de navigation sur le lac Rice en dit plus sur la navigation sécuritaire sur le lac.
Une couche de glace n'est pas un feu vert
Savoir comment la glace se forme ne vous dit pas si un morceau précis vous portera. La réponse du Minnesota DNR à la question « quand la glace est-elle sécuritaire? » est : « Il n'existe vraiment aucune réponse sûre. » (Ice safety, Minnesota DNR)
Voici quelques points tirés de cette page que tout visiteur de la glace du lac Rice devrait connaître :
- Vous ne pouvez pas juger de la solidité de la glace d'après son apparence, son âge, son épaisseur, la température ou la présence de neige.
- La glace gèle rarement de façon uniforme. Elle peut faire 30 cm (un pied) d'épaisseur à un endroit et seulement 2 à 5 cm (un pouce ou deux) à quelques pieds de là.
- La glace au-dessus d'une eau en mouvement est souvent dangereuse. Pensez à l'endroit où l'Otonabee se jette dans le lac.
- La glace près de la rive peut être plus faible que celle plus au large.
- La glace nouvelle est habituellement plus solide que la vieille glace. Environ 10 cm (4 pouces) de glace nouvelle et claire peuvent supporter une personne à pied, alors que 30 cm (un pied) ou plus de vieille glace partiellement dégelée pourraient ne pas le faire.
(Minnesota DNR)
Le DNR dit aussi qu'il n'existe pas de glace sécuritaire à 100 pour cent. Le meilleur endroit pour apprécier cette leçon de science, c'est depuis la rive.
Sources
Téléphone : 905-342-2153
Adresse : 5369 Harris Boat Works Rd, Gores Landing, ON
Sites : harrisboatworks.ca | mercuryrepower.ca
