Pourquoi on glisse sur la glace : des chercheurs résolvent enfin l’énigme, et ce n’est pas le film d’eau qu’on croyait

En Allemagne, une équipe de l’université de la Sarre affirme avoir résolu un mystère hivernal : pourquoi la glace est-elle si traîtresse sous nos pas ?

En plein hiver, alors que le verglas perturbe routes et trottoirs en Allemagne comme en France, une étude menée à l’université de la Sarre, à Saarbrücken, et relayée par le journal régional Saarbrücker Zeitung, remet en cause l’explication classique de nos glissades sur la glace. Les chercheurs avancent un mécanisme beaucoup plus subtil qu’un simple film d’eau fondu.

Un vieux mystère relancé par des chercheurs de Saarbrücken

L’étude dont il est question a été publiée à la fin de l’été dans la revue scientifique Physical Review Letters, avant d’être largement reprise en Allemagne et en Autriche, notamment par le magazine Geo et le quotidien autrichien Der Standard. Elle émane de l’équipe de Martin Müser, professeur de simulation des matériaux à l’université de la Sarre, à Saarbrücken.

Le point de départ est un constat que tout automobiliste ou piéton connaît : dès qu’une fine couche de glace recouvre la chaussée, la surface devient extrêmement glissante. Pendant des décennies, un même scénario a été répété pour expliquer ce phénomène, sans qu’il soit vraiment remis en question en dehors de la communauté scientifique.

Les chercheurs de Saarbrücken montrent que le verglas ne doit pas seulement sa dangerosité à la fonte locale de la glace, mais à une désorganisation profonde de sa structure moléculaire.

Les simulations numériques menées par l’équipe allemande proposent une réponse nouvelle à cette énigme, et bousculent au passage deux grandes théories longtemps enseignées dans les manuels.

Ni la pression ni la chaleur de frottement ne suffisent à expliquer les glissades

Jusqu’ici, deux grandes explications dominaient pour justifier la glissance de la glace :

• La théorie de la pression : la pression exercée par un pied, un pneu ou une lame de patin ferait fondre localement la glace, créant un film d’eau liquide qui agirait comme lubrifiant.
• La théorie de la chaleur de frottement : le mouvement du pied ou de la roue produirait de la chaleur, suffisamment pour faire fondre la couche supérieure des cristaux de glace.

La première hypothèse, intuitive et largement répandue, a en réalité été invalidée dès les années 1930 : la pression exercée par un piéton ou même par une lame de patin classique ne suffit pas à provoquer une fonte significative, surtout à des températures nettement en dessous de 0 °C.

La seconde, basée sur la chaleur générée par la friction, a longtemps été jugée plus crédible. Mais selon les travaux de Saarbrücken, elle ne tient pas davantage face aux calculs précis. Les simulations montrent que ni la pression ni la seule friction ne produisent, dans la plupart des situations quotidiennes, assez de chaleur pour créer un film d’eau stable expliquant à lui seul la glissance extrême.

« Ni la pression ni la friction n’ont un grand effet sur la formation d’un mince film liquide à la surface de la glace », résume le professeur Martin Müser, cité par la Saarbrücker Zeitung.

Les chercheurs se sont donc tournés vers un autre suspect : la manière dont les molécules d’eau s’organisent – et se désorganisent – dans la glace lorsqu’on marche dessus.

Le rôle clé des dipôles : quand les molécules s’emmêlent

Pour comprendre la nouvelle explication, il faut se pencher sur la structure de la glace. À l’état solide, l’eau adopte une organisation très régulière : les molécules s’alignent dans un réseau cristallin, une sorte de charpente parfaitement ordonnée.

L’équipe de Martin Müser s’est appuyée sur des simulations numériques avancées pour suivre, quasiment molécule par molécule, ce qui se passe quand une semelle de chaussure ou un autre matériau vient en contact avec cette structure. Les chercheurs ont mis en évidence le rôle crucial des dipôles.

Qu’est-ce qu’un dipôle dans ce contexte ?

Une molécule d’eau possède deux pôles de charges légèrement différentes : un côté plutôt positif (du côté des atomes d’hydrogène) et un côté plutôt négatif (du côté de l’atome d’oxygène). Cette répartition des charges en fait un « dipôle électrique ».

Dans la glace, ces dipôles sont globalement ordonnés. Mais à la surface, et encore plus lors d’un contact avec une semelle ou un pneu, cette organisation se dérègle. Les matériaux qui touchent la glace – comme le caoutchouc ou le cuir des chaussures – possèdent eux aussi des zones chargées, donc des dipôles, même s’ils sont organisés autrement.

Selon les simulations, certains dipôles des cristaux de glace s’« accrochent » à ceux de la semelle, ce qui perturbe l’architecture régulière de la surface gelée et fait basculer localement la matière vers un état plus désordonné, proche du liquide.

C’est ce phénomène que les chercheurs décrivent comme une « interaction frustrée »