Pour comprendre cette énigme il faut connaître et
comprendre deux phénomènes :
Lorsque nous faisons geler de l'eau dans un verre, que constatons
nous ?
La masse de l'eau ne change pas quand elle se
solidifie mais son volume varie et
augmente d'environ 10 %. La masse volumique (masse
pour un volume de 1 cm3) de l'eau (1g / cm3)
est donc plus grande que la masse volumique de la glace (0,91
g / cm3).
L'eau est d'ailleurs un cas très particulier car quasiment
tous les liquides, au contraire, diminuent de volume quand
ils deviennent solides.
Vous vous êtes sans doute déjà aperçus
de ce phénomène en oubliant, par exemple, une
bouteille remplie d'eau au congélateur : la bouteille
éclate car le volume de la glace est plus grand que
celui de l'eau liquide.
Pourquoi un glaçon flotte-t-il ?
Tout cela dépend d'un autre phénomène très
connu appelé poussée d'Archimède et qui s'énonce
ainsi : "Tout corps immergé
dans un liquide subit de la part de ce liquide une force (appelée
poussée d'Archimède) verticale orientée vers
le haut égale au poids du liquide déplacé".
Que cela signifie-t-il exactement ?
Vous avez en fait sans doute déjà testé cette
poussée, par exemple quand vous allez dans une piscine.
Dans l'eau de la piscine, vous vous sentez plus léger que
dehors car la poussée d'Archimède dirigée
de bas en haut compense en partie votre poids qui est une force
au contraire dirigée de haut en bas.
Plusieurs cas sont à différencier pour bien comprendre
comment agit la poussée d'Archimède.
la poussée d'Archimède est inférieure au poids de l'objet,
l'objet coule.
Par exemple, un objet de volume 1 L a une masse de 1,2 kg ;
sa masse volumique est donc supérieure à celle
de l'eau. Son poids est d'environ 12 N . D'après le principe
d'Archimède, il subit une poussée égale
au poids de l'eau déplacée soit 10 N inférieure
à son poids.
la poussée d'Archimède est supérieure ou égale
au poids de l'objet, l'objet flotte. Nous sommes ici dans le
cas qui nous occupe, c'est à dire celui du glaçon
qui flotte sur l'eau. Sa masse volumique (environ 0,9 g / cm3)
est inférieure à celle de l'eau liquide. Le glaçon
flotte alors mais de quelle façon ? En fait de part sa
masse volumique, quand le glaçon est à 90 % sous
l'eau, le poussée d'Archimède compense son poids.
Pour comprendre davantage ce phénomène vous pouvez le découvrir
de manière interactive ici
Maintenant nous possédons toutes les connaissances afin
de résoudre l'énigme : le glaçon possède
un volume à 90 % sous l'eau mais quand il fond il est remplacé
par un volume d'eau liquide qui correspond à 90 % du volume
du glaçon, exactement le volume qu'occupe le glaçon
dans l'eau. Le niveau de l'eau dans le verre ne bouge donc pas.
Ce problème peut sembler anodin mais il permet de mieux comprendre
l'actualité: il est souvent dit dans les médias que le réchauffement
de la Terre va faire fondre les glaces du pôle et qu'ainsi
certains pays seront engloutis. Or ceci est faux comme on vient
de le voir ; en fait ce n'est pas la fonte des glaces qui va provoquer
la montée des eaux des océans mais un autre phénomène
très courant : un liquide se dilate (augmente de volume)
quand la température augmente (phénomène à
la base du principe du thermomètre à liquide)