Point triple gaz-liquide-solideModifier
L’unique combinaison de pression et de température à laquelle l’eau liquide, la glace solide et la vapeur d’eau peuvent coexister dans un équilibre stable se produit à environ 273,1575 K (0,0075 °C ; 32,0135 °F) et à une pression de vapeur partielle de 611,657 pascals (6,11657 mbar ; 0,00603659 atm). À ce stade, il est possible de transformer la totalité de la substance en glace, en eau ou en vapeur en apportant des modifications arbitrairement faibles à la pression et à la température. Même si la pression totale d’un système est bien supérieure au point triple de l’eau, à condition que la pression partielle de la vapeur d’eau soit de 611,657 pascals, le système peut toujours être amené au point triple de l’eau. En toute rigueur, les surfaces séparant les différentes phases doivent également être parfaitement planes, pour annuler les effets de la tension superficielle.
Le point triple gaz-liquide-solide de l’eau correspond à la pression minimale à laquelle l’eau liquide peut exister. À des pressions inférieures au point triple (comme dans l’espace), la glace solide, lorsqu’elle est chauffée à une pression constante, se transforme directement en vapeur d’eau dans un processus appelé sublimation. Au-dessus du point triple, la glace solide lorsqu’elle est chauffée à une pression constante fond d’abord pour former de l’eau liquide, puis s’évapore ou bout pour former de la vapeur à une température plus élevée.
Pour la plupart des substances, le point triple gaz-liquide-solide est également la température minimale à laquelle le liquide peut exister. Pour l’eau, cependant, ce n’est pas vrai car le point de fusion de la glace ordinaire diminue en fonction de la pression, comme le montre la ligne verte en pointillés dans le diagramme de phase. À des températures juste inférieures au point triple, la compression à température constante transforme la vapeur d’eau d’abord en solide, puis en liquide (la glace d’eau a une densité plus faible que l’eau liquide, donc l’augmentation de la pression entraîne une liquéfaction).
La pression du point triple de l’eau a été utilisée lors de la mission Mariner 9 vers Mars comme point de référence pour définir le « niveau de la mer ». Les missions plus récentes utilisent l’altimétrie laser et les mesures de gravité au lieu de la pression pour définir l’altitude sur Mars.
Phases à haute pressionEdit
À haute pression, l’eau présente un diagramme de phases complexe avec 15 phases connues de la glace et plusieurs points triples, dont 10 dont les coordonnées sont indiquées sur le diagramme. Par exemple, le point triple à 251 K (-22 °C) et 210 MPa (2070 atm) correspond aux conditions de coexistence de la glace Ih (glace ordinaire), de la glace III et de l’eau liquide, toutes en équilibre. Il existe également des points triples pour la coexistence de trois phases solides, par exemple la glace II, la glace V et la glace VI à 218 K (-55 °C) et 620 MPa (6120 atm).
Pour les formes de glace à haute pression qui peuvent exister en équilibre avec le liquide, le diagramme montre que les points de fusion augmentent avec la pression. À des températures supérieures à 273 K (0 °C), l’augmentation de la pression sur la vapeur d’eau donne d’abord de l’eau liquide, puis une forme de glace à haute pression. Dans l’intervalle 251-273 K, la glace I se forme en premier, suivie de l’eau liquide, puis de la glace III ou de la glace V, puis d’autres formes haute pression encore plus denses.
| Phases en équilibre stable | Pression | Température |
|---|---|---|
| Eau liquide, glace Ih, et vapeur d’eau | 611.657 Pa | 273,16 K (0,01 °C) |
| Eau liquide, glace Ih et glace III | 209,9 MPa | 251 K (-22 °C) | Eau liquide, glace III et glace V | 350.1 MPa | -17,0 °C | L’eau liquide, la glace V et la glace VI | 632,4 MPa | 0.16 °C |
| 213 MPa | -35 °C | |
| 344 MPa | -24 °C | |
| 626 MPa | -70 °C |
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