Icebergs dérivant sur l'océan.
© CNRS/T. Carpentier

Comment ces monstrueux morceaux de glace détachés de la banquise que sont les icebergs peuvent-ils dériver à la surface des océans ? Pourquoi les glaçons flottent-ils en tintant dans nos verres ? Pourquoi lacs et rivières gèlent-ils en surface en hiver ?
Voilà encore des phénomènes bien étranges car, en règle générale, les corps sont tous plus denses à l’état solide qu’à l’état liquide. Mais il y a une exception, et pratiquement une seule, à cette règle : l’eau. La glace est en effet moins dense, plus "légère", que l’eau liquide.

À quoi cela est-il dû ?
Encore une fois, à la présence des très fameuses liaisons hydrogène.

Bien qu’il y ait autant de liaisons hydrogène dans la glace et dans l’eau liquide, dans la glace elles sont rectilignes alors que dans l’eau liquide elles sont tordues : les distances entre molécules d'eau sont donc légèrement supérieures dans la glace à ce qu’elles sont dans l'eau liquide. Il y a donc plus de "vide" dans la glace que dans l’eau liquide et c’est pourquoi la glace est moins dense.

Cela explique aussi que lorsqu’une bouteille ou une canalisation pleine d’eau gèle, elle se brise : la glace étant moins dense que l’eau liquide, une même quantité d’eau occupe un volume plus grand sous forme de glace qu’à l’état liquide; cela signifie qu’en gelant l’eau se dilate, faisant éclater bouteilles et canalisations.

Quelques aspects de la physique de la glace
(Philippe Pruzan)