Les icebergs flottant dans les océans subissent les effets des flux d’eau engendrés par la température de l’eau et les variations de sa salinité. C’est en s’interrogeant sur leur déplacement que des chercheurs de l’Université Paris Cité, Paris, France et de la Clark University, Worcester, Massachusets, USA ont étudié le mouvement de blocs de glace asymétriques ayant 2 faces verticales et une inclinée selon le schéma de la Fig.1, ci-dessous :
Fig.1 Schéma d’un bloc de glace flottant dans l’eau d’un récipient.
Le bloc est un prisme dont la section est un triangle rectangle. L’hypoténuse de ce dernier a une longueur L et fait un angle ɵ avec l’horizontale. Le bloc de glace se déplace selon la coordonnée horizontale x avec une vitesse Ub dans l’état stable.
M. Berhanu et al. Physical Review Fluids 11,
March 2026, avec autorisation.
Les blocs de glace utilisés sont obtenus en remplissant d’eau filtrée un moule aux mesures de la Fig.1. Ils contiennent des bulles d’air à raison de 10/ % en volume, comme d’ailleurs les icebergs. Les expériences avec des blocs de glace sans bulles ont donné des résultats similaires.
L’équilibre des glaçons dans l’eau correspond à l’alignement vertical du centre de gravité du glaçon et du centre de sa partie immergée. L’angle θ (Fig.1.) varie de quelques degrés selon les glaçons, mais cela n’a que des effets négligeables sur les résultats de mesure et le bloc reste stable tant que θ < 39,6°.
La figure 2 ci-dessous présente une photographie latérale d’un tel bloc de glace flottant.
Fig.2 . Vue latérale du bloc de glace
(L = 163 mm, Lh = 124 , H = 65mm,
Θ =19,5°, température du bain Tb = 22°C).
M. Berhanu et al. Physical Review Fluids 11,
March 2026, avec autorisation.
La variation de densité due au changement de phase que constitue la fonte de la glace entraîne une propulsion du bloc de glace si le flux de convection a lieu dans une géométrie asymétrique. C’est le cas de celle des glaçons étudiés.
La figure 3 ci dessous détaille, en a) la méthode d’ombroscopie (en anglais shadowgraphy) utilisée pour mettre en évidence le flux de convection. On y voit, en b) l’image ainsi obtenue.
L’ombroscopie est une méthode optique qui permet de voir les variations de densité ou les reliefs invisibles à l’oeil nu dans un milieu transparent : les défauts ainsi mis en évidence apparaissent en champ sombre sur champ clair.
Fig. 3. Vue du montage d’ombroscopie et l’image obtenue a) Vue de profil du bloc de glace flottant avec un miroir parabolique installé derrière le récipient d’eau douce. L’eau froide plus dense engendre un flux de convection qui est visible sous le bloc de glace. Le miroir est utilisé pour former l’image en ombroscopie b) Image en ombroscopie qui montre le glaçon se déplaçant vers la droite avec le flux de convection vers l’arrière du bloc. M. Berhanu et al. Physical Review Fluids 11, March 2026, avec autorisation.
L’image précédente est issue de la vidéo suivante :
Video d’un bloc de glace prismatique de 16,3 cm de long
propulsé par sa fonte dans l’eau d’un bain maintenu à 22°C.
La vitesse de l’image est multipliée par 5.
M. Berhanu et al. Physical Review Fluids 11, March 2026,
avec autorisation.
La fonte de la glace dépend de la température, et de la balance d’énergie à l’interface solide-liquide qui met en jeu la chaleur latente de fusion de la glace. En outre la densité de l’eau douce présente un maximum bien connu à la température de 3,98 °C. Comme la densité de la glace reste inférieure à celle de l’eau à la température de fusion O°C, le glaçon flotte naturellement durant toute sa fonte. En particulier, des blocs de glace asymétriques flottant sur un bain d’eau se déplaçent en translation avec une vitesse d’environ 3 mm/s pour des prismes triangulaires ayant une face inclinée d’une longueur d’environ 20 cm et d’une largeur d’environ 10 cm flottant dans l’eau maintenue à la température d’environ T = 22°C. En utilisant l’ombroscopie, les chercheurs ont simultanément mesuré le mouvement du glaçon et visualisé le flux de convection. Un modèle phénoménologique leur a permis d’expliquer les vitesses de translation observées en fonction de la taille des blocs, de leur inclinaison et de la température du bain.Dès que le bloc de glace est placé dans le bain d’eau, il commence, après une période transitoire de quelques dixièmes de seconde , à se mouvoir en même temps que se développe un flux de convection thermique. La Fig. 3 et la vidéo précédente montrent que ce flux se détache en suivant la face inclinée du bloc, créant un courant allant de l’extrémité supérieure au bas du bloc. Par réaction, le bloc accélère dans la direction opposée jusqu’à une vitesse limite déterminée par l’équilibre entre la force de propulsion et la résultante des forces de frottement.Des expériences menées avec les mêmes blocs de glace dan un bain d’eau salée montrent que les blocs se déplacent dans la même direction que dans l’eau douce. Une analyse plus fine montre, que, dans ce cas, deux couches de fluide coexistent sous le bloc de glace : la première d’eau pure est adjacente à la face inclinée du bloc de glace et est accélérée vers le haut à cause de sa densité plus basse que celle de l’eau salée. La deuxième couche d’eau salée plus éloignée du glaçon est refroidie par la fonte du glaçon : ce fluide plus dense coule vers le bas à cause de la gravité et cette contribution au flux de convection domine l’effet de l’eau douce montant près de la surface fondante du bloc de glace. Ceci entraîne que la propulsion du bloc se fait dans la même direction que dans un bain d’eau douce.
Les chercheurs ont ainsi démontré expérimentalement que des blocs de glace asymètriques fondant aussi bien dans l’eau douce que dans l’eau salée peuvent se propulser grâce au flux de convection généré durant la fonte des blocs.Pour ce qui est des icebergs, les forces principales agissant sur eux sont les courants marins océaniques,les vents et les ondes de surface ; Une estimation grossière d’ordre de grandeur de la force de propulsion induite par la fonte représente environ 10% de celle due aux vents. Son effet sur la propulsion d’icebergs pourrait faire l’objet d’études ultérieures.
Pour en savoir plus :
Self-propulsion of floating ice blocks caused by melting in water
Michael Berhanu, Amit Dawadi, Martin Chaigne, Jérôme Jovet,
and Arshad Kudrolli PHYSICAL REVIEW FLUIDS 11, 033802 (2026)
