Abstract
Faraday observed in 1850 "that a particle of water which could retain the liquid state whilst touching ice on only one side, could not retain the liquid if it were touched by ice on both" (M. Faraday, Royal Institution Discourse, June 7, 1850; Experimental Researches in Chemistry and Physics (Taylor and Francis, New York, 1991)). Thus began the concept of interfacial melting, and the presence of a liquid water film on the surface of ice at temperatures of 0°C and below. Over the past few decades, there have been a number of measurements of interfacial melting. In some studies, the thickness of the thin film, variously called the quasi-liquid layer (QLL), liquid-like layer, surface melting layer, or premelting layer, has been determined. The results of these measurements demonstrate a striking variation depending on the experimental method and the nature of the ice samples. For example, at –0.1°C, the thickness values range over two orders of magnitude from around 1 to 100 nm. Although the disagreement can be partially explained by the differences in ice samples, the experimental techniques employed in measurements of the QLL thickness are based on different physical principals, and involve a web of assumptions for their deconvolution. We describe here the technique of infrared attenuated total reflection (ATR) spectroscopy that has been directed to the study of interfacial melting of ice for the first time. PACS No.: 83.50LhFaraday notait en 1850 : « qu'une particule d'eau qui pourrait garder la phase liquide lorsqu'en contact d'un seul côté avec de la glace, ne pourrait pas demeurer liquide si mise contact des deux côtés avec de la glace » (M. Faraday, Royal Institution Discourse, June 7, 1850 ; Experimental Researches in Chemistry and Physics (Taylor and Francis, New York, 1991)). Ainsi naquit le concept d'interface de fonte avec la présence d'un film d'eau liquide sur la surface de la glace à des température de 0°C et au dessous. Ces dernières décennies, il y a eu de nombreuses mesures de l'interface de fonte. Certaines de ces études ont déterminé l'épaisseur du film mince, parfois appelé la couche quasi-liquide (QLL), la couche de type liquide, la couche de fonte de surface ou la couche de pré-fonte. Les résultats de ces mesures montrent une grande variation, dépendant de la méthode expérimentale et de la nature des échantillons de glace. À –0,1°C, par exemple, les mesure d'épaisseur varient par deux ordres de grandeur, allant de 1 à 100 nm. Même si le désaccord peut s'expliquer en partie par la différence entre les échantillons de glace, les techniques expérimentales employées dans la mesure de l'épaisseur de la QLL sont basées sur des principes physiques différents et impliquent un assortiment d'hypothèses pour l'interprétation de leurs résultats. Nous décrivons ici la technique de spectroscopie à réflexion totale atténuée dans l'infrarouge (ATR) qui a été adaptée pour la première fois à l'étude de l'interface de fonte.[Traduit par la Rédaction]