Is it possible to have water vapor at 10 degrees Celsius?

Peut-on trouver de la vapeur d'eau à une température de -10 °C ?

À première vue, la question peut surprendre. Dans notre quotidien, nous associons le thermomètre sous la barre des 0 °C à la formation de glace solide. Pourtant, la thermodynamique nous enseigne que la matière ne dépend pas uniquement de sa température, mais aussi de la pression à laquelle elle est soumise. Il est donc tout à fait possible d'observer de la vapeur d'eau à -10 °C.

Pour comprendre ce phénomène, il faut se pencher sur le diagramme de phase de l'eau. À une température négative, l'eau change d'état en fonction de la pression environnante. Si la pression baisse en dessous d'un certain seuil critique — précisément 0,25990 kPa pour une température de -10 °C —, l'eau ne peut plus exister sous forme liquide ou solide stable. Elle se transforme alors directement en gaz, un processus lié à la sublimation.

Ce phénomène n'est pas qu'une curiosité de laboratoire. On le retrouve dans la nature, par exemple dans l'air glacial et très sec de la haute montagne ou des régions polaires, où la glace s'évapore directement dans l'atmosphère sans fondre au préalable. C'est également ce principe physique qui est utilisé par l'industrie pour la lyophilisation des aliments ou des médicaments : on congèle le produit, puis on abaisse fortement la pression pour extraire l'eau sous forme de vapeur, préservant ainsi toutes ses propriétés.