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L'eau est présente sur terre dans tous les états d'agrégation. L'eau gèle en dessous de 0 °C et se vaporise au-dessus de 100 °C. Elle se présente sous forme liquide entre les deux. Les températures de fusion et d'ébullition élevées résultent du pont formé entre les atomes d'hydrogène en raison de la forme bipolaire de l'eau. Ces ponts d'hydrogène sont à l'origine de la tension superficielle de l'eau et de son transport dans de fines bandes conductrices opposées à la pesanteur.
L'eau possède encore d'autres propriétés spécifiques. Son poids est maximal à 4 °C en raison du rassemblement des molécules. La glace flotte à la surface de l'eau du fait de son allégement suite au gel. Elle se dilate alors et peut ainsi fissurer des bouteilles d'eau, des falaises et des canalisations. La glace qui flotte est essentielle à la vie dans les lacs et les étangs car leurs eaux gèlent ainsi de haut en bas. Les organismes vivants peuvent ainsi survivre sous la couche de glace.
L'eau se réchauffe bien plus lentement que l'air et se refroidit également moins vite. Dans le même temps, l'eau peut emmagasiner bien plus de chaleur que des roches par exemple. Les lacs et les mers sont par conséquent de bons accumulateurs de chaleur, ce qui leur permet de réguler le climat. Le climat est plus doux à leur proximité que dans des zones comparables tandis que les espèces vivant dans l'eau profitent des variations quotidiennes et saisonnières de températures plus faibles que sur terre. Le Gulf Stream, ce courant d'eau chaude qui part d'Amérique centrale et arrive aux côtes d'Irlande et de Scandinavie après avoir traversé l'Atlantique, représente un bon exemple.
Nous autres les humains exploitons également cette capacité d'absorption thermique de l'eau dans nos systèmes de chauffage. L'eau est chauffée de façon centralisée avant de parcourir un circuit qui traverse les radiateurs.