Une nouvelle expérience montre que de minuscules gouttelettes d’eau peuvent rester liquides bien en dessous de leur point de congélation habituel en les maintenant en contact avec une interface souple.
Nous avons tous appris à l’école primaire que l’eau gèle à 0 °C, mais ce n’est pas si simple. De nouvelles expériences menées par l’université de Houston ont montré que de minuscules gouttelettes peuvent rester liquides jusqu’à -44 °C, si elles sont maintenues en contact avec une surface souple.
Le point de congélation de l’eau n’est pas une limite absolue, mais plutôt un point de départ où les molécules d’eau commencent à geler. Les premières à basculer sont celles exposées à l’air froid à la surface, et les cristaux de glace qu’elles forment déclenchent la congélation des molécules voisines. Ce processus se poursuit jusqu’à ce que la totalité de la masse d’eau devienne de la glace.
Une gouttelette d’eau donnée gèle entre 0 °C et -38 °C. Mais pour cette nouvelle étude, les chercheurs ont réussi à maintenir certaines gouttelettes particulièrement minuscules sous leur forme liquide à des températures aussi basses que -44 °C.
La clé, selon l’équipe, est le type de surface avec laquelle l’eau est en contact. Les cristaux de glace se forment facilement sur les surfaces dures, mais les interfaces plus souples, comme les huiles ou les gels, peuvent supprimer cette formation plus longtemps. Et les petites gouttelettes pourraient rester liquides encore plus longtemps que les grandes.
Afin d’étudier de plus près la physique de la transition de l’eau à la glace, l’équipe a fait des expériences avec des gouttelettes d’eau de seulement deux nanomètres de diamètre, alors que la gamme habituelle est d’environ 100 nm. Pour ce faire, les chercheurs ont confiné l’eau dans les pores d’une membrane en oxyde d’aluminium anodisé. Les nanogouttes ont été entourées d’huile d’octane pour que l’interface reste « souple ».
« Le sondage expérimental de la température de congélation de gouttelettes d’eau de quelques nanomètres a été un défi non résolu », explique Hadi Ghasemi, auteur correspondant de l’étude. « Ici, grâce à des métrologies nouvellement développées, nous avons pu sonder la congélation des gouttelettes d’eau de l’échelle du micron à celle de 2 nm. »
Selon l’équipe, cette découverte pourrait aider à développer de nouvelles méthodes pour réduire la formation de glace sur les surfaces des avions, des éoliennes et d’autres infrastructures. Elle pourrait également conduire à des systèmes de cryoconservation améliorés pour les aliments ou les tissus, qui n’endommagent pas les cellules par la formation de cristaux de glace.
https://www.nature.com/articles/s41467-021-27346-w
