Alors que les Américains se préparent pour l’hiver, beaucoup seront confrontés à l’un de leurs ennemis les plus coriaces :la glace. Qu'il s'agisse de retarder les vols ou de rendre les routes glissantes, l'accumulation de glace sur les surfaces fait des ravages de plusieurs manières.

Mais toutes les glaces ne sont pas égales. Dans le cadre d'une nouvelle recherche menée à l'Université de l'Illinois à Chicago, des scientifiques ont étudié le caractère collant de la glace contenant des contaminants quotidiens tels que le sel, le savon et l'alcool. La plupart des études en laboratoire testent généralement la glace fabriquée à partir d'eau pure, mais dans la nature, la glace est rarement pure.

"Qu'il s'agisse de trottoirs sales ou de coques de navires naviguant dans l'Arctique, il y a toujours des impuretés", a déclaré l'auteur principal Sushant Anand, professeur agrégé de génie mécanique et industriel à l'UIC. "La question naturelle qui vient à l'esprit est la suivante :quelle est l'influence de ces composés sur la force avec laquelle la glace adhère aux surfaces ?"

Le laboratoire d'Anand a préparé de la glace avec différentes concentrations de contaminants et a testé leur adhérence à différents matériaux industriels. Étonnamment, ils ont découvert que la glace impure était beaucoup moins collante que la glace fabriquée à partir d'eau pure dans certaines conditions.

La cause de cette glissance remonte à la façon dont l'eau gèle lorsqu'elle contient des impuretés et à la structure unique où la glace touche un matériau solide, appelée couche quasi-liquide.

"La région de glace proche d'un solide a des propriétés semblables à celles d'un liquide, et son épaisseur pourrait contribuer à l'adhérence de la glace", a déclaré Anand. "Mais cette région est vraiment difficile à analyser expérimentalement."

Il s'est donc associé à son collègue de l'UIC, Subramanian Sankaranarayanan, et à son groupe du Laboratoire national UIC/Argonne pour étudier cette couche et son évolution avec différents niveaux d'impuretés, à l'aide de simulations de dynamique moléculaire. Ils ont découvert que lorsque l'eau impure gèle, elle expulse les contaminants qui s'écoulent le long des canaux et des limites des grains de glace vers la base de la glace, où elle forme une couche liquide qui rend la glace encore plus glissante.

"Ces connaissances pourraient conduire à la conception de techniques d'hivernage de nouvelle génération qui libèrent lentement des contaminants pour favoriser une évacuation facile de la glace", a déclaré le docteur diplômé. étudiant Rukmava Chatterjee, premier auteur de l'article.

Les résultats surprenants des tests ont soulevé une autre question :si de faibles concentrations de sel rendent la glace moins susceptible d'adhérer aux surfaces, pourquoi les navires dans les climats arctiques qui naviguent dans l'eau salée ont-ils encore du mal à former de la glace ?

Des expériences ont révélé que le taux de congélation de l’eau peut influencer la façon dont les impuretés migrent vers les régions où la glace touche un solide. Un processus de congélation lent provoque l'isolement des contaminants dans des poches concentrées, voire leur expulsion complète, produisant une glace plus pure et plus résistante. Une congélation plus rapide préserve les contaminants présents dans la glace et leur accumulation à l'interface glace-solide, conduisant à une adhérence plus faible.

"Notre étude ne représente que la pointe de l'iceberg, ouvrant de nouvelles pistes d'investigation sur la façon dont la glace impure adhère avec des implications étendues dans de multiples disciplines", a déclaré Anand.

Les résultats sont publiés dans la revue Materials Horizons .

Plus d'informations : Rukmava Chatterjee et al, Adhérence de glace impure sur les surfaces, Matériaux Horizons (2023). DOI :10.1039/D3MH01440A

Informations sur le journal : Horizons des matériaux

Fourni par l'Université de l'Illinois à Chicago