Par Chris Deziel | Mis à jour le 30 août 2022
Abaisser le point de congélation de l’eau est une astuce courante en cuisine :il suffit d’ajouter du sel, du sucre ou tout autre soluté. Cependant, augmenter la température de congélation est beaucoup plus difficile et pendant longtemps, de nombreux scientifiques se sont demandés si cela était même possible. Des recherches récentes ont montré que, dans des conditions spécifiques, le point de congélation de l'eau pure surfondue peut effectivement être élevé à l'aide d'une poignée de techniques non conventionnelles.
L'eau est une molécule polaire qui forme facilement des liaisons hydrogène. Lorsqu’une gouttelette d’eau pure est en suspension dans l’air calme et empêchée de toucher une surface, elle peut rester liquide bien en dessous de 0°C, jusqu’à environ –40°C en laboratoire. L'ajout d'alcool modifie radicalement ce comportement. Lors du refroidissement, les molécules d’alcool s’organisent en hexagones semblables à de la glace qui servent de sites de nucléation. Les gouttelettes d'eau fusionnent autour de ces structures, élevant efficacement le point de congélation du mélange à 0°C, même si l'eau elle-même était surfondue.
Des chercheurs israéliens ont exploré une voie différente en générant des cellules chargées avec des cristaux pyroélectriques logés dans des cylindres de cuivre. Dans une pièce humide, ils refroidissaient l’environnement jusqu’à ce que l’eau se condense sur les cristaux. Sur une surface non chargée, les gouttelettes ont gelé à –12,5°C, mais lorsque la surface portait une charge positive, elles ont gelé à –7°C; avec une charge négative, le point de congélation descend à –18°C. Plus intrigant encore, les gouttelettes sur une surface chargée négativement sont restées liquides à –11°C pendant dix minutes. Lorsque la charge s'est dissipée, l'augmentation de la température ambiante à -8°C a provoqué une congélation rapide, un résultat que l'équipe attribue au rétablissement d'une charge positive sur les cristaux.
L’ajout de suie à l’eau pure peut élever le point de congélation d’environ 7°C, mais l’effet est bien plus prononcé avec la testostérone, une hormone mâle. Lors d’expériences, la testostérone a augmenté le point de congélation de l’eau surfondue de –40°C à –1°C. Bien que le mécanisme sous-jacent reste flou, les chercheurs soupçonnent qu'il fonctionne de manière similaire à l'alcool, fournissant des sites de nucléation supplémentaires favorisant la formation de glace.
La mesure dans laquelle vous pouvez abaisser le point de congélation de l’eau dépend de la concentration du soluté, mais il existe un plafond pratique. Le point zéro de l'échelle Fahrenheit (-17,8°C) est défini comme la température de congélation d'une solution saline saturée; plus aucun sel ne peut se dissoudre, donc 0°F représente le point de congélation le plus bas possible via l'ajout de soluté. Néanmoins, une véritable surfusion peut pousser l'eau à rester liquide à des températures aussi basses que –48°C (-55°F), comme l'ont démontré des chercheurs de l'Université de l'Utah.