Une nouvelle étude examinant comment la glace se forme à partir d'eau pure a révélé que la géométrie de la surface sur laquelle se trouve l'eau peut avoir un effet sur le fait qu'elle gèle ou non, suggérant que la géométrie de la surface joue un rôle important dans la formation de la glace. Une meilleure compréhension de la façon dont la glace se forme pourrait avoir des implications allant de la sécurité des transports à la production alimentaire.

La glace se forme généralement autour de particules comme le pollen ou la poussière, mais l'eau ultra-pure peut rester liquide jusqu'à -40 degrés Celsius. À cause de ce, la surface sur laquelle se trouve l'eau ultra-pure peut avoir un impact important sur la formation de cristaux de glace. Cependant, aucune théorie n'a réussi à prédire quels matériaux sont bons pour former de la glace.

A l'aide d'une simulation informatique, des chercheurs de l'Université George Washington ont découvert que la glace se forme le plus efficacement en forme de coin contenant des angles de 45 ou 70 degrés, probablement parce qu'il permet aux molécules d'eau de s'aligner de manière à former un réseau de glace. Par conséquent, une surface texturée avec ces petits angles gèlerait avant une surface avec une géométrie différente. Avant cette percée, aucun autre modèle n'a pu aider à prédire quelle géométrie de surface pourrait déclencher la formation de glace.

"Ce n'était pas très surprenant pour nous de voir la formation de glace accélérée par un coin de 70 degrés, car il correspond parfaitement à l'ordre cristallin de la glace, " dit Tianshu Li, professeur agrégé de génie civil et environnemental et auteur correspondant de l'article. "La vraie surprise est venue lorsque nous avons découvert qu'un coin à 45 degrés est presque aussi efficace pour catalyser la formation de glace."

L'équipe de recherche a découvert qu'un coin à 45 degrés favorise la formation d'un cristal de glace imparfait contenant ce qu'on appelle un défaut topologique. Les défauts topologiques des matériaux sont des zones irrégulières dans une structure par ailleurs parfaitement uniforme.

"Une fois qu'un tel défaut est formé, il peut faciliter la croissance de glace régulière autour de lui, " dit le Dr Li.

C'est la première fois qu'une étude fournit des preuves théoriques claires sur le rôle explicite des défauts dans la formation des cristaux.

Alors que la formation de glace est un phénomène quotidien, le processus de congélation est mal compris. Les chercheurs espèrent contribuer à une meilleure compréhension de la formation et de la croissance des cristaux de glace en appliquant la recherche des modèles informatiques aux laboratoires physiques pour des tests plus approfondis.

En comprenant comment contrôler la formation ou la croissance des cristaux de glace, les chercheurs ont le potentiel d'influencer tout, des surfaces d'avion qui arrêtent la croissance de la glace à la crème glacée au meilleur goût.

"Cette découverte a également des applications au-delà de la formation de glace, " dit Li. " Parce que la formation de cristaux est un processus important dans d'autres domaines, notre étude peut également influencer la production de nouveaux matériaux et la cristallisation de produits pharmaceutiques."