Comment contrôlez-vous la formation de glace dans un avion, même en vol ? Jonathan Boreyko, professeur agrégé au Département de génie mécanique, dirige une équipe travaillant avec Collins Aerospace pour développer une approche utilisant la glace elle-même. Dans une étude publiée dans Lettres d'examen physique , ils ont créé une méthode de dégivrage qui exploite la façon dont le givre se développe sur les structures des piliers pour suspendre la glace au fur et à mesure qu'elle se forme en une couche plus facile à enlever.

La formation de glace dans les avions peut être à la fois une aggravation et un danger pour la santé. Regarder un panneau de départ d'aéroport pour les retards à cause de la glace est un territoire familier pour les voyageurs d'hiver, et le National Transportation Safety Board rapporte un total de 52 accidents en vol attribués à la formation de glace entre 2010 et 2014, faisant 78 morts.

Le dégivrage d'un avion à l'aéroport avant le décollage est possible, mais les avions connaissent également des températures en chute libre et une formation rapide de glace en vol. Une fois que la glace se forme sur les ailes, cela peut grandement entraver la capacité d'un pilote à utiliser l'avion en toute sécurité. Équiper les avions de la capacité d'enlever la glace tout en volant à des altitudes comprises entre 35, 000 et 42, 000 pieds fourniraient un meilleur ensemble d'outils pour maintenir la sécurité, croient les chercheurs.

Mettre de la glace sur un piédestal

L'équipe de Boreyko a travaillé en sachant que les gouttelettes d'eau se comportent de différentes manières, selon la superficie. Ils visaient à tirer parti d'un principe connu sous le nom de loi de Cassie, ce qui montre que l'air peut être piégé sous les gouttes d'eau si les gouttes sont suspendues au sommet d'une structure bosselée et hydrofuge. Avec une structure qui pourrait emprisonner l'air sous l'eau dans cet "état Cassie, " les chercheurs ont cherché à faire se former de la glace dans une couche avec une adhérence plus faible à la surface.

Rendre une surface hydrofuge nécessite généralement un revêtement chimique qui doit être périodiquement renouvelé, Boreyko a expliqué, et la surface bosselée a également tendance à s'user avec le temps. L'équipe a opté pour une nouvelle approche, dans le but de créer une surface hydrofuge qui ne nécessite pas de revêtements chimiques fragiles ou de bosses ultra-fines. Au lieu, ils ont opté pour une structure simple et durable sous forme d'aluminium, piliers millimétriques.

L'équipe de Boreyko a créé un éventail de piliers, chacun d'un millimètre de haut sur un demi-millimètre de large. Les minuscules socles ont été usinés selon un motif espacé d'un millimètre. Au fur et à mesure que la température baisse, le givre s'est développé préférentiellement sur les sommets des piliers, résultant en des pointes de givre élevées. Au fur et à mesure de l'ajout d'eau, il a été absorbé dans cette couche de givre poreux. Lorsque des gouttes d'eau ont par la suite été impactées sur la surface, ils ont été pris sur les piédestaux de givre.

Ces gouttes glaciales ont créé de minuscules "ponts de glace, " comme l'a décrit l'auteur principal Hyunggon Park, qui fermait les trous d'air dans les vallées entre les piliers givrés. "Lorsque les gouttes d'eau impactent gelent à la surface, nous avons fait une observation intéressante :les gouttes d'eau étaient capturées par les pointes de givre et construisaient des ponts de glace pour piéger les poches d'air en dessous, " dit Park. Au fil du temps, une canopée de glace continue et emprisonnant l'air s'est formée sur les piliers givrés.

Alors que d'autres méthodes de dégivrage peuvent encore permettre à une plaque de glace d'adhérer plus directement sur une grande surface, ces entrefers emprisonnés provoquent la suspension de la tôle, réduire la quantité d'adhérence de la glace à la surface.

"En utilisant des piliers plus grands à la place des nanostructures, et des pointes de givre à la place d'un revêtement hydrophobe, nous avons découvert que nous pouvons obtenir le même avantage de piéger l'air sous la glace en formation tout en évitant les problèmes de durabilité, " a déclaré Boreyko. " Cela devrait rendre notre approche pratique pour améliorer le dégivrage des avions ou des échangeurs de chaleur. "

Avec un lien plus faible, il est possible d'utiliser les poches d'air pour ensuite repousser la glace. Ce sera la prochaine étape du processus des chercheurs, alors que l'équipe de Boreyko continue de développer sa méthode.