Une équipe combinée de scientifiques des matériaux et d'ingénieurs de l'École polytechnique fédérale de Suisse et de l'Université de Yale a montré, via des expériences en laboratoire, comment des canaux remplis d'eau sillonnant la glace multicristalline peuvent entraîner des fractures dans des matériaux tels que le ciment et l'asphalte. Dans leur article publié dans la revue Physical Review Letters , le groupe décrit les expériences qu'ils ont menées avec des objets transparents, de l'eau et du silicone, pour montrer comment les canaux liquides dans la glace peuvent conduire à des fractures dans des matériaux poreux.

L’eau, contrairement aux autres liquides, se dilate lorsqu’elle gèle. Cela est dû à la forme unique des molécules d’eau et aux angles qui se forment entre elles lorsque l’eau gèle. Une telle expansion est souvent imputée aux dommages causés aux matériaux tels que les routes et les allées, mais comme le soulignent les chercheurs, ces dommages sont dus à la croissance des cristaux de glace et non à l'expansion de l'eau. L'équipe a donc étudié la croissance des cristaux pour déterminer comment elle provoque des dommages.

Notant que dans le monde réel, la plupart de ces dommages se produisent dans des matériaux opaques, tels que le béton et l'asphalte, ce qui rend très difficile l'étude du processus au fur et à mesure qu'il se produit, les chercheurs ont adopté une autre approche. Ils ont créé un environnement dans lequel tous les matériaux se comporteraient de la même manière mais seraient également transparents.

L'équipe a commencé avec deux lames de verre séparées par des entretoises. Ils ont ensuite créé un seul petit pore à l’aide d’une colle photopolymérisable, d’à peine quelques millimètres de long et de large. Ensuite, ils ont recouvert l’intérieur de la partie inférieure du pore d’une fine couche de silicone, qu’ils ont tachetée de particules fluorescentes avant de la laisser durcir. Ensuite, ils ont rempli les pores avec de l'eau.

Une fois leur appareil construit, ils ont ensuite refroidi une seule extrémité du pore qu'ils avaient créé tout en chauffant l'autre extrémité. Et puis ils ont observé l’action à l’aide d’un microscope. Ils ont constaté que lorsque l'eau dans l'extrémité réfrigérée gelait, le silicone commençait à se déformer et, ce faisant, le cristal de glace qui s'était formé dans les pores grossissait et, ce faisant, exerçait une pression sur la couche de silicone. /P>

Un examen plus approfondi de la couche de silicone a montré qu'un film d'eau persistait entre la glace et le silicone, servant de source d'eau nouvelle pour une expansion continue, ce qui conduisait au type de dommages observés dans des matériaux tels que le ciment et l'asphalte. P>

Plus d'informations : Dominic Gerber et al, La polycristallinité améliore l'accumulation de stress autour de la glace, Physical Review Letters (2023). DOI : 10.1103/PhysRevLett.131.208201

Informations sur le journal : Lettres d'examen physique

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