Formation de la glace de mer aux pôles, congélation des sols en hiver, cryo préservation des cellules, fabrication de la crème glacée, élaboration de matériaux composites : toutes ces situations mettent en œuvre le phénomène de congélation.Jusqu’à présent, les études ont simplifié le problème . Mais dans la majorité des situations l’interface de congélation n’est pas plane. Des particules très nombreuses et les nombreuses interactions entre particules jouent un rôle considérable.
Rayons X
Grâce à l’imagerie par rayons X du synchrotron de Grenoble (ESRF) des chercheurs du Laboratoire de synthèse et fonctionnalisation des céramiques (CNRS/Saint Gobain) et du laboratoire Matériaux, ingénierie et sciences (CNRS/INSA Lyon) ont mieux compris le phénomène. En congelant une suspension concentrée de particules céramiques,ils ont observé in situ la croissance des cristaux de glace et le mouvement des particules lors de la congélation. Puis ils ont obtenu une image tridimensionnelle des cristaux de glace après congélation, en profitant des différences d’absorption du rayonnement X entre la glace et les particules. Ils ont alors mis en évidence que dans certaines conditions, l’interface se met à « sauter », accélérant ponctuellement, et modifiant la redistribution des particules et la croissance des cristaux. Quand le temps est suffisant, un retour ponctuel de l’interface à l’équilibre est constaté.
Le phénomène de congélation peut en effet être utilisé pour élaborer des matériaux poreux présentant des structures biomimétiques particulières, et dont les propriétés mécaniques semblent particulièrement prometteuses pour de nombreuses applications dans les domaines de l’énergie, la chimie ou encore la biologie. Lorsque l’interface se propage ainsi de manière irrégulière, de nombreux défauts apparaissent, fragilisant les structures et les propriétés finales en sont très fortement impactées.
Ces résultats donnent donc la clé pour travailler dans les domaines où ces défauts sont absents et apportent aussi un éclairage nouveau sur les mécanismes de congélation naturelle. La congélation des sols en hiver a des conséquences sur les plantes ou les voies de circulation qui peuvent être considérables. La formation de la glace de mer, où le sel et les microorganismes sont rejetés entre les cristaux de glace, joue un rôle important sur les échanges thermiques entre l’atmosphère et les océans.
