Surfaces qui éloignent la glace

La glace est un fait dangereux de la vie hivernale, faisant des ravages sur les routes, les lignes de services publics, les bâtiments et les transports aériens. Les méthodes conventionnelles pour se débarrasser de la glace, telles que le chauffage direct, l'application de sel ou l'utilisation de produits chimiques pour déclencher la fonte, ont toutes des inconvénients : elles peuvent corroder les matériaux sur lesquels elles sont appliquées et endommager l'environnement, et elles ne sont que modestement ou temporairement efficace. Mais les scientifiques de Harvard disent qu'ils ont créé des matériaux qui peuvent empêcher la formation de glace sur les surfaces en premier lieu.

Tenez la glace : Les surfaces conventionnelles permettent aux gouttelettes de glace (à gauche) de s'accrocher et de former des feuilles (au centre), mais la rugosité nanométrique à la surface empêche la formation de glace.

Les chercheurs disent que leur percée, rapportée dans le dernier numéro de ACS Nano , pourrait s'appliquer non seulement à l'aviation, mais aussi au pavage des routes, à la construction, à la transmission de puissance et à pratiquement toute autre industrie pour laquelle le dégivrage chimique et physique est une préoccupation. Ce que nous voulons faire, c'est que la glace ne se forme pas du tout, explique Joanna Aizenberg, scientifique des matériaux et chef de file du projet.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de novembre 2011

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Lorsqu'une gouttelette de glace naissante frappe une surface conventionnelle, elle s'étale et s'accroche, devenant une base pour l'agrégation de plus de gouttelettes et finalement une plaque de glace. Mais les surfaces d'Aizenberg sont super-hydrophobes, ce qui signifie littéralement très peur de l'eau. Ils contiennent des motifs géométriques de la taille d'un micron, notamment des poteaux, des briques et d'autres structures, qui font rebondir les gouttelettes avant qu'elles ne puissent adhérer. La caractéristique clé est que nous concevons ces structures pour qu'elles soient presque sans friction, explique Aizenberg. Les gouttelettes sont efficacement déviées avant que la formation de glace ne puisse se produire.

Lors de tests, Aizenberg et ses collègues ont découvert que leurs matériaux résistent à l'accumulation de glace jusqu'à ce que la température chute à environ -30° C. C'est beaucoup plus froid que presque n'importe quel environnement industriel, note-t-elle. Même à des températures ultra-basses, lorsque la résistance à la glace commence à se dégrader, tout n'est pas perdu. La glace qui se forme a une faible adhérence, nécessitant une petite fraction - moins de 10 pour cent - de la force normale nécessaire pour l'enlever des surfaces traditionnelles. Il est très facile à retirer car il n'entre en contact avec la surface qu'au niveau des extrémités de ces caractéristiques nanostructurées, explique Aizenberg. Il peut être enlevé juste par le flux d'air.

Les nanostructures peuvent être gravées ou moulées dans du métal, du caoutchouc ou d'autres substances, ajoute Aizenberg, dont le groupe a déposé un brevet sur la méthode et envisage de la commercialiser. On ne sait pas combien il en coûterait pour ajouter de la résistance à la glace à une surface donnée, dit Aizenberg, mais elle prédit que ce sera suffisamment faible pour ne pas décourager son utilisation. Il reste également à tester si une application en surface des nanostructures nécessiterait un rafraîchissement périodique. Son équipe mène des études dans des souffleries pour voir à quel point les matériaux sont durables, en analysant leur capacité à résister à des vitesses élevées et à d'autres contraintes du monde réel.

Bien que les avions soient une destination évidente pour les matériaux de blocage de la glace, Aizenberg dit qu'une autre application importante serait dans la construction. L'accumulation de glace sur les toits peut menacer leur intégrité structurelle. Les surfaces de toiture qui se détachent de la glace pourraient éviter des effondrements catastrophiques.

Matthew Herman, physicien du bâtiment au sein de la société d'ingénierie internationale Buro Happold, affirme que la technologie anti-glace serait extrêmement utile pour les grands édifices. De nombreux bâtiments historiques à New York, Boston et Chicago sont construits à l'aide de rebords, dit Herman. Ils sont beaux pour créer de l'ombre et de la texture, mais ils permettent à la neige de s'accumuler. Finalement, vous obtenez suffisamment d'eau et de glace assis sur un rebord pour qu'il puisse tomber, et vous devez installer un échafaudage ou un auvent pour protéger les personnes en dessous.

Howard Stone, professeur d'ingénierie mécanique et aérospatiale à l'Université de Princeton, déclare que le travail merveilleusement créatif d'Aizenberg présente de multiples opportunités commerciales. Il s'est demandé si l'application de matériaux résistants à la glace modifierait le comportement aérodynamique d'une surface telle qu'une aile d'avion, mais Aizenberg et ses collègues ont examiné la question en profondeur et ont déclaré que l'aérodynamique ne serait probablement pas affectée. Ils prévoient de publier ces données dans un prochain article.

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