Lorsque l'eau gèle sur des surfaces métalliques, c'est un problème. L’industrie aéronautique dépense des millions de dollars et d’innombrables heures pour pulvériser du liquide de dégivrage sur les ailes des avions alors qu’ils attendent sur des pistes enneigées, pendant que nous découvrons personnellement les problèmes causés par la glace du temps que nous passons à la congélation.
Une équipe de chercheurs de Harvard a adopté une approche différente pour éliminer la glace et le givre du métal: ils ont développé un revêtement spécial qui empêche les gouttelettes d’eau de coller et de se transformer en glace en premier lieu.
Le dégivrage des avions peut appartenir au passé, grâce à un nouveau revêtement appelé SLIPS. Photo par l'utilisateur de commons wikimedia Mulag
Comme détaillé dans un article publié lundi dans ACS Nano, le groupe, dirigé par la professeure Joanna Aizenberg, a créé un moyen de produire du métal recouvert de ce qu'ils appellent des "surfaces poreuses glissantes, infusées de liquide". Le revêtement - désigné par l'acronyme SLIPS - élimine les gouttelettes d'eau et la glace simplement par le pouvoir de la gravité. Le groupe a testé des ailettes de réfrigération en aluminium revêtues de SLIPS à -10 degrés Celsius et à 60% d'humidité. Cette technologie a largement surperformé les systèmes de refroidissement typiques «sans givre» en termes de prévention de la formation du givre dans le temps.
Les ailettes de réfrigération conventionnelles en aluminium (rangée supérieure) ont été nettement surclassées par celles recouvertes de SLIPS (rangée inférieure) dans l’étude. Photo gracieuseté de l'Université Harvard
Comment fonctionne le SLIPS? Le gel ne peut adhérer qu’à un morceau de métal en raison d’imperfections microscopiques et de défauts qui existent au niveau moléculaire, ce qui donne aux gouttelettes d’eau une matière à laquelle coller lorsqu’elles gèlent. Les scientifiques et les ingénieurs essayent depuis longtemps de trouver un moyen de créer des métaux absolument lisses qui empêcheraient cela, mais les processus de fabrication à grande échelle rendent cela impossible.
L'équipe d'Aizenberg a réagi en créant un processus en deux étapes - applicable aux métaux déjà fabriqués - qui présente une surface entièrement lisse pour les éléments, faisant glisser les gouttelettes de glace et d'eau avant qu'elles ne puissent adhérer. Tout d'abord, le métal est recouvert d'un matériau solide rugueux et poreux. Ensuite, un lubrifiant liquide est appliqué qui adhère aux pores du nanomatériau solide, créant une surface extérieure parfaitement plate au niveau moléculaire, de sorte que seule la gravité puisse empêcher la formation de glace.
En conséquence, SLIPS peut être appliqué à des métaux de toutes formes et de toutes tailles, même à grande échelle, et il résout toutes sortes de problèmes liés au givrage et au givre. Sur toutes les surfaces verticales, les plaques de glace ne pourront pas se former et même sur les plans horizontaux, la glace qui se formera volera avec un léger coup de pouce, car elle ne présente aucune imperfection. Les ailes d’avion, les garde-corps, les escaliers, les équipements de réfrigération, les toits, les panneaux et d’autres objets pourraient facilement être maintenus exempts de glace et de givre grâce au revêtement.
L'équipe prévoit également des économies d'énergie substantielles grâce à la nouvelle technologie. Les méthodes actuelles d'élimination de la glace nécessitent le transport de produits chimiques et d'équipements spéciaux, tandis que les matériaux traités au SLIPS dissiperont facilement la glace avec une agitation minime, voire même une rafale de vent. La substance est également non toxique, anticorrosive et fonctionne dans des environnements extrêmement froids et très humides.
À l'instar du revêtement que nous avons recouvert qui permet au ketchup et de glisser facilement hors de la bouteille, il s'agit d'une technologie de pointe que nous pourrions facilement voir entrer dans nos vies quotidiennes. Au lieu de saler les escaliers métalliques ou d’attendre que les équipes au sol déguisent les avions passagers, nous pourrions simplement fabriquer des structures et des véhicules qui résistent à la glace pour commencer. Alors que l'été arrive, la glace ne sera peut-être pas votre principale préoccupation, mais lorsque l'hiver arrivera, vous serez ravi que cet équipage de scientifiques ait travaillé dur.
