L’équipe de Recherche découvre qu’il faut de la Chaleur pour former de la Glace sur du Graphène
Dans un article publié dans Nature Communications, l’équipe d’étude de recherche renseigne les processus physiques complexes sur le lieu de travail pour reconnaître la chimie de la formation de la glace. Le point de vue au niveau moléculaire de cette procédure peut aider à prévoir la formation et la fonte de la glace, des cristaux spécifiques aux glaciers et aux calottes glaciaires. Ce dernier est essentiel pour mesurer les changements écologiques liés au changement climatique et aussi au réchauffement planétaire.
L’équipe a pu localiser l’étape principale du développement de la glace, appelée nucléation, qui se produit rapidement, en une fraction de milliardième de seconde, lorsque des molécules d’eau individuelles hautement mobiles se trouvent et fusionnent. Néanmoins, les microscopes conventionnels sont beaucoup trop lents pour se conformer à l’activité des molécules d’eau, il est donc impossible de les utiliser pour surveiller avec précision comment les particules se combinent au-dessus des surfaces solides.
Le groupe de recherche a utilisé un appareil moderne Helium Spin-Echo (HeSE) pour adhérer à l’activité des atomes ainsi que des particules. L’équipe a utilisé HeSE pour étudier l’activité des particules d’eau sur une version de belle surface de graphène. Les scientifiques ont fait un suivi particulier : les molécules d’eau s’éloignent les unes des autres et ont besoin d’une puissance suffisante pour surmonter cette répulsion avant que la glace ne puisse se former.
Le mélange d’approches expérimentales et académiques a permis au groupe mondial de scientifiques de déchiffrer le comportement des particules d’eau. Les uns avec les autres, ceux-ci ont capturé, pour la première fois, précisément comment l’étape initiale de formation de la glace sur une zone de surface progresse et leur permet de recommander un dispositif physique jusqu’alors inconnu.
Le Dr Marco Sacchi, co-auteur de l’étude et également Royal Culture College Research Other du College of Surrey, a déclaré : « Nos résultats révèlent que les particules d’eau doivent surmonter une barrière énergétique minuscule, mais vitale avant de créer de la glace. Nous espérons que notre projet commun particulier contribuera dans une certaine mesure à nous aider à comprendre les modifications remarquables qui se produisent sur toute notre planète. »
Le Dr Anton Tamtögl, responsable et également écrivain correspondant de l’Université de technologie de Graz, ajoute : « Les observations changent complètement notre compréhension de la nucléation de la glace. Les résultats de HeSE semblaient extrêmement prometteurs, mais l’activité de l’eau était incroyablement complexe et recommandait une nouvelle physique contre-intuitive. Nous avons décidé que des simulations atomistiques étaient nécessaires pour analyser les résultats.
Le Dr Andrew Jardine, un téléspectateur en physique spéculative de l’Université de Cambridge, l’un des concepteurs de la technique HeSE, a déclaré : « La méthode change entièrement notre capacité à adhérer aux procédures physiques et chimiques au niveau des particules solitaires.
Le Dr Costs Allison, également du Collège de Cambridge, a déclaré : « La répulsion entre les molécules d’eau n’a pas été prise en compte lors de la nucléation de la glace – ce travail va transformer tout cela. Les communications nouvellement observées modifient également la vitesse à laquelle la nucléation se produit, et ainsi la glace peut se former. Les travaux auront donc des effets importants sur la prévention de la formation de glace, ce qui est pertinent pour des domaines aussi divers que l’énergie éolienne, le transport aérien ainsi que les télécommunications.
Référence: Anton Tamtögl et al, Motion of water monomers reveals a kinetic barrier to ice nucleation on graphene, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-23226-5
