Solution retenue : acétate de Zirconium

Lors de travaux de recherche sur la synthèse de matériaux poreux, des chercheurs du CNRS ont découvert que l'acétate de zirconium exerce un contrôle sur la croissance des cristaux de glace. Ce composé est habituellement connu pour stabiliser des suspensions. Son faible coût de fabrication et sa stabilité en font un élément très intéressant.

L'acétate de zirconium est actuellement utilisé comme imperméabilisant et dans des films hydrofuges. Les composés actuellement disponibles en vente permettent de prévenir ou de diminuer la vitesse de formation des cristaux de glace mais en aucun cas de l'empêcher.

                                                     

Formule de Lewis de l'acétate de zirconium

 

Comment ça marche?

L'acétate de zirconium possède une des actions des protéines antigel, il agit sur le modelage des cristaux de glace. Des expériences consistant à geler des solutions contenant de l'acétate de zirconium ont été menées en laboratoire par un chercheur du CNRS, Sylvain Deville, et son équipe. Les résultats montrent que dans ces solutions les cristaux de glace ont une forme différente de leur forme habituelle. L'acétate de zirconium permet de diviser par 100 le taux de croissance des cristaux dans la direction a (cf schéma ci-dessous). La vitesse de croissance peut descendre jusqu'à 0,02$\mu$m/s dans cette direction.

                                                                 

Axes a et c (image Wikipédia)

L'acétate de zirconium interagit au niveau atomique avec les cristaux de glace. Des liaisons hydrogènes sont formées avec la surface des cristaux. Ainsi le groupe acétate, qui est hydrophobe, est laissé à la surface des cristaux et éloigne des molécules d'eau qui contriburaient à la croissance de la glace.

                              

Figure extraite de "Ice Structuring Mechanism for Zirconium Acetate"

Cependant le mechanisme de reconnaissance des cristaux de glace par l'acétate de zirconium n'est pas sûr. Dans le papier Inhibition of Ice Growth and Recrystallization by Zirconium Acetate and Zirconium Acetate Hydroxide, deux modes sont proposés. Dans le premier le groupe méthyl contenu dans l'acétate et de l'hydroxyde sont les éléments qui reconnaissent les cristaux de glace. Dans le second ce sont les groupes acétate seuls qui reconnaissent les cristaux (cf shémas ci dessous).

           

Schémas représentant la reconnaissance de la glace par l'acétate de zirconium (image extraite de Inhibition of Ice Growth and Recrystallization by Zirconium Acetate and Zirconium Acetate Hydroxide)

Avantages et Incovénients

L'acétate de zirconium ne permet pas de stopper complètement la croissance des cristaux de glace, il ne peut que la ralentir.

Pour observer les effets de l'acétate de zirconium sur la forme des cristaux une concentration minimale de 18g/L est nécessaire. Quand on augmente la concentration la forme des cristaux change mais on observe toujours un modelage.

Cependant pour observer ce modelage il faut que la vitesse de croissance des cristaux ne soit pas trop élevée. En effet une vitesse trop importante ne laisserait pas le temps à l'acétate de zirconium d'agir.

Si ce composé permet de ralentir la croissance de la glace des expériences montrent qu'il ralenti ou empêche aussi la fonte.

Expérience

L'acétate de zirconium n'a pas été testé pour des traitements de surface, c'est pourquoi nous souhaitons faire une expérience.

Elle consiste à peindre une surface métallique avec deux peintures différente. La première sera appliquée sur la première moitié de la surface et la seconde sur la seconde moitié. La première peinture sera celle utilisée à l'heure actuelle pour peindre les A380 et la seconde sera cette même peinture dans laquelle on aura ajouté de l'acétate de zirconium.

                                        

Schéma de l'expérience

On s'attend à observer moins de givre sur la partie de la surface peinte avec la peinture dans laquelle on a ajouté de l'acétate de zirconium. De plus cette expérience permettrait d'observer le givre formé sur cette surface afin de déterminer s'il possède des propriétés particulières, notamment s'il est plus facile à retirer que du givre classique.