La Surfusion
Qu’est-ce que la surfusion ?
La surfusion est l’état dans laquelle une matière reste liquide à une température inférieure à sa température de congélation ou à son point de solidification.
On qualifie souvent cet état de ‘métastable’ qui correspond à un état où les réactions évoluent très lentement mais à la moindre perturbation, celles-ci peuvent s’accélérer de manière extrêmement rapide pour atteindre un état plus stable.
Pourquoi la matière reste dans un état liquide ?
Pour pouvoir expérimenter le phénomène de surfusion, le liquide doit être suffisamment pur. Ce phénomène prend place à l’interface solide-liquide entre le milieu et les impuretés.
Ceci peut être expliqué à différents niveaux :
- Dans un premier temps, le liquide étant pur, celui-ci ne contient donc que très peu d’impuretés. Ces petites particules vont, en dessous de 0°C (à 1atm), commencer à congeler. Mais, dû à l’agitation thermique, ces derniers vont immédiatement être réchauffés donc fondre et retarder la formation de glace.
- Dans un second temps, si lors de la formation de cristaux de glace l’énergie libérée est inférieure à celle utilisée pour former l’interface solide-liquide, le milieu restera liquide sans solidification donc sans formation de glace.
Qu’est-ce qui déclenche le passage de l’état liquide à solide ?
L’état de surfusion est relativement instable et une légère modification ou déstabilisation peut mener à un passage direct et soudain à l’état solide. Il existe plusieurs perturbations possibles qui ont un rôle amorceur pour débuter la réaction de solidification : contact avec des glaçons, vibrations, choc, etc. Cette réaction se passe souvent « en chaîne » : un choc arrive qui conduit à la solidification d’une celle-ci et très vite, s’enchaîne avec une solidification du reste de la matière.
L’exemple de la surfusion de l’eau
On apprend depuis notre plus jeune âge que l’eau gèle à 0°C (à 1atm) et change alors d’état pour devenir de la glace. Cependant, l’eau est un cas concret qui illustre le principe de surfusion. Il existe de nombreuses vidéos illustrant ce phénomène. La congélation de l’eau ne démarre pas spontanément mais a besoin d’une perturbation pour s’initier. L’eau peut alors rester liquide à des températures record comme jusqu’à -40°C en restant dans son état liquide. Puis, à la moindre perturbation, celle-ci se transforme de façon soudaine en glace.
Les chaufferettes, une application directe de la surfusion
Les chaufferettes utilisent ce principe avec l’utilisation d’acétate de sodium qui est surfondue et se cristallise à la suite d’un choc (ouverture de la pastille) et libère alors de l’énergie sous forme de chaleur, la réaction est exothermique !