La loi de la cryoscopie revisitée à l’échelle nanométrique.

Le salage des routes enneigées en hiver, les additifs antigel dans le liquide des radiateurs de voitures, la cryopréservation de tissus biologiques… Tous ces procédés opèrent grâce à un phénomène physico-chimique nommé cryoscopie qui a été formalisé au 19ème siècle grâce aux travaux conséquents du chimiste français François-Marie Raoult.

Formation de glace dans des nanotubes à partir d'eau pure et de solutions acqueuses

En dissolvant un composé dans l’eau (sel, glycol, sucre…), on abaisse d’autant la température de fusion de la glace. Ce phénomène très important de la physico-chimie des solutions constitue l’une des 3 lois de Raoult qui régissent les propriétés colligatives des solvants [1].
Des chercheurs de l’Institut de Physique de Rennes, ont montré que si l’on diminue la taille des systèmes étudiés des écarts importants à cette loi fondamentale s’observent. Plus surprenant encore, le point de fusion d’un grain de glace de 3.6 nm de diamètre (milliardièmes de mètres), qui est de -43°C dans l’eau pure au lieu de 0°C, reste pratiquement inchangé si on ajoute un soluté. Cette observation semble contredire la loi de la cryoscopie aux échelles nanométriques.
La meilleure compréhension et la prise en compte de ce phénomène pourrait avoir un impact dans les nombreux domaines où le contrôle de la cristallisation de grains nanométriques de glace est central, comme en biologie ou en sciences de l’environnement.

[1]   Les lois de Raoult (François-Marie Raoult, 1830-1901) sont la loi de la tonométrie (abaissement de la pression de vapeur saturante du solvant), la loi de l'ébulliométrie (élévation de la température d'ébullition du solvant) et loi de la cryométrie (abaissement de la température de fusion).

 

Référence :

« Extension and Limits of Cryoscopy for Nanoconfined Solutions »,
B. Malfait, A. Pouessel, A. Jani, D. Morineau, J. Phys. Chem Lett.  2020, 11, 5763–5769.
DOI : 10.1021/acs.jpclett.0c01564