La glace sèche est un solide blanc inodore, dont la consistance rappelle celle de la glace. Elle est constituée de dioxyde de carbone (CO2) solide, et non d’eau. Une particularité de la glace sèche est qu'elle ne forme pas de gouttelettes en se réchauffant, c'est-à-dire qu'elle ne passe pas à l'état liquide. Au lieu de cela, elle passe directement à l'état gazeux; on dit qu'elle se ‘sublime’. Alors que le CO2 gazeux est un composant naturel de notre atmosphère, la glace carbonique n'est pas présente sur Terre. Mais elle peut être produite artificiellement: pour cela, le CO2 gazeux est mis sous pression (comprimé) pour être liquéfié. Il est ensuite «décomprimé», la pression étant subitement réduite. Une partie du dioxyde de carbone se dilate brusquement, revient à l'état gazeux et se refroidit fortement – on appelle cela l'effet Joule-Thomson. Ce faisant, de la chaleur est aussi extraite du reste du dioxyde de carbone, qui gèle à une température de -78,5°C, se transformant en neige carbonique. Celle-ci peut être conservée comprimée.
Les extincteurs à CO2 sont utilisés pour des feux de matières liquides (à l'exception des huiles) ou plastiques, par exemple dans les salles comportant du matériel électronique comme des serveurs. Image: OLJensa/CanStockPhoto
Les extincteurs à CO2 fonctionnent aussi selon le principe de l'effet Joule-Thomson: la majeure partie du dioxyde de carbone contenu dans l'extincteur se transforme immédiatement en vapeur en sortant du gicleur et se refroidit alors tellement, que le reste gèle en neige carbonique et absorbe la chaleur du feu. De plus, de par sa densité plus élevée, le CO2 gazeux supplante l'oxygène de l'air et étouffe ainsi le feu.
Dans d'autres endroits de l'univers, de la glace sèche peut se former sans intervention humaine. Cela arrive par exemple sur Mars, où elle se forme en hiver grâce à l'atmosphère riche en CO2. Du dioxyde de carbone gelé existe aussi sur de nombreux autres corps célestes.
La glace carbonique et ses applications
La glace carbonique n'est pas toxique ni inflammable et est antibactérienne. A une pression normale, la glace sèche se sublime à une température de -78.48 degrés Celsius. Elle ne fond donc pas, mais se transforme directement en gaz en se dilatant à 760 fois son volume initial. Ces propriétés sont mises à profit par l'industrie, la recherche, la médecine, les services et la gastronomie, pour différentes applications: la glace sèche peut être utilisée comme agent réfrigérant quand des liquides – en particulier l'eau – peuvent causer des dommages.
Sport automobile et électronique
Le sport automobile en est une bonne illustration : alors que l'eau pourrait causer des dégâts si elle était utilisée pour refroidir le moteur, le dioxyde de carbone est inoffensif. Dans l'électronique, la glace sèche convient comme réfrigérant en cas de surcadençage, quand on accroit les performances de composants d'ordinateurs, car contrairement aux liquides la glace sèche ne conduit pas l’électricité.
Utilisations en médecine et en pharmacie
La recherche scientifique et la médecine utilisent aussi la glace carbonique comme agent de refroidissement. Elle maintient les produits médicaux au froid, par exemple pendant le transport, ou permet de refroidir le plus rapidement possible des échantillons de laboratoire. La glace carbonique est aussi utilisée pour enlever les verrues, en les gelant. Une autre application encore est le test de sensibilité des dents: la glace sèche provoque une forte baisse de température qui est douloureuse pour les dents saines. Si la douleur est absente ou excessivement forte, cela peut être le signe d'un problème nécessitant un traitement racinaire.
Applications industrielles
L’industrie utilise la glace carbonique comme agent réfrigérant dans des différentes situations différentes, par exemple pour le refroidissement de produits alimentaires pendant le transport ou lors de manifestations où il n'y a pas d'alimentation électrique . La glace sèche permet aussi d'enlever des salissures: à cet effet un fin granulat de glace sèche est projeté à grande vitesse sur la surface à nettoyer. Le froid durcit les salissures qui deviennent cassantes et s'écaillent. Enfin la glace carbonique permet de refroidir des parties métalliques, par exemple des tuyaux de chauffage pour des travaux d'entretien.
Effets visuels
La glace carbonique produit de véritables nappes de brume. Image: nikkytok/CanStockPhoto
En outre, le secteur du divertissement utilise la glace carbonique pour ses caractéristiques esthétiques. Avant elle était souvent utilisée pour produire l'impression de brouillard au sol, comme tu l'as peut-être déjà vu dans des concerts. Pour cela de l'eau chaude est versée sur de la glace sèche. Mais aujourd'hui, on utilise de plus en plus des machines appelées générateurs de brouillard. Dans les films, la glace sèche est encore utilisée pour produire un effet d'eau bouillante. Pour cela on en place au fond de l'eau qui se met à bouillonner.
Risques de brûlure
Il faut être prudent en manipulant la glace carbonique: en cas de contact avec la peau pendant quelques secondes, la glace reste collée à la peau et cause des brûlures par le froid qui entrainent la mort des tissus. De plus le dioxyde de carbone est asphyxiant à des concentrations supérieures à 5%. Comme un petit morceau de glace carbonique peut produire un volume relativement important de gaz, il faut faire attention dans les espaces fermés. La glace sèche ne doit en aucun cas être avalée: la brûlure par le froid et le risque d'asphyxie peuvent être mortels. C'est pourquoi le port de gants et de lunettes de protection est obligatoire pour l'utilisation de la glace sèche.
Texte: Rédaction SimplyScience.ch
