Inspirés par des bulles d'air naturelles dans les glaciers, les chercheurs ont développé une méthode pour coder les messages dans la glace.
Publié dans Cell rapporte les sciences physiquesLe journal explique comment l'équipe a codé les messages gelés dans le code binaire et Morse en manipulant la taille et la distribution des bulles dans la glace. La méthode pourrait être utilisée pour stocker des messages courts dans des régions très froides telles que l'Antarctique et l'Arctique, où le stockage d'informations conventionnel est difficile ou prohibitif.
« Dans les régions naturellement froides, l'utilisation de bulles d'air piégées comme moyen de livraison de messages et de stockage utilise moins d'énergie que les télécommunications et est plus secrète que les documents papier », a déclaré l'ingénieur mécanique et auteur Mengjie Song, affilié au Beijing Institute of Technology. « Ces messages ICE peuvent être conservés pendant longtemps et les messages qu'ils portent sont faciles à visualiser et à lire. »
À mesure que l'eau gèle, les gaz dissous sont pressés et poussés ensemble, formant des poches d'air piégées (par exemple, des bulles). Ces bulles sont en forme d'oeuf ou en forme d'aiguille et peuvent généralement être trouvées dans des morceaux de glace en trois dimensions. Pour étudier comment ces bulles d'air se forment dans la glace, l'équipe a utilisé une plaque froide pour geler une couche d'eau bidimensionnelle entre deux feuilles de plastique transparentes. Ensuite, ils ont testé différentes températures et orientations pour examiner l'impact du taux de congélation et de la direction sur la formation de bulles.
Ils ont constaté que l'augmentation soudainement du taux de congélation en diminuant fortement la température de la plaque froide a entraîné une seule couche de bulles. Les taux de congélation plus rapides ont entraîné des bulles en forme d'oeuf, donc en réduisant progressivement le taux de congélation, ils ont pu produire des couches consécutives contenant des bulles de forme différente: la première couche ne contenait que des bulles en forme d'oeuf, suivies d'une couche avec des bulles et enfin une couche sans aiguille, suivi d'une couche de bulles à forme d'aiguilles – et enfin d'une couche sans bulles de glace libre.
« Étant donné que la position et la forme des bulles sont déterminées par le taux de congélation, il est possible de contrôler manuellement le taux de congélation pour manipuler la forme et la distribution des bulles dans la glace », explique Song.
Ensuite, les chercheurs ont testé s'ils pouvaient utiliser ces informations pour coder les messages dans la glace. Pour ce faire, ils ont attribué des tailles de bulles, des formes et des positions à des caractères distincts dans les codes Morse et binaires. Ensuite, ils ont programmé leur plaque froide pour contrôler le taux et la direction de congélation, ce qui entraîne une tranche de glace avec des bulles d'air positionnées et de taille appropriées.
Pour lire le message gelé, l'équipe a pris une photo de la glace et l'a convertie en niveaux de gris. Ensuite, ils ont formé un ordinateur pour détecter automatiquement la position et la taille des bulles d'air en fonction de leur valeur grise (les régions sans bulles sont gris foncé, tandis que les bulles sont presque blanches). Sur la base de ces valeurs d'échelle de gris, l'ordinateur a décodé le message gelé en code binaire ou Morse, puis a converti le message en un format lisible – dans ce cas, des lettres anglaises et des chiffres arabes.
Après avoir comparé Morse et des méthodes de codage binaire, les chercheurs ont conclu que le codage binaire est la meilleure option car il est capable de stocker des messages qui sont environ dix fois plus longs.
Être capable de contrôler la position et la distribution des bulles dans la glace pourrait avoir des applications au-delà de la messagerie, selon les chercheurs. Par exemple, comme les bulles diminuent la résistance mécanique de la glace, placer des bulles en ligne droite pourrait permettre à des calottes glaciaires d'être soigneusement cassées, comme la ligne perforée sur un cracker Graham. La méthode pourrait également aider les scientifiques à comprendre comment les bulles se forment dans d'autres matériaux solides, tels que l'aluminium, qui ne peuvent pas être imagés en interne.
« Nos résultats peuvent être largement appliqués dans de nombreux domaines », explique Song. « Dans notre vie quotidienne, nous pouvons manipuler des bulles pour produire efficacement de la glace avec différents contenus de bulles et créer de belles sculptures de glace. Dans l'industrie, nos recherches peuvent aider à la fusion et à la fabrication métalliques, ainsi qu'à la déduction des avions et des navires. »
À l'avenir, l'équipe prévoit d'étudier l'impact du type de gaz et de la concentration sur les caractéristiques des glaces à bulles et d'examiner davantage la formation de bulles dans des contextes tridimensionnels.
