Les Canadiens peuvent penser qu'ils connaissent intimement la glace sous toutes ses formes, mais il y a une sorte dont la plupart n'ont probablement jamais entendu parler. Les hydrates de clathrate sont de minuscules cages cristallines de glace qui peuvent piéger d'autres gaz ou liquides à l'intérieur.
Ces hydrates peuvent se former dans des pipelines de gaz naturel et provoquer des explosions si elles bloquent la ligne. La catastrophe de BP Deepwater Horizon dans le golfe du Mexique en 2010 a été causée par la formation d'hydrate, explique John TSE, président de la science des matériaux du Canada et professeur au Département de physique et de physique d'ingénierie à l'Université de la Saskatchewan (USASK).
C'est l'une des raisons pour lesquelles TSE et ses collègues « veulent mieux comprendre comment ce composé se forme et comment le gaz et l'eau interagissent les uns avec les autres ».
Parce que les réactions qui forment des hydrates se produisent si rapidement, les chercheurs avaient besoin d'un moyen de les ralentir et de les observer en cours. TSE a donc refroidi un mélange d'eau et un produit chimique appelé tétrahydrofuran (THF) à -263 ° C dans un vide, puis a utilisé les puissantes lignes de rayons X de la source de lumière canadienne à Usask pour surveiller comment les molécules se déplaçaient et changeaient de forme alors qu'il réchauffait lentement le mélange.
TSE a constaté que, à mesure que la température augmentait, le THF s'est séparé et a formé des cristaux tandis que l'eau congelée restait sous une forme sans cristal. Ensuite, environ -163 ° C, le THF a soudainement fondu et mélangé avec l'eau pour former des hydrates de clathrate, des cages cristallines de glace avec du THF piégé à l'intérieur. L'œuvre est publiée dans Le Journal of Physical Chemistry Letters.
Plus comprendre comment les hydrates se comportent pourraient conduire à de nombreuses applications pratiques différentes au-delà de la simple protection contre les explosions de pipelines. Ils pourraient également être utilisés dans le transport et le stockage du gaz naturel – un seul pied cube d'hydrate peut stocker jusqu'à 150 pieds cubes de gaz – ou pour les projets de capture et de stockage du carbone. TSE espère que son travail scientifique fondamental sera utilisé par plus d'ingénieurs axés sur les applications pour développer de nouvelles technologies utiles.
« Tout en science est des étapes de bébé », explique TSE. « Nous commençons par des conditions idéalistes et allons à des fins pratiques. Quelqu'un pourrait le capter avec une idée intelligente qui repose sur des connaissances fondamentales sur la façon dont les hydrates sont formés. »
