Thread by @CecileHbert

On vient d'avoir une météo dramatique pour les cultures, et on a vu l'utilisation de système d'aspersion pour tenter de limiter les dégâts.

Mais pourquoi faire de la glace pour lutter contre le froid ?
Attenstion, fil thermodynamique et long 🤯

L’eau existe sous trois forme : solide, liquide et vapeur. On les appelle des phases. Pour provoquer un changement de phase,il faut un échange d’énergie. Il faut apporter de l’énergie pour faire fondre de la glace en eau ou pour faire évaporer de l’eau liquide.

Quelques ordres de grandeurs : prenons 1 kilo de glace à -10°C.
Pour la réchauffer à 0°C il faut lui apporter 20kJ.
Pour la faire fondre en la gardant à 0°C, 333 kJ.
Pour la chauffer de 0 à 100°C : 418 kJ.
Et pour l’évaporer en la gardant à 100°C : 2257 kJ.

La transition inverse libère la même quantité d’énergie. Donc en faisant passer de l’eau liquide à solide on « gagne » presque autant d’énergie qu’en prenant de l’eau bouillante et en la refroidissant à 0°C ! On remarque que la transition vapeur-liquide est encore pire!

Les phases de l’eau ont des domaines d’existence précis. C’est à dire que à une température et pression donnée, l’eau sera soit solide soit liquide soit gazeuse. On représente cela dans un diagramme de phases, pression sur l’axe vertical, température sur l’axe horizontal.

On voit que pour chaque couple (P,T), l’eau est sous une forme précise. Sauf si on tombe pile sur la ligne de séparation. C’est la ligne d’équilibre, ou de coexistence entre les phases. Celle qui nous intéresse est la ligne qui sépare glace et eau.

La pression sur Terre est 1 atmosphère. La séparation se trouve à 0°C, c’est la température d’équilibre solide-liquide à 1atm. Donc si je prends de l’eau, liquide à 0°C et que je lui soutire de l’énergie, je vais la transformer en glace, mais la température ne changera pas !

Et je rappelle, je vais pouvoir "gagner" presque autant qu'avec un litre d'eau bouillante que je ramène à 0°C! Donc quand on asperge les cultures, on les maintient à 0°C tant que de la glace se forme. Et ceci plutôt efficacement!

Par contre si on arrête d'arroser alors que les températures ne sont pas remontées au dessus de 0, la température de l'ensemble commence à descendre. On pourrait pense que la glace forme une coquille de protection qui isole la plante thermiquement.

C'est vrai. Mais malheureusement la conductivité thermique de la glace n'est pas assez faible pour que ça marche. En W/(m.K), on trouve 50 pour l'acier, 0.1 pour le bois 0.004 pour la laine de verre et 2 pour la glace. 😞.

Avec quelques milimètres de glace et une température extérieure de -5°C, la durée de protection est de l'ordre de quelques minutes à qq dizaines de minutes au mieux si mon calcul tient la route ;-).

0.04 pas 0.004 pour la laine de verre

Evidemment, à force de recouvrir de glace cela devient lourd. Alors on compte sur des températures positives la journée, une fonte de la glace (la plante reste toujours à 0°C), et on recommence la nuit suivante. Mais si les températures restent négatives la journée, c'est la cata

Mais au fait, pourquoi la ligne magique des 0°C pour "sauver" les bourgeons ? Un indice se trouve sur le diagramme de phase: le revoici:

La ligne qui sépare l'eau liquide de la glace penche vers la gauche. La glace est moins dense que l'eau, donc en gelant l'eau prend plus de place. Lorqu'elle gèle dans les cellules cela fait éclater les menbranes et détruit la cellule.