De l'eau surfondue permet l'impression 3D de glace
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Des physiciens de l'Université d'Amsterdam ont mis au point une méthode permettant d'imprimer des structures tridimensionnelles dans la glace. En décembre dernier, leurs travaux ont suscité un vif intérêt lorsqu'ils ont imprimé en 3D un sapin de Noël. Dans la publication scientifique parue cette semaine, ils démontrent également comment imprimer de petits piliers inclinés, rendant ainsi possible la réalisation de profils complexes dans la glace sans aucun support supplémentaire.
Cette méthode permet d'imprimer des piliers de glace selon pratiquement n'importe quel profil souhaité, avec des angles aussi faibles que 14 degrés par rapport à la surface. Image tirée de la publication dans PNAS, Demmenie et al.
Refroidissement par évaporation
Le secret de l'impression sur glace réside dans le refroidissement par évaporation, un principe que les mammifères, y compris les humains, utilisent également pour réguler leur température corporelle. Lorsque l'on transpire, l'eau présente sur la peau s'évapore et la peau se refroidit.
Le même phénomène se produit lors de l'impression à l'eau dans une chambre à vide à basse pression : même à température ambiante, l'eau s'évapore très rapidement. Chaque molécule d'eau qui s'évapore emporte avec elle une petite quantité de chaleur, ce qui refroidit progressivement l'eau restante, jusqu'à atteindre une température inférieure à zéro degré Celsius. À ce stade, l'eau est encore liquide, mais en surfusion. Dès que le jet ultrafin (plus fin qu'un cheveu : 16 micromètres) atteint la couche de glace déjà formée, il gèle instantanément.
Impression d'un profil
En décembre dernier, les travaux des physiciens Menno Demmenie, Stefan Kooij et Daniel Bonn ont suscité un vif intérêt lorsqu'ils ont imprimé en 3D un sapin de Noël . Dans l'article paru cette semaine dans les Proceedings of the National Academy of Sciences, ils démontrent que cette méthode permet également d'imprimer de petits piliers de glace inclinés, simplement en modulant la vitesse de l'imprimante 3D.
Il est ainsi possible d'imprimer dans la glace des profils de formes quasi illimitées, suffisamment résistants pour ne pas nécessiter de support – contrairement à l'impression 3D classique. La vidéo ci-dessous illustre l'impression du profil d'un visage humain, formant des angles aussi faibles que 14 degrés avec la surface.
La méthode est polyvalente et très propre : une fois la pompe à vide arrêtée, tout fond proprement pour redevenir de l’eau claire. Les résultats ne sont pas seulement esthétiques et une démonstration de physique en action ; ils offrent également des applications pratiques.
Cette technique ouvre des perspectives en biologie, où des structures de glace pure peuvent servir de support aux tissus, et en microfluidique, où elle permet de former des canaux complexes par fonte de la glace. À plus long terme, cette technique pourrait même être utilisée sur Mars, où le froid et la faible densité de l’atmosphère offrent des conditions idéales pour construire des structures à partir de l’eau locale.