Scott Koefod, Ph. D.

Chercheur principal

Sécurité routière de Cargill

Wayzata, Minnesota

 

Déterminer les taux d’application de liquides est un défi, car il s’agit souvent d’une cible en mouvement et nous essayons d’optimiser plusieurs choses à la fois. Nous voulons appliquer la plus petite quantité de liquide au moindre coût et au risque le moins élevé « d’effets secondaires » (corrosion, regel, etc.) possible dans les conditions réelles, qui sont souvent très changeantes. Ces dernières années, nous avons acquis une grande expérience sur le terrain pour guider notre utilisation et notre compréhension des liquides. L’expérience sur le terrain a bien sûr l’avantage d’être la mesure la plus réelle de la performance d’un dégivreur. Mais les tempêtes de neige du « monde réel » ont tendance à être de mauvais laboratoires, car chaque tempête est différente, et certains aspects de la performance des liquides sont difficiles à comprendre précisément sur la base de la seule expérience sur le terrain. Il est donc utile de compléter l’expérience qualitative sur le terrain par des mesures quantitatives plus précises de la performance des liquides lorsque nous le pouvons, et les courbes de point de congélation sont une source importante de ces données.

 

Les courbes de point de congélation des dégivreurs liquides sont facilement accessibles. En effet, de nombreuses soumissions exigent une courbe de point de congélation pour les produits dégivrants liquides améliorés. Mais, malgré leur omniprésence, les courbes de point de congélation sont souvent sous-utilisées et mal comprises. Pourtant, avec quelques explications, les courbes de point de congélation peuvent fournir une mine d’informations sur la performance des liquides.

 

La figure ci-dessous représente la courbe du point de congélation d’une saumure. Notez que les courbes de toutes les saumures chlorurées courantes (chlorure de sodium, chlorure de calcium et chlorure de magnésium) ont la même forme de base en « V ». La courbe nous indique simplement comment le point de congélation de la saumure évolue en fonction de la teneur en sel, et nous pouvons constater qu’à mesure que la teneur en sel augmente, le point de congélation baisse jusqu’à atteindre un minimum (« l’eutectique »), puis remonte à mesure que la teneur en sel augmente. Mais est-ce logique? Pourquoi le point de congélation changerait-il soudainement de direction lorsque nous ajoutons encore plus de sel à la saumure? Cela signifie-t-il que les saumures sont efficaces pour le dégivrage lorsque la teneur en sel augmente jusqu’à un certain point et qu’elles deviennent ensuite moins efficaces à des concentrations plus élevées? Si vous y réfléchissez, je pense que votre intuition vous dit que cela n’a pas de sens, et votre intuition est tout à fait juste!

 

[insérer le tableau 1]

 

Le point de congélation est la température à laquelle la saumure commence à devenir solide, mais ce solide est différent selon le côté de l’eutectique où l’on se trouve. Du côté gauche, lorsque la saumure gèle, l’eau se transforme en glace, et c’est ce qui nous intéresse! Du côté droit, la concentration est devenue si élevée que toute baisse de température rend la saumure sursaturée, et l’excès de sel se déverse. Dans l’usage courant, cette formation de sel solide est encore considérée comme une « congélation », ce qui entraîne une confusion sans fin! Mais la morale de l’histoire est que, pour comprendre les performances de dégivreurs liquides, nous pouvons (et devons!) ignorer le côté droit de la courbe. Les « points de congélation » à des concentrations supérieures à l’eutectique ne nous apprennent rien sur les performances en matière de fonte de la glace.

 

Pourquoi s’intéresser au point de congélation de la saumure? Bien sûr, l’une des raisons est que nous voulons comprendre la température à laquelle une saumure peut regeler sur la route, mais notez que la courbe du point de congélation nous dit bien plus que cela. Elle nous indique aussi très précisément dans quelle mesure une saumure de chlorure peut faire fondre la glace! Et cela nous permet d’effectuer toute une série de calculs très utiles sur le rendement de la saumure. Nous pouvons calculer avec précision combien de gallons de n’importe quelle saumure de chlorure sont nécessaires pour fournir un niveau donné de performance de dégivrage à une température donnée, ainsi que la rentabilité relative. La performance de dégivrage n’est pas le seul facteur qui détermine les taux d’application. Divers autres facteurs doivent être pris en compte, comme la gestion du risque de regel et la quantité de saumure pouvant être appliquée en pratique, compte tenu de la longueur des trajets et de la taille du réservoir du camion. Mais la fonte de la glace est la mesure de performance la plus fondamentale d’un antigivreur ou d’un dégivreur, c’est-à-dire que dans la plupart des cas, le liquide agit en faisant fondre la glace, et il est donc essentiel de comprendre cette mesure.

 

À ce stade, il est utile de se rappeler que le gel de l’eau et la fonte de la glace sont essentiellement le même processus, qui se produit simplement dans des directions différentes. Par exemple, la courbe du point de congélation du NaCl nous indique qu’une saumure à 10 % de sel a un point de congélation (de l’eau) d’environ – 6 °C (20 °F). Cela signifie que si nous avons une saumure à 10 % sur la route, elle restera liquide jusqu’à ce que la température de la chaussée descende en dessous de – 6 °C, c’est-à-dire qu’elle nous indique quand un regel peut se produire. Cependant, cela signifie également que si le sel est en contact avec la glace sur la route à – 6 °C, il fera fondre cette glace et la fonte continuera, diluant progressivement la saumure jusqu’à ce qu’elle atteigne une concentration de 10 % de sel, point auquel elle s’arrêtera. Cela signifie que si nous connaissons le point de gel de l’eau à n’importe quelle concentration de saumure (que nous pouvons obtenir à partir du côté gauche de la courbe du point de congélation), nous pouvons calculer avec précision la capacité de fonte de la glace à cette température. L’équation pour ce faire est simplement la suivante : capacité de fonte de la glace du liquide (livres de glace fondue par livre de liquide) = (B/C)-1, où B = la concentration initiale de la saumure en %/100 et C = la concentration de la saumure au point de congélation à la température considérée.

 

Par exemple, disons que nous souhaitons connaître la quantité de glace fondue par livre de saumure à 23 % de sel à – 12 °C (10 °F). À partir de la courbe du point de congélation du sel, nous pouvons voir qu’à – 12 °C, la concentration de la saumure au point de congélation est d’environ 20 % de NaCl, donc C = 20/100 = 0,20. Et pour une saumure à 23 % de sel, B = 23/100 = 0,23. Ainsi, à – 12 °C, une saumure à 23 % fera fondre environ (0,23/0,20) - 1 = 0,15 livre de glace par livre de saumure. Ce chiffre peut facilement être converti en fonte de glace par gallon ou par dollar à partir du coût de votre saumure et des tableaux de densité de saumure facilement accessibles.

 

Disons que nous voulons savoir quelle quantité de saumure est nécessaire pour obtenir une performance de fonte de la glace équivalente à 100 livres de sel sec par kilomètre de voie à différentes températures. Le graphique ci-dessous montre comment cette approche peut informer (et non dicter!) les taux d’application de la saumure. À des températures plus douces, des taux d’application de saumure relativement raisonnables peuvent être efficaces, mais la quantité nécessaire commence à devenir peu pratique à appliquer à des températures plus froides. Si le calcul nous dit que le taux d’application dont nous avons besoin pour faire fondre la glace est trop élevé pour être appliqué de manière pratique et sûre, nous ne le faisons pas! Ainsi, la saumure de chlorure ordinaire n’est généralement pas recommandée pour le dégivrage par application liquide directe à des températures de chaussée inférieures à – 9 °C (15 °F). Mais pouvons-nous faire quelque chose pour utiliser les saumures à des températures plus froides. Oui, l’utilisation de la saumure peut être étendue à des températures plus basses dans une certaine mesure grâce à l’utilisation de mélanges de saumure, et ce sera le sujet de mon prochain article.

 

 

Vous pouvez communiquer avec Scott Koefod par courriel à scott_koefod@cargill.com.