Lorsque la neige commence à toucher le sol, un deuxième cristal blanc fait de même : le sel gemme.
Si vous vivez dans une région où les conditions hivernales constituent un risque régulier, vous êtes probablement habitué à verser du sel sur vos trottoirs ou regarder les camions arroser les rues. Mais comment ça fonctionne? Et quelle quantité de sel les humains déversent-ils à la surface de notre planète ? La deuxième question est plus facile à répondre : beaucoup. Nous avons recouvert les rues et les trottoirs avec près de 23 millions de tonnes de sel aux États-Unis rien qu’en 2018.
Le sel ne fait pas fondre directement la glace et ne produit neige disparaître tout simplement. Au lieu de cela, cela rend l’eau moins susceptible de geler dans un phénomène appelé abaissement du point de congélation. « Cela perturbe fondamentalement la structure cristalline qui se forme lors du gel de la glace », explique Julie Pollock, chimiste à l’Université de Richmond.
Ce pouvoir vient de la façon dont le sel se dissout dans l’eau et se décompose en ions : dans le cas du simple sel gemme, qui est une version plus brute et moins pure du sel de table, chaque molécule se divise en un ion de sodium et un ion de chlorure. Normalement, lorsque l’eau gèle et se transforme en glace, ses molécules s’alignent pour former une structure hexagonale stable et ordonnée. Cependant, les ions de sel interfèrent avec cet alignement et les températures doivent baisser pour surmonter cette interférence et pour que le gel se produise.
Mais si le sel doit interagir avec l’eau liquide, que fait-il lorsque les températures sont obstinément en dessous de zéro et que l’eau devrait déjà être sous forme de glace ? C’est là que les voitures contribuent à se frayer un chemin en créant des frictions et, par conséquent, de la chaleur, explique Pollock. «La friction permet à la glace déjà gelée de fondre un peu, ce qui produit une sorte de matière fondante», dit-elle, dans laquelle le sel se dissout ensuite. «Cette matière fondante ne gèle alors pas aussi facilement que simplement l’eau seule le ferait.
Au-delà de la capacité du sel gemme à déblayer les rues verglacées, il peut aussi être destructeur. Les ions chlorure peuvent corroder les véhicules et les infrastructures. L’augmentation des concentrations de chlorure dans les lacs nord-américains pourrait commencer à perturber les écologies locales et interférer avec sources d’eau potable.
« Une fois que le sel de déneigement pénètre dans l’eau, il est très difficile de l’éliminer », explique Chan Lan Chun, ingénieur en environnement à l’Université du Minnesota Duluth. « Le sel lui-même est inoffensif : ce n’est pas un produit chimique nocif ou dangereux », ajoute-t-elle. Mais comme les ions dans lesquels le sel se dissout sont fortement attirés par l’eau, cela peut prendre des décennies pour que la pollution saline soit éliminée d’un écosystème. « Une fois dans l’eau, il ne s’en va pas. »
L’utilisation de sel gemme comme saumure, ou déjà mélangé à de l’eau, peut réduire la quantité nécessaire pour assurer la sécurité des routes, tout comme l’utilisation de calculs minutieux pour déterminer la quantité de sel réellement nécessaire compte tenu des conditions sur le terrain.
«Traditionnellement, les gens jetaient simplement du sel gemme», explique Laura Fay, chercheuse scientifique au Western Transportation Institute de la Montana State University. «Ils ont juste dépensé autant qu’ils pensaient en avoir besoin. Il existe désormais des camions de chasse-neige vraiment sophistiqués – presque comme un avion de combat quand on monte à bord – qui sont dotés de tous ces systèmes de contrôle et peuvent en fait définir des taux d’application exacts » qui réduisent l’épandage de sel avec un minimum d’impacts sur la sécurité.
Mais de nombreux États et gouvernements locaux recherchent également des alternatives au sel gemme. D’autres sels, comme le chlorure de magnésium et le chlorure de calcium, fonctionnent de la même manière que le chlorure de sodium et sont peut-être encore plus efficaces. Chaque molécule de ces sels produit trois ions – un de magnésium ou de calcium plus deux de chlorure – pour interférer avec la formation de glace, tandis que le chlorure de sodium se décompose en seulement deux. Mais ces composés alternatifs sont plus coûteux que le simple sel gemme et ne réduisent pas l’impact environnemental négatif des ions chlorure.
Certaines expériences testent d’autres solutions anti-glace, notamment celles qui contiennent des sucres dissous au lieu ou en plus des sels. « Une solution de n’importe quoi perturbera la capacité de l’eau à former aussi facilement des cristaux de glace », explique Pollock, ajoutant qu’un mélange d’ions ou de molécules de différentes tailles peut être plus efficace qu’un mélange de composants de taille similaire pour interférer chimiquement avec l’eau. processus de congélation.
Une autre approche repose davantage sur le sable, qui peut mécaniquement rendre les routes plus sûres. « En réalité, ce qu’il fait, c’est simplement fournir une surface de friction pour les pneus », explique Pollock. « Pendant que vous conduisez dessus, le sable peut pénétrer dans la glace si la glace est déjà là et briser la glace en morceaux plus petits, ce qui donne plus de surface au soleil pour venir faire fondre la glace. »
Chun note que les municipalités et les comtés devraient évaluer le potentiel des matériaux locaux, qu’il s’agisse de saumure de fromage dans le Wisconsin ou d’écorce d’arbre broyée dans son propre État du Minnesota. Ces matériaux, espère-t-elle, pourraient avoir moins d’effets néfastes sur les écosystèmes voisins. « Nous avons besoin d’innovation, et en même temps, nous devons également avoir un peu d’état d’esprit de conservation », dit Chun.
Les ingénieurs évaluent également des approches plus radicales en matière d’entretien des routes en hiver, explique Fay. Le trottoir chauffé est une option précoce qu’elle trouve particulièrement intrigante. Il s’agit d’une approche coûteuse qui remplace les routes asphaltées traditionnelles par des surfaces en béton recouvertes de fibres conductrices d’électricité et pouvant donc faire fondre directement la neige et la glace.
Toutes ces expérimentations visent à garantir que les gens puissent voyager dans toutes les conditions météorologiques – une tâche herculéenne lorsque l’hiver apporte son pire, explique Fay. « Tout le monde veut conduire sur la route et veut être en sécurité », dit-elle.