FROID, physique

Quelques applications du froid

Le passage des performances de laboratoire à des dispositifs industriels fiables et d'emploi aisé a réclamé des efforts importants de développement. Peu spectaculaire, le froid est aujourd'hui omniprésent dans notre vie quotidienne, de la fabrication des poudres à laver à la production de plantes aromatiques broyées.

L'utilisation la plus répandue de la production de froid est la conservation des aliments, d'une part au niveau domestique, avec les réfrigérateurs et congélateurs individuels, d'autre part à un niveau commercial, avec les congélateurs des magasins d'alimentation et les chaînes du froid de l'industrie agroalimentaire. Les deux niveaux de froid concernés sont la réfrigération (température proche de 0 ⁰C), qui permet une conservation des denrées simplement refroidies pour des durées n'excédant pas quelques jours, et la congélation (température de l'ordre de — 20 ⁰C), qui permet de transformer en glace toute l'eau contenue dans les aliments, stoppant ainsi pratiquement tout métabolisme et toute transformation chimique, et figeant donc les aliments dans l'état dans lequel ils se trouvaient au moment de la congélation, ce qui leur assure une conservation de plusieurs mois, sous réserve d'un bon conditionnement. Avec la fabrication de la glace, le froid alimentaire constitue historiquement une des premières applications d'une machine frigorifique, puisque c'est en 1876 que le navire Frigorifique, équipé par Charles Tellier, assure un transport transatlantique de viande réfrigérée. Quelle que soit l'échelle, ce froid alimentaire est obtenu avec des dispositifs, soit à absorption, soit à compression, toujours à un seul étage. Compte tenu du faible coût de l'azote liquide, il est parfois commode d'utiliser ce gaz directement comme source de froid, par immersion directe des denrées, ou comme refroidisseur des tunnels dans lesquels on les fait circuler. On se dispense alors de l'investissement que représentent l'achat et la maintenance de groupes frigorifiques.

Une autre application importante du froid « faible » est la climatisation des locaux. Compte tenu des températures à atteindre, qui ne doivent pas être trop basses, l'eau est le fluide frigorigène le mieux adapté. Signalons aussi qu'une des plus anciennes applications industrielles du froid fut la création de patinoires artificielles.

La cryobiologie est l'application des techniques frigorifiques à la conservation des structures biologiques, en particulier des tissus vivants, dans le but d'assurer leur conservation non destructive : on a constaté que des cellules vivantes refroidies et congelées dans les conditions requises ne connaissaient aucune altération et pouvaient, par un réchauffement approprié, se retrouver dans leur état initial de cellules vivantes après des durées illimitées de conservation. Les températures de conservation nécessaires sont au maximum de — 80 ⁰C, et il est souvent plus commode et moins coûteux d'utiliser directement la température de l'azote liquide (— 196 ⁰C). Bien que ces techniques ne s'appliquent qu'à des cellules isolées ou à des organes de petite taille, elles sont cependant fondamentales pour la conservation des tissus destinés aux greffes d'organes, ainsi que pour la conservation du sperme et des embryons. Les basses températures sont également utilisées lors de certaines opérations chirurgicales et en dermatologie (ablation des verrues).

La préparation de substances par lyophilisation consiste à évaporer directement sous vide une solution congelée et maintenue à très basse température ; l'eau sous forme de glace s'évapore, il reste une poudre très divisée. Cette méthode est très employée, que ce soit dans l'industrie alimentaire (café soluble) ou dans l'industrie pharmaceutique.[...]