Cryogénie - Définition
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Introduction
La cryogénie est l'étude et la production des basses températures (inférieures à -150 °C ou 120 K) dans le but de comprendre les phénomènes physiques qui s'y manifestent. La limite de 120 K représente la limite à partir de laquelle les gaz de l'air se liquéfient. La cryogénie possède de très nombreuses applications notamment dans les secteurs alimentaire, médical, industriel, physique et de l'élevage. La cryogénie a ouvert beaucoup de possibilités comme :
- la conservation des aliments à l'aide d'azote liquide,
- la suspension du métabolisme,
- l'étude de la supraconductivité (absence de résistance électrique),
- l'étude de la superfluidité (absence de viscosité pour un liquide),
- la transformation en une fine poudre de toutes sortes de matières,
- la récupération de plus de 90% des gaz destructeurs de la couche d'ozone,
- la création, à partir d'azote liquide, de toutes sortes de neiges.
- Le transport sur de longues distances de gaz naturel à un coût réaliste
La cryogénie alimentaire
La cryogénie alimentaire consiste en la conservation d'aliments par une surgélation très rapide laissant l'aliment dans l'état dans lequel il était au départ, contrairement à la congélation classique qui provoque la déshydratation de surface et la formation de gros cristaux de glace dans le produit.
Fonctionnement détaillé
L'aliment est plongé dans de l'azote liquide, une bonne partie de l'énergie contenue dans les molécules de l'aliment passe dans l'azote liquide, qui l'absorbe par ébullition et l'aliment se refroidit et se fige très vite car l'eau qu'il contient gèle complètement. Lorsqu'on réchauffe l'aliment, l'azote liquide s'évapore et fini par se dégeler. L'aliment est dans le même état que celui dans lequel il était avant d'être congelé.
Fonctionnement technique
La cryogénie alimentaire utilise 2 isotopes (atome d'un élément chimique dont le noyau a le même nombre atomique Z), l'hélium 3 (rare) et l'hélium 4 (commun).
Lorsque la température s'approche du zéro absolu, la mixture subit spontanément une phase de séparation vers une forme riche en hélium 3 et une forme pauvre en hélium 3 (?).
Généralement, les réfrigérateurs cryogéniques (à dilution d'hélium) fonctionnent dans un cycle continu. L'hélium 3 est liquéfié dans un condenseur qui est relié à la zone riche en d'hélium 3. Les atomes d'3He migrent à travers la zone pauvre en 3He (riche en 4He), fournissant la puissance de refroidissement, puis arrivent dans un distillateur où ils s'évaporent pour recommencer un cycle.
La supraconductivité
La supraconductivité est un phénomène rencontré dans certains matériaux à de très basses températures. Elle est caractérisée par l'absence totale de résistance électrique et l'annulation du champ magnétique à l'intérieur du matériau.
Utilité
La supraconductivité permet de créer des électro-aimants plus puissants et au champ magnétique très homogène, elle est utilisée pour l'imagerie médicale, le fonctionnement des trains à sustentation magnétique (maglev, transrapid) et les accélérateurs de particules. Mais elle sert aussi à stocker de l'énergie et à réaliser la fusion thermonucléaire contrôlée (deux noyaux atomiques s'assemblent pour en former un plus gros).
La cryopréservation
La cryopréservation a pour but de suspendre l'évolution des cellules et de pouvoir les remettre en mouvement par la suite. Elle est utilisée pour conserver le sperme, les tissus et comme dernier espoir pour les gens ne pouvant plus être guéris avec les techniques médicales actuelles.
La cryonie ou la cryopréservation des humains en est encore à ses débuts et est vue par les scientifiques avec beaucoup de scepticisme, voire comme une pseudo-science car il n'est pas encore possible de réveiller ce que l'on congèle : les cellules et les organes s'abiment durant les changements de température.
En effet, des micros-cristaux de glace se forment dans les cellules à cause de l'eau qu'elles contiennent en elles ; durant la phase de décongélation ces cristaux abiment les cellules, dont celles du cerveau, c'est pourquoi on ne peut pas réveiller les personnes en état de stase. Récemment, des chercheurs de Californie ont réussies a congeler et décongeler un rein (soit un des organes les plus difficilles à cryoconserver) avec la méthode appellé vitrification, maintenant utilisé par Alcor.
Pour les promoteur de la cryopréservation, l'évolution technologique constante de l'Humanité permet d'envisager à relativement court terme le développement des techniques permettant de décongeler un être humain.
Fonctionnement
La cryopréservation fonctionne comme la cryogénie alimentaire.
