Conception et construction d’une chambre cryogénique pour l’étude d’échantillons de banquise et de givre arctique par TDM synchrotron à haute résolution

Dans le cadre d’un projet de développement commun entre l’Université norvégienne des sciences et de la technologie (NTNU), le partenaire industriel Equinor et ANAXAM, un banc d’essai sur mesure a été réalisé sous la forme d’une chambre cryogénique, qui permet d’analyser par tomographie des échantillons de banquise et de givre par différentes plages de températures.

Les études menées se sont concentrées sur deux types de glace:

1. Givre
   Lorsque la mer est agitée, ce type de glace se forme sur le côté exposé au vent (lof) des bateaux et des plateformes (pétrolières et gazières, parcs éoliens, pisciculture) dans les eaux arctiques subarctiques. Il représente une menace pour la navigation maritime et les activités offshore dans des conditions extrêmes, car une couche de glace de plusieurs centimètres d’épaisseur peut se former en quelques heures seulement. La microstructure de cette glace, qui contient une grande quantité de solution salée, est essentielle à sa croissance et ses propriétés, notamment son adhésion sur les surfaces. L’objectif de l’étude était d’obtenir des informations de fond sur la microstructure du givre salé afin de formuler un nouveau modèle de croissance du givre marin. Le givre a été formé d’une part dans un réservoir de glace de la NTNU et provenait d’autre part de mesures sur le terrain dans la région arctique (Spitzberg) et subarctique (fjords norvégiens).
    
2. Banquise arctique
   Les échantillons de banquise à étudier venaient du projet MOSAiC, à ce jour la plus grande expédition internationale d’un an en Arctique centrale. L’objectif de cette étude était d’obtenir un premier enregistrement 3D détaillé de l’espace poreux (air, solution saline). Les détails de cet espace poreux (taille et répartition granulométrique, liaisons entre les pores) définissent les propriétés physiques de la banquise, telles que la réflexion des rayons du soleil, la résistance et l’élasticité de la glace, ainsi que l’espace poreux accessible aux micro-organismes. Ils influencent ainsi fortement le rôle de la banquise dans le système climatique mondial.

La chambre cryogénique réalisée sur mesure par ANAXAM permet de mesurer les échantillons de glace en trois dimensions par TDM synchrotron à haute résolution. À cet effet, la chambre est capable de créer des courbes de température librement programmables jusqu’à -25°C. La précision de régulation de la température est de ± 0,1°C. La chambre est refroidie par deux éléments Peltier et un refroidisseur de liquide. Au centre de la chambre se trouve l’axe rotatif avec le logement pour les échantillons. Au total, 50 échantillons ont été mesurés ainsi.

ANAXAM a utilisé les lignes de faisceaux TOMCAT et ESRF de l’Institut Paul Scherrer pour ce projet client.