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Concept
Surfusion
Résumé
La surfusion est l'état d’une matière qui demeure en phase liquide alors que sa température est plus basse que son point de solidification. C'est un état dit métastable, c'est-à-dire qu'une petite perturbation peut suffire pour déclencher abruptement le changement vers la phase solide. Un état apparenté, appelé surébullition, existe pour une matière qui demeure en phase liquide alors que sa température est plus élevée que son point d'ébullition.
La surfusion est due à l'énergie de tension superficielle à l'interface solide-liquide.
De manière simplifiée, on peut considérer que dans un liquide libre d'impuretés, les petits germes de solide en voie de congélation sont instables car ils sont refondus par l'agitation thermique. Plus rigoureusement, l'énergie libérée par la solidification (chaleur latente de fusion) ne compense pas l'énergie dépensée pour créer l'interface solide-liquide. Le liquide continue donc à se refroidir sans solidifier. Cet état peut être déstabilisé par l'ajout d'impuretés microscopiques (poussière), floculants ou un monocristaux (cristaux de glace dans le cas de l'eau), pouvant servir de noyaux de condensation, ou par un brassage qui stimule la formation de cristaux suffisamment gros pour ne pas refondre.
On peut déterminer le rayon minimal pour qu'un cristal soit stable, en fonction de la tension superficielle σ, de la chaleur latente de fusion L et de la masse volumique ρ :
C'est aussi le rayon minimal que doit avoir un noyau de condensation. La tension superficielle σ diminuant avec la température, le rayon minimum diminue lui aussi. La solidification est donc « plus facile » lorsque la température baisse.
Solidification#Bilan énergétique
Ce phénomène se traduit en physique par une économie d'énergie. En effet, bien que la température soit plus basse que la température critique, le fait de passer de l'état liquide à l'état solide requiert un coût énergétique. Or, du fait de la température et en l'absence de perturbation (pouvant être induite par la présence d'impuretés), le système ne s'effondre pas.
Source officielle
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