Que se passe-t-il si vous mettez une canette au congélateur ? Le rôle de l’eau et du CO2 et le risque d’explosion

L’explosion des boissons conservées trop longtemps au congélateur est liée à la combinaison de deux phénomènes physico-chimiques : d’une part l’eau contenue dans la boisson il augmente de volume quand il gèleparce que la glace prend plus de place que l’eau liquide ; par contre, lors de la congélation, ledioxyde de carbone (CO₂) dissous dans la boisson (le gaz qui « pétille ») est progressivement libéré exclu de la phase solidela glace, et se concentre dans la partie encore liquide, modifiant l’équilibre de la pression interne. Surtout maintenant que c’est l’été, qu’il fait chaud et que nous aimerions prendre un bon verre avec nos amis au dîner, il arrive souvent que nous utilisions le congélateur pour le refroidir le plus rapidement possible. Maintenant tu sais pourquoi il est bon de le garder juste pour quelques minutes. Une canette de boisson gazeuse est en fait un récipient conçu pour contenir une boisson déjà soumise à la pression générée par le CO₂. Si le gel se poursuit suffisamment, ces phénomènes peuvent augmenter la contrainte sur le conteneurCela favorise les déformations, les fuites ou les casses de la bouteille ou de la canette, et, à la longue… boom!

Le gel peut endommager une canette de soda : la cause est l’eau

Le premier phénomène à considérer est le comportement de l’eau lorsqu’il passe de l’état liquide à l’état solide. Normalement, nous avons l’habitude de penser qu’en refroidissant une substance liquide, elle prend moins de place, et en fait, c’est le cas dans la plupart des cas. L’eau constitue cependant une exception : la présence de liaisons hydrogène fortes entre une molécule de H₂Soit soit, ils provoquent le gel de l’eau, en supposant un arrangement cristallin (de la phase physique d’arrivée, c’est à dire la glace) plus ouvert et spacieux par rapport à la phase liquide : autrement ditla glace occupe un volume plus grand que l’eau. Ce premier aspect nous fait déjà comprendre que le contenant doit être suffisamment résistant pour supporter cette légère augmentation de volume.

Deuxièmement, il est important de comprendre quedioxyde de carbone (CO₂) présent dans les boissons gazeuses reste dissous dans l’eau grâce auhaute pression (et basse température, dans le cas du réfrigérateur) à l’intérieur de la canette. Ce comportement est décrit par la loi de Henryselon lequel plus la pression d’un gaz est élevée, plus la quantité pouvant se dissoudre dans un liquide est grande. Cependant, lorsque la boisson commence à geler, la glace qui se forme a tendance à « laisser de côté » le CO₂. En conséquence, le gaz se concentre dans la partie encore liquide de la boisson.

Comme l’expliquent Li et ses collègues, qui ont étudié la formation de bulles lors de la congélation des gouttelettes d’eau, le gaz est rejeté à mesure que le front de glace avance et s’accumule progressivement devant l’interface eau-glace, jusqu’à ce qu’il soit piégé sous forme de véritables bulles dans la glace elle-même. Le même phénomène est exploité au niveau industriel pour concentrer des liquides comme le lait ou les jus de fruits, où on parle de cryoconcentration (geler la concentration).

Ainsi, à mesure que la glace prend de plus en plus de place, le bilan CO change également₂ à l’intérieur de la boissoncontribuant à augmenter la pression sur le conteneur. C’est comme si, pendant que l’eau gèle et s’organise selon la structure ordonnée de la glace, il n’y avait plus de place pour une autre molécule sinon l’eau elle-même : donc tous les gaz, principalement le CO₂ils sont « expulsés ».

Parce que cela arrive plus souvent avec les boissons gazeuses

En réalité, la dilatation de l’eau lors du gel présente un intérêt n’importe quelle boisson, même les non gazéifiés comme les jus de fruits ou le vin avec déformation de la bouteille ou, dans le pire des cas, casser. Dans les boissons gazeuses, cependant, un deuxième phénomène entre en jeu : outre l’expansion de la glace, elle est également présente dioxyde de carbone dissousce qui contribue à modifier les conditions de pression à l’intérieur du conteneur. Cela rend le système plus complexe que la simple congélation d’une bouteille d’eau : la canette doit gérer simultanément l’expansion du contenu et la présence d’un gaz sous pression: pas un, mais deux phénomènes ce qui risque de compromettre l’intégrité du conteneur.

Une canette est déjà un récipient sous pression : que se passe-t-il lorsqu’elle cède

Les canettes de boissons ne sont pas de simples contenants, mais des structures métalliques conçues pour résister à la pression interne. Le CO₂ ajouté lors de la production de boissons gazeuses reste en équilibre entre les phases liquide et gazeuse, créant déjà un légère pression à l’intérieur du colis. Des études techniques sur les conteneurs en aluminium ont analysé le comportement mécanique des canettes soumises à une pression interne, montrant comment leur géométrie et leur matériau sont conçus pour résister à ces conditions.

Comme nous l’avons vu, lorsqu’une canette reste suffisamment longtemps au congélateur, une congélation se produit. change les conditions internes: l’eau devient glace et se dilate et le CO₂ elle est redistribuée dans la partie non glacée de la boisson. Cette augmentation du stress peut conduire à déformation de l’emballage et, si les limites mécaniques du matériau sont dépassées, à perte d’intégrité de la canette. Le même principe s’applique à un bière oubliée au congélateur: le problème n’est pas que la boisson devient dangereuse d’un point de vue chimique, mais que le conteneur peut être endommagé se briser ou, dans le pire des cas, exploser.

Ensuite, mettez une boisson gazeuse au congélateur pendant quelques minutes, ce n’est pas un problèmemais le laisser geler complètement peut transformer une simple canette en un petit problème domestique: pas une vraie « explosion » de cinéma, mais de quoi se retrouver le congélateur rempli de cola ou de soda congelés.