Un petit aimant flotte au-dessus d'un supraconducteur refroidi avec de l'azote liquide. (Image: PointsofNoReturnf/Wikimedia Commons, Licence CC)
À l'état gazeux, l'azote nous entoure en permanence – c'est le principal composant de l'air sur la Terre. Mais nous rencontrons rarement l'azote liquide dans la vie de tous les jours. Il est cependant fabriqué industriellement et extrêmement utile pour certaines applications.
L'azote ne devient liquide qu'à des températures extrêmement froides, car il entre en ébullition dès -196 °C. Cela fait de l'azote liquide un agent réfrigérant pouvant maintenir une température bien au-dessous du point de congélation de l'eau - une propriété qui est utilisée pour différentes applications.
L'azote liquide est en outre une source d'azote gazeux facile à transporter, lui-même utilisé pour diverses applications.
Les cultures de cellules et autres échantillons biologiques qui ne sont stables qu'à des températures extrêmement basses sont souvent stockés et transportés dans des récipients à azote liquide. (Image: ElenaPavlovich/CanStockPhoto)
L'azote liquide est notamment un agent réfrigérant approprié pour la conservation de matières biologiques telles que des cellules ou du sang, pour les travaux de laboratoire à basse température ou pour le transport. Il garde au froid le matériel à réfrigérer jusqu'à ce que la totalité de l'azote se soit évaporé.
L'azote liquide joue aussi un rôle dans la création de champs magnétiques puissants à l'aide de supraconducteurs. Cela fonctionne de la façon suivante: chez toute une série de conducteurs électriques, la résistance électrique disparait brusquement au-dessous d'une certaine température (très basse), le courant électrique peut alors circuler sans rencontrer de résistance. Cette propriété est appelée supraconductivité. Le passage de conducteur à supraconducteur se produit normalement à une température de -270 °C. Mais maintenant on sait aussi produire des matériaux qui deviennent supraconducteurs vers -170 °C, appelés supraconducteurs à haute température. Du fait que l'azote liquide a une température de -196 °C, il convient pour réfrigérer ces supraconducteurs. Il est aussi un peu moins coûteux et plus facile à fabriquer que l'hélium liquide qui est utilisé pour les autres supraconducteurs. On utilise aujourd'hui la supraconductivité entre autres pour créer des champs magnétiques puissants avec des bobines supraconductrices. On en a besoin par exemple dans les tomographes à résonance magnétique nucléaire pour les diagnostics médicaux ou dans les accélérateurs de particules pour la recherche fondamentale en physique.
Pour la fabrication de crèmes glacées, l'azote liquide est mélangé avec les ingrédients en remuant constamment. (Image: TimAwe/CanStockPhoto)
La cuisine dite moléculaire utilise des processus biochimiques, physiques et chimiques afin de préparer des plats d'une nouvelle manière et sous une forme inhabituelle. L'azote liquide fait subir un choc thermique aux aliments grâce à sa basse température et convient ainsi parfaitement à la fabrication de glaces et de sorbets. A cet effet, l'azote liquide est mélangé petit à petit avec les autres ingrédients en remuant constamment. Grâce au gel rapide, les arômes sont conservés et la glace est particulièrement onctueuse. Dans quelques villes en Allemagne, il existe même déjà des glaciers qui fabriquent toutes leurs glaces de cette manière!
Pour obtenir de l'azote liquide, l'air est d'abord refroidi jusqu'à ce qu'il se liquéfie. L'azote liquide peut ensuite être distillé à partir de l'air liquide. L'azote liquide peut être transporté dans des récipients appelés vases de Dewar, qui fonctionnent sur le principe de la bouteille isotherme. Ces récipients formés de deux couches de métal ou de verre séparés par un espace presque dépourvu d’air les rend particulièrement isolants. La température est maintenue à -196 °C et le liquide ne bout et ne s’évapore que très lentement.
Transvasement d'azote liquide dans un récipient isolant. (Image: w20er/CanStockPhoto)
Il faut faire attention lors de l'utilisation d'azote liquide comme agent réfrigérant: si l'azote liquide entre en contact avec un objet beaucoup plus chaud, il entre aussitôt en ébullition et une couche d'azote gazeux se forme autour de l'objet. Cette couche isole du contact direct avec l'azote liquide (effet Leidenfrost). C'est pourquoi l'azote liquide n'est pas toujours indiqué comme agent réfrigérant.
C'est l'effet Leidenfrost qui fait que l'on peut plonger sa main pour un court instant directement dans de l'azote liquide sans subir de gelure. Mais n'essayez pas! Si on porte par exemple une bague ou un autre conducteur thermique, la couche isolante est rompue et des gelures se produisent immédiatement. C'est pourquoi le port d’épais gants est obligatoire pour le maniement de l'azote liquide.
Texte: Rédaction SimplyScience.ch
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