Quand la « glace en gelée » réutilisable garde les choses froides – sans fondre

Qu’elle soit pilée ou en cubes, la glace finit toujours par fondre et former une flaque d’eau, mais ce n’est pas le cas d’une alternative appelée « glace gélatineuse ». Les chercheurs Jiahan Zou et Gang Sun ont mis au point un procédé en une seule étape pour créer un matériau réutilisable et compostable à partir de gélatine, le même ingrédient que celui utilisé dans les desserts gélatineux. Comme la glace gélatineuse congelée ne coule pas lorsqu’elle fond, elle est idéale pour les chaînes d’approvisionnement alimentaire et le transport de médicaments. L’équipe explore également des structures à base de protéines pour des revêtements alimentaires sûrs et des échafaudages de viande cultivée en laboratoire.

Le projet de glace gélatineuse a débuté par une question posée à Zou et Sun par Luxin Wang, scientifique alimentaire à l’université de Californie à Davis. Wang a vu la glace fondre dans les vitrines des poissonneries et s’est inquiétée de la propagation d’agents pathogènes par l’eau de fonte et de la contamination de l’ensemble de la vitrine. Elle a demandé aux chercheurs s’ils pouvaient créer un matériau réutilisable qui fonctionne comme de la glace ordinaire, mais qui ne produit pas de flaque d’eau potentiellement contaminée.

L’inspiration pour ce nouveau matériau est venue de la congélation du tofu. Sun, un scientifique spécialisé dans les matériaux également à l’université de Californie à Davis qui a conseillé Zou dans ses recherches universitaires, explique que « le tofu congelé conserve son eau à l’intérieur, mais lorsqu’on le décongèle, il libère cette eau. Nous avons donc essayé de résoudre ce problème avec un autre matériau : la gélatine. »

Les protéines de gélatine possèdent deux propriétés recherchées par les chercheurs : elles sont sans danger pour les aliments et leurs longues chaînes se lient entre elles pour former des hydrogels dotés de minuscules pores qui retiennent l’eau, contrairement au tofu. Les premiers tests des hydrogels fabriqués à partir de ce polymère naturel (également appelé biopolymère) ont été couronnés de succès. L’eau est restée à l’intérieur des pores lors des changements de phase, passant de l’état liquide à l’état solide, puis de nouveau à l’état liquide, sans endommager les structures ni s’échapper de l’hydrogel.

Au fil des ans, Mme Zou a optimisé la formule et les méthodes de production des hydrogels à base de gélatine. Elle dispose désormais d’un procédé pratique en une seule étape pour créer de la glace gélatineuse composée à 90 % d’eau et pouvant être lavée à plusieurs reprises à l’eau ou à l’eau de Javel diluée, congelée et décongelée. Ce matériau réfrigérant tremble et se déforme à température ambiante. Mais lorsqu’il est refroidi en dessous du point de congélation de l’eau, soit 0 °C, il passe à un état plus ferme et plus solide.

« Par rapport à la glace ordinaire de même forme et de même taille, la glace gélatineuse a une efficacité de refroidissement pouvant atteindre 80 %, c’est-à-dire la quantité de chaleur que le gel peut absorber par changement de phase », précise Mme Zou, qui en dira plus à ce sujet lorsqu’elle présentera la dernière version de la glace gélatineuse à l’ACS Fall 2025. « Et nous pouvons réutiliser le matériau et maintenir l’absorption de chaleur pendant plusieurs cycles de congélation-décongélation, ce qui constitue un avantage par rapport à la glace ordinaire. »

L’équipe peut produire de la glace en gelée sous forme de plaques d’une livre (0,45 kg), similaires aux packs de gel réfrigérant actuellement en vente qui sont recouverts d’une enveloppe en plastique volumineuse. Cependant, le nouveau matériau réfrigérant présente des avantages par rapport aux packs réfrigérants ou à la glace carbonique : il est personnalisable pour s’adapter à n’importe quelle forme ou conception, et il est compostable. Dans une série d’expériences, le gel composté a amélioré la croissance des plants de tomates lorsqu’il a été appliqué au terreau. Et comme le matériau réfrigérant ne contient pas de polymères synthétiques, il ne devrait pas générer de microplastiques.

Zou et Sun affirment que la glace gélatineuse, initialement développée pour la conservation des aliments, est prometteuse pour le transport médical, la biotechnologie et l’utilisation dans les régions où l’eau disponible pour former de la glace est limitée.

Il existe actuellement des licences pour la technologie de la glace en gelée. Zou espère que cela signifie que ce matériau réfrigérant sera disponible pour les consommateurs comme alternative à la glace, sans eau de fonte, sans danger pour les aliments et compostable. Elle reconnaît toutefois qu’il reste encore quelques étapes à franchir en matière d’analyse de marché, de conception de produits et de tests de production à grande échelle avant qu’il puisse être commercialisé.

Mais alors que la glace gélatineuse à base de gélatine fait son chemin vers le marché, Mme Zou s’intéresse également à d’autres biopolymères naturels. Elle a élargi ses recherches aux protéines végétales issues de sous-produits agricoles, telles que les protéines de soja, afin de fabriquer des matériaux plus durables. Elle se concentre désormais sur le développement de protéines de soja pour les revêtements amovibles de plans de travail et les échafaudages cellulaires pour la viande cultivée. Elle présentera plus en détail ces travaux lors de l’ACS Fall 2025.

« Au cours de mes recherches, j’ai réalisé à quel point Mère Nature est puissante dans la conception des biopolymères et les vastes possibilités qu’ils offrent », conclut Mme Zou. « Je pense que des produits étonnants dérivés des biopolymères verront le jour, car les matériaux eux-mêmes nous apprennent à les utiliser. »

Zou présentera ses résultats lors de la réunion d’automne de l’American Chemical Society (ACS). L’ACS Fall 2025 se tiendra du 17 au 21 août et proposera environ 9 000 présentations sur divers sujets scientifiques.