Oui, c’est possible bien que généralement compliqué.
Si vous avez une sphère d’eau à 0ºC et que vous la mettez dans un congélateur à une certaine température T qui est inférieure à zéro alors le taux de flux de chaleur hors de la sphère serait approximativement donné par la loi de refroidissement de Newton. Si la vitesse de refroidissement est lente et que l’on peut supposer que la température de l’eau est constante, le flux de chaleur par unité de surface sera constant pendant que l’eau gèle. Le temps de congélation serait égal à la chaleur latente totale de fusion divisée par le débit de chaleur par unité de surface divisé par la surface totale.
Bien que, même dans cette situation simplifiée, nous ne connaissions pas la constante de proportionnalité de la loi de Newton, et cela dépendra des détails de l’environnement, par exemple la vitesse des courants d’air. Le mieux que nous puissions faire est de tirer des conclusions telles que le temps de congélation sera proportionnel au rayon de la sphère, car il est proportionnel au volume divisé par la surface. Nous devrions également trouver que le temps est inversement proportionnel à la différence de température.
La vie se complique lorsque le taux de refroidissement est trop rapide pour que nous puissions supposer qu’il n’y a pas de gradient de température dans l’eau. Par exemple une peau de glace se formerait à l’extérieur, et la glace est un meilleur isolant que l’eau (car on a des courants de convection dans l’eau). Dans ce cas, le taux de flux de chaleur (et donc de congélation) serait inversement proportionnel à l’épaisseur de la peau de glace.
Une dernière complication est que l’eau se surfroidit facilement. On ne peut que supposer que l’eau gèlera à eactly 0ºC s’il n’y a pas d’obstacle à la nucléation des cristaux de glace.
Il y a donc un risque de congélation.