Un cristal s'assèche comme un lac ✛
Un lac en période de sécheresse ne s'assèche pas d'un coup. D'abord, des îlots de terre émergent à la surface, ils s'étendent, fusionnent, et ce n'est qu'ensuite que l'eau quitte le fond mis à nu. De la même manière, un cristal de mirabilite se comporte lorsqu'il perd de l'eau : des taches circulaires de sel anhydre apparaissent à sa surface, s'étendent latéralement, puis commencent à s'enfoncer.
Les chimistes appellent cela la déshydratation : le sulfate de sodium décahydraté (Na₂SO₄·10H₂O) cède son eau et se transforme en thénardite anhydre (Na₂SO₄). On pensait auparavant que tout le processus pouvait être décrit par un modèle simple, mais on découvre maintenant que derrière la courbe moyenne de perte de masse se cachent deux régimes distincts.
La transition entre les régimes dépend du voisinage des taches : les îlots isolés s'étendent plus longtemps en largeur, tandis que ceux entourés de voisins commencent plus rapidement à pousser vers l'intérieur. Après la perte totale d'eau, le cristal se contracte d'environ un tiers et acquiert une structure en couches avec deux types de pores : de grands entre les couches et de petits à l'intérieur.
L'humidité de l'air contrôle la taille des nanocristaux de thénardite. À faible humidité, ils sont petits et allongés ; à humidité élevée, ils sont plus gros et plus isotropes. La comparaison avec d'autres hydrates cristallins a montré que si le système cristallin change lors du séchage, des taches circulaires apparaissent en surface, tandis que si le système est conservé, des fissures linéaires se forment.
Ce lien entre la forme des fissures et le mécanisme de déshydratation permet, d'un simple coup d'œil sur la surface du cristal, de prédire quel processus limite la réaction. Pour le développement d'accumulateurs thermiques à base d'hydrates salins, c'est un moyen rapide d'écarter les matériaux inadaptés sans de longs essais cinétiques.
La densité énergétique du mirabilite (2,4 GJ/m³) est supérieure à celle des accumulateurs lithium-ion (0,72–1,8 GJ/m³), ce qui en fait un matériau bon marché pour le stockage saisonnier de chaleur.