« Elle gèle sans froid » : des scientifiques créent une nouvelle glace à température ambiante sous 2 gigapascals (et elle pourrait exister sur d’autres mondes)

La glace, une substance que nous considérons souvent comme simple, révèle une complexité insoupçonnée. Bien que le gel de l’eau à zéro degré Celsius semble une évidence, la réalité est bien plus fascinante. Les scientifiques ont découvert qu’il existe pas moins de vingt phases de glace, chacune présentant une structure moléculaire distincte. Récemment, une équipe du Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) a mis en lumière une nouvelle phase, baptisée à juste titre « Glace XXI ». Cette découverte ouvre la voie à de nouvelles explorations scientifiques, notamment sur la formation de glace dans des conditions extrêmes.

La nouvelle phase de glace

La découverte de la Glace XXI par les scientifiques de KRISS marque un tournant dans la recherche sur les phases de la glace. Dans cette étude, l’eau a été soumise à une pression de 2 gigapascals, soit environ 20 000 fois la pression atmosphérique normale. Cette pression a été appliquée en seulement 10 millisecondes grâce à des cellules à enclume de diamant, un outil couramment utilisé pour comprimer des échantillons à des pressions extrêmes. Ce procédé a permis d’observer une nouvelle disposition moléculaire, capturée grâce à des installations de rayons X ultramodernes telles que le European X-Ray Free-Electron Laser Facility (XFEL) et PETRA III.

Cette glace, qualifiée de supercompressée, présente des caractéristiques métastables, c’est-à-dire qu’elle persiste un certain temps même lorsqu’une autre forme de glace serait plus stable. Sous cette pression intense, la glace se forme à température ambiante mais avec une densité moléculaire bien supérieure. Cela montre que les propriétés de la glace peuvent être considérablement modifiées sous l’effet de la pression, ce qui pourrait avoir des implications majeures pour notre compréhension de la glace dans l’univers.

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La technologie derrière la découverte

Pour capturer la structure moléculaire de la Glace XXI, les scientifiques ont utilisé des technologies de pointe. Le XFEL européen produit des flashes de rayons X capables de capturer une image toutes les microsecondes, soit un millionième de seconde. Cette capacité à capturer des images à une vitesse extrêmement élevée permet de visualiser la formation des phases de glace en mouvement, offrant ainsi un aperçu sans précédent de ces processus rapides.

En complément, l’équipe a utilisé la ligne de faisceau P02.2 à PETRA III pour mener des expériences de diffraction. Ces expériences ont permis de comprendre la structure globale de la Glace XXI, qui présente une structure tétragonale composée de grandes unités répétitives appelées cellules unitaires, contenant chacune 152 molécules d’eau. Ces recherches montrent à quel point la technologie moderne peut transformer notre compréhension des matériaux sous des conditions extrêmes.

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Implications pour l’exploration spatiale

Les implications de la découverte de la Glace XXI vont bien au-delà de notre planète. Selon les chercheurs, ces nouvelles phases de glace métastables à haute température pourraient offrir de nouvelles perspectives sur la composition des lunes glacées dans le système solaire. Les structures complexes de glace pourraient éclairer notre compréhension des processus géologiques et physiques qui se produisent dans ces environnements éloignés.

Cette idée n’est pas sans précédent. En 2021, une étude avait déjà suggéré que certaines phases de glace, telles que la Glace XVIII et la Glace XX, pourraient jouer un rôle dans la formation des champs magnétiques inhabituels observés sur Neptune et Uranus. Ainsi, l’étude des glaces sur Terre pourrait potentiellement nous aider à résoudre des mystères présents dans le cosmos.

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Les défis de la recherche sur la glace

La recherche sur les différentes phases de glace présente de nombreux défis, tant sur le plan technique que scientifique. Les scientifiques doivent non seulement comprimer l’eau à des pressions extrêmes, mais aussi documenter méticuleusement le voyage moléculaire de l’eau durant ces quelques millisecondes. Les technologies avancées, telles que celles utilisées par l’équipe de KRISS, sont essentielles pour surmonter ces défis et progresser dans la compréhension des phases de glace.

Ces recherches nous rappellent que la glace, bien qu’elle semble familière et simple, recèle encore de nombreux secrets. Les nouvelles découvertes sur la glace et ses différentes structures pourraient non seulement transformer notre compréhension de la matière sur Terre, mais aussi ouvrir de nouvelles voies pour l’exploration spatiale et la recherche sur les planètes et lunes lointaines.

Alors que les chercheurs continuent d’explorer ces nouvelles frontières, les découvertes autour de la Glace XXI soulèvent des questions passionnantes. Comment ces phases de glace se comportent-elles dans des environnements extraterrestres ? Et quelles autres surprises la nature nous réserve-t-elle encore ?