Une équipe internationale de physiciens a pour la première fois expérimentalement confirmé l’existence d’une phase cristalline rare de glace superionique dotée d’une structure hexagonale compacte, selon des résultats publiés dans la revue Physical Review Letters. Cette nouvelle forme de glace existe dans des conditions extrêmes, à des températures s’élevant jusqu’à 2357 °C et sous des pressions atteignant 230 gigapascals, ce qui correspond à environ 2,3 millions de fois la pression atmosphérique au niveau de la mer, d’après les informations rapportées par korrespondent.net.
Des chercheurs confirment l’existence d’une nouvelle phase de glace superionique à haute température
Un état hybride entre solide et liquide
La glace superionique représente un état inhabituel de la matière où l’eau présente simultanément des propriétés de corps solide et de liquide. Dans cette configuration, les atomes d’oxygène demeurent fixés dans un réseau cristallin rigide, tandis que les noyaux d’hydrogène ou protons peuvent se déplacer librement à travers cette structure, à la manière de particules dans un liquide. Sous l’effet d’une pression s’élevant à des millions d’atmosphères, l’expansion de l’eau est bloquée malgré des températures de plusieurs milliers de degrés, ce qui empêche sa transformation en gaz et lui permet de conserver une densité extrêmement élevée.
Méthodes expérimentales et observation par rayons X
L’étude a été menée par une équipe de physiciens placée sous la direction d’Alexis Forestier, rattaché à la Commission française aux énergies alternatives et à l’énergie atomique. Pour recréer ces conditions, les chercheurs ont placé de minuscules échantillons d’eau entre les pointes d’enclumes en diamant afin d’appliquer la pression requise, avant de les chauffer à l’aide de lasers. Afin de suivre en temps réel la réorganisation du réseau cristallin, l’équipe a eu recours à un faisceau extrêmement étroit de rayonnement X synchrotron.
Cette analyse a permis de mettre en évidence la structure hexagonale compacte, désignée sous l’abréviation hcp, qui décrit la disposition des atomes d’oxygène. Auparavant, les scientifiques connaissaient une autre forme de glace superionique présentant une structure cubique à faces centrées, ou fcc. Les expériences ont démontré que ces deux configurations distinctes peuvent se transformer l’une en l’autre lorsque les conditions extrêmes varient.
Implications pour la compréhension d’Uranus et de Neptune
Cette découverte revêts une importance majeure pour la planétologie, dans la mesure où la glace superionique constitue l’un des composants fondamentaux des intérieurs d’Uranus et de Neptune, les planètes géantes glacées du système solaire. La mobilité des protons confère à ce matériau une conductivité électrique élevée, ce qui exerce une influence directe sur la dynamique interne de ces corps célestes. Ces propriétés pourraient ainsi expliquer la configuration de leurs champs magnétiques, qui se distinguent par une forte inclinaison par rapport à leurs axes de rotation ainsi qu’un décalage asymétrique par rapport au centre des planètes.
Sur le même sujet