Les physiciens viennent de faire une étrange découverte concernant la glace, et cela pourrait être une bonne nouvelle pour la découverte spatiale !

 

Une nouvelle forme cristalline de la glace d’eau a été découverte lors de transitions fugaces entre phases à haute pression.

Elle s’appelle Ice-VIItet elle a lieu lorsque la substance glisse entre deux arrangements cubiques de molécules déjà connus. Bien qu’il soit peu probable que Ice-VIIt apparaîtraient naturellement à la surface de la Terre, elle pourrait en dire plus sur le comportement de l’eau sur des mondes extraterrestres massifs.

On pourrait penser que c’est banal, mais l’eau est en fait assez bizarre par rapport aux autres liquides que nous connaissons. L’arrangement des molécules dans la forme gelée de l’eau – la glace – peut varier de manière significative, en fonction des conditions environnantes.

Nous connaissons au moins 19 de ces phases solides de la glace, dont certaines sont naturelles et d’autres n’ont été observées qu’en laboratoire.

La glace que vous voyez dans le congélateur, ou qui tombe du ciel sous forme de flocons de neige ou de grêlons, est la glace naturelle la plus courante sur Terre. Elle est appelée Ice-I, avec des atomes d’oxygène disposés en une grille hexagonale. La structure est cependant géométriquement frustrée, les atomes d’hydrogène étant disposés de manière désordonnée.

Lorsque les physiciens refroidissent Ice-I à différentes températures et lui appliquent différentes pressions, les atomes d’hydrogène et d’oxygène qu’elle contient peuvent périodiquement prendre des dispositions différentes, et parfois même s’ordonner plus proprement. Ces diverses formes de glace d’eau ne sont pas toujours stables, mais nous pouvons les explorer en laboratoire pour révéler leurs curieuses structures moléculaires.

Deux de ces phases qui présentent des structures cubiques sont la glace-VII, dont l’hydrogène est désordonné, et la glace-X, qui est symétrique. Ces phases peuvent être atteintes en soumettant la glace à des pressions élevées, de l’ordre de dizaines à centaines de milliers de fois supérieures à la pression atmosphérique terrestre au niveau de la mer, Ice-VII à des pressions encore plus basses que Ice-X.

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Pour étudier les transitions entre les phases de la glace, une équipe de physiciens dirigée par Zach Grande, de l’Université du Nevada à Las Vegas, a réalisé des expériences sur de la glace sous haute pression en utilisant une nouvelle technique pour mesurer les propriétés de la glace au fur et à mesure que la pression est appliquée.

Les chercheurs ont pressé un échantillon d’eau dans une enclume en diamant, le forçant à geler dans un enchevêtrement de cristaux. Des lasers ont ensuite été utilisés pour chauffer l’échantillon, le faisant fondre avant de le recongeler dans ce que les chercheurs ont décrit comme une collection de cristaux en poudre.

En augmentant progressivement la pression dans l’enclume, avec des tirs périodiques de laser, les chercheurs ont créé Ice-VII, et ont observé la transition vers Ice-X. Entre les deux, grâce à leur nouvelle méthode de mesure, les chercheurs ont obtenu des résultats très différents. Entre-temps, grâce à leur nouvelle technique de mesure, ils ont également observé la nouvelle phase intermédiaire, Ice-VII.t.

Dans cette phase, le réseau cubique de Ice-VII est étiré le long de l’un de ses vecteurs, de sorte que la structure s’étend vers un arrangement rectangulaire, avec une empreinte cubique, avant de se stabiliser dans l’arrangement cubique symétrique et entièrement ordonné de Ice-X. Cet arrangement est appelé tétragonal. Cet arrangement est connu sous le nom de tétragonal.

L’équipe a également montré que Ice-X peut se former à des pressions beaucoup plus faibles que ce que l’on pensait auparavant. La glace-VII se forme à partir d’environ 3 gigapascals, c’est-à-dire 30 000 pressions atmosphériques. Selon les observations de l’équipe, la transition vers Ice-VIIt se produit à environ 5,1 gigapascals.

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Des rapports précédents ont situé la pression de transition pour Ice-X entre 40 et 120 gigapascals. Cependant, Grande et son équipe ont observé la transition entre Ice-VIIt et Ice-X se produisant à environ 30,9 gigapascals.

Selon l’équipe, cela devrait aider à résoudre le débat sur la pression de transition de Ice-X.

« Le travail de Zach a démontré que cette transformation vers un état ionique se produit à des pressions beaucoup, beaucoup plus basses que ce que l’on pensait auparavant », a déclaré le physicien Ashkan Salamat de l’Université du Nevada à Las Vegas.

« C’est la pièce manquante, et les mesures les plus précises jamais réalisées sur l’eau dans ces conditions ».

Selon l’équipe, cela pourrait avoir des implications importantes pour l’étude des conditions intérieures d’autres mondes. Les planètes riches en eau en dehors du système solaire pourraient, selon eux, avoir de la glace-VII.t en abondance, augmentant même la probabilité de conditions propices à l’émergence de la vie.

Les recherches de l’équipe ont été publiées dans Physical Review B.

Carlos

Written by Carlos

L'évolution permanente des nouvelles technologies motive la passion de Carlos dans ce secteur. Rédacteur web et journaliste depuis 10 ans, il partage cette passion à travers ses écrits pour le site Miroir Mag et d'autres médias spécialisés.