Aux yeux du grand public, toutes les glaces se ressemblent; dans tous les cas, il s’agit d’un cristal d’eau solide. Mais pour les physiciens, c’est une tout autre histoire; à l’échelle atomique, la glace peut prendre des formes très différentes selon les conditions dans lesquelles elle cristallise. Contrairement à d’autres solides, elle présente même une variété exceptionnelle avec pas moins de 20 formes de glace documentées. Et des chercheurs américains viennent d’en ajouter une nouvelle à ce catalogue, avec des implications potentielles en astronomie.
Cette découverte provient du Laboratoire des Conditions Extrêmes, localisé sur le campus de l’Université du Nevada. Malgré ce nom évocateur, les chercheurs ne travaillent pourtant pas sur les déserts impitoyables de cet état à la météo caniculaire. C’est même tout le contraire : ils étudient le comportement de l’eau sous très haute pression, dont les chercheurs suggèrent qu’elle pourrait être présente à l’intérieur de nombreuses exoplanètes.
Pour travailler là-dessus, il faut d’abord commencer par recréer les conditions de pression phénoménales qui règnent dans un tel environnement. C’est quelque chose que nous sommes bien incapables de reproduire à grande échelle; mais cela devient beaucoup plus abordable et même relativement facile lorsqu’on travaille sur des petits volumes.
La pression, composante indispensable des glaces exotiques
Les chercheurs ont donc fait appel à un grand classique de la géologie et de la science des matériaux : une cellule à enclume de diamant. Le concept est aussi simple que son nom le suggère. Le fonctionnement de la machine repose sur la dureté exceptionnelle du diamant; il est donc possible de le soumettre à des forces invraisemblables sans risquer la rupture.
Une aubaine pour les chercheurs; cela signifie qu’ils peuvent emprisonner un échantillon de n’importe quel matériau entre deux mâchoires de diamant synthétique. Cela permet alors d’en tester les limites physiques et le comportement du matériau – en l’occurrence, l’eau – sous très haute pression.
Dans ces conditions de pression extrêmes, l’eau passe instantanément à l’état de glace. Mais à ce stade, il s’agit encore d’un amas de cristaux relativement désorganisés. Pour faciliter la transition vers des formes de glace plus pures et surtout différentes, les chercheurs ont utilisé une nouvelle technique qui consiste à bombarder la cellule au laser.
Petit à petit, les chercheurs ont continué d’augmenter la pression tout en faisant périodiquement fondre la glace à l’aide du laser. Ils ont ainsi pu observer la transition entre différentes formes bien connues, comme la glace “Ice-VII” avec son réseau cristallin à mailles cubiques, ou la glace “Ice-X”, une forme rare et très particulière à bien des égards.
Une glace potentiellement abondante sur d’autres planètes
Mais au beau milieu de ce défilé, ils ont aussi repéré un drôle d’élément : une toute nouvelle forme de glace jamais observée jusqu’à présent, désormais baptisée Ice VIIt. C’est une découverte qui pourrait sembler anecdotique et bien peu excitante pour n’importe quelle personne qui ne travaille pas dans un laboratoire de science es matériaux. Mais c’est en fait un élément très intéressant, en particulier en astronomie.
Car, de l’aveu même des chercheurs, ces travaux “recalibrent toute notre compréhension de la composition des exoplanètes”. En effet, les chercheurs suggèrent que cette forme de glace pourrait exister en abondance sur certaines exoplanètes en dehors de notre système solaire; elles pourraient donc avoir abrité de la vie telle qu’on la connaît. Ces travaux pourraient donc permettre d’affiner les analyses sur de nouvelles exoplanètes potentiellement prometteuses.
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