De la glace chaude presque aussi chaude que la surface du Soleil

Des scientifiques américains ont réussi à créer de la glace superionique en laboratoire pour la première fois. Les résultats de leur recherche ont été publiés en février dans la revue Nature Physics, selonSciences en direct.

Les chercheurs soupçonnent depuis longtemps la présence de glace superionique, une forme de glace d'eau à haute pression, dans les croûtes d'Uranus et de Neptune, mais ce n'était qu'une hypothèse. « Nos travaux apportent des preuves expérimentales de l'existence de la glace superionique et montrent que les prédictions ne reposent pas uniquement sur des simulations, mais reflètent bien le comportement unique de l'eau dans des conditions extrêmes », a déclaré Marius Millot, physicien au Lawrence Livermore National Laboratory. Millot est l'auteur principal d'une étude décrivant l'expérience ayant donné naissance à la glace superionique.

Il y a 30 ans, des chercheurs ont prédit l'existence de cet étrange état de l'eau, à la fois liquide et solide. La glace superionique est également beaucoup plus dense que la glace ordinaire, car elle ne se forme que sous les températures et pressions extrêmes propres à une planète géante. Dans cet état superionique, l'hydrogène et l'oxygène des molécules d'eau se comportent de manière inhabituelle. Les ions hydrogène se déplacent comme des liquides, à l'intérieur d'un réseau cristallin solide composé d'oxygène.

Le processus de création de glace superionique est complexe. L'équipe a d'abord comprimé de l'eau pour en faire un bloc de cristaux de glace ultra-résistant, contrairement aux glaçons classiques. Pour ce faire, ils ont utilisé une enclume en diamant pour créer une pression de 2,5 gigapascals, soit environ 25 000 fois la pression atmosphérique terrestre. Ensuite, les chercheurs ont chauffé et comprimé l'enclume encore davantage à l'aide de lasers. Chaque structure de cristal de glace a été exposée à six lasers à une pression 100 fois supérieure.

Une fois la glace superionique formée, l'équipe a rapidement analysé ses propriétés optiques et thermodynamiques. Il ne leur restait que 10 à 20 nanosecondes pour effectuer leur travail avant que l'onde de pression ne libère la force de compression, provoquant la fonte de la glace. L'équipe a constaté que la glace fondait à 4 725 degrés Celsius et à une pression de 200 gigapascals, soit environ deux millions de fois la pression atmosphérique terrestre.

« Il est incroyable que de la glace d'eau existe à des températures de milliers de degrés Celsius à l'intérieur des planètes, mais c'est ce que montrent les expériences », a déclaré Raymond Jeanloz, physicien planétaire à l'Université de Californie à Berkeley et co-auteur de l'étude.

Ces nouvelles découvertes pourraient apporter un éclairage sur les conditions à l'intérieur d'Uranus et de Neptune. Les planétologues supposent que l'eau représente 65 % de la masse du noyau de ces planètes, avec l'ammoniac et le méthane.