Des chercheurs découvrent une nouvelle forme de glace

Des chercheurs de l’UNLV ont découvert une nouvelle forme de glace, redéfinissant les propriétés de l’eau à haute pression.

L’eau solide, ou glace, est comme beaucoup d’autres matériaux en ce sens qu’elle peut former différents matériaux solides en fonction de conditions de température et de pression variables, comme le carbone formant du diamant ou du graphite. Cependant, l’eau est exceptionnelle à cet égard car il existe au moins 20 formes solides de glace que nous connaissons.

Une équipe de scientifiques travaillant au Nevada Extreme Conditions Lab de l’UNLV a mis au point une nouvelle méthode pour mesurer les propriétés de l’eau sous haute pression. L’échantillon d’eau a d’abord été pressé entre les pointes de deux diamants opposés, se congelant en plusieurs cristaux de glace mélangés. La glace a ensuite été soumise à une technique de chauffage au laser qui l’a temporairement fondue avant de se reformer rapidement en une collection de minuscules cristaux ressemblant à une poudre.

En augmentant progressivement la pression et en la faisant exploser périodiquement avec le faisceau laser, l’équipe a observé que la glace d’eau faisait la transition d’une phase cubique connue, Ice-VII, à la phase intermédiaire et tétragonale nouvellement découverte, Ice-VIIt, avant s’installer dans une autre phase connue, Ice-X.

Zach Grande, titulaire d’un doctorat UNLV. étudiant, a dirigé les travaux qui ont également démontré que la transition vers Ice-X, lorsque l’eau se raidit de manière agressive, se produit à des pressions beaucoup plus basses qu’on ne le pensait auparavant.

Bien qu’il soit peu probable que nous trouvions cette nouvelle phase de glace n’importe où à la surface de la Terre, il s’agit probablement d’un ingrédient commun dans le manteau terrestre ainsi que dans les grandes lunes et les planètes riches en eau en dehors de notre système solaire.

Les conclusions de l’équipe ont été publiées dans le numéro du 17 mars du journal Examen physique B.

L’équipe de recherche avait travaillé pour comprendre le comportement de l’eau à haute pression qui peut être présente à l’intérieur des planètes lointaines.

Pour ce faire, Grande et le physicien de l’UNLV, Ashkan Salamat, ont placé un échantillon d’eau entre les pointes de deux diamants ronds connus sous le nom de cellules d’enclume de diamant, une caractéristique standard dans le domaine de la physique des hautes pressions. Appliquer un peu de force sur les diamants a permis aux chercheurs de recréer des pressions aussi élevées que celles trouvées au centre de la Terre.

En pressant l’échantillon d’eau entre ces diamants, les scientifiques ont conduit les atomes d’oxygène et d’hydrogène dans une variété d’arrangements différents, y compris l’arrangement nouvellement découvert, Ice-VIIt.

Non seulement la technique de chauffage au laser, la première du genre, a permis aux scientifiques d’observer une nouvelle phase de glace d’eau, mais l’équipe a également découvert que la transition vers Ice-X s’est produite à des pressions près de trois fois inférieures à ce que l’on pensait auparavant – à 300 000 atmosphères au lieu de 1 million. Cette transition est un sujet très débattu dans la communauté depuis plusieurs décennies.

« Les travaux de Zach ont démontré que cette transformation en un état ionique se produit à des pressions beaucoup, beaucoup plus basses que jamais auparavant », a déclaré Salamat. « C’est la pièce manquante et les mesures les plus précises jamais réalisées sur l’eau dans ces conditions. »

Le travail recalibre également notre compréhension de la composition des exoplanètes, a ajouté Salamat. Les chercheurs émettent l’hypothèse que la phase Ice-VIIt de la glace pourrait exister en abondance dans la croûte et le manteau supérieur des planètes riches en eau attendues en dehors de notre système solaire, ce qui signifie qu’elles pourraient avoir des conditions habitables pour la vie.

« Pressure Driven symmetry transitions in dense H2O ice », a été publié le 17 mars dans la revue Examen physique B.