Les scientifiques créent une nouvelle forme de glace
À l’aide d’un appareil que l’on pourrait décrire comme un super super shaker, des scientifiques ont façonné une forme de glace inconnue jusqu’alors – une forme qui pourrait exister sur les lunes glacées de notre système solaire – dans le cadre d’une recherche qui fait la lumière sur le comportement de l’eau dans des conditions extrêmes.
Les chercheurs ont déclaré avoir utilisé un procédé appelé « ball milling » pour secouer vigoureusement de la glace ordinaire avec des billes d’acier dans un récipient refroidi à moins 328 degrés Fahrenheit (moins 200 degrés Celsius). On a ainsi obtenu ce qu’ils ont appelé la « glace amorphe de densité moyenne », ou MDA, qui ressemble à une fine poudre blanche.
La glace ordinaire est de nature cristalline, avec des molécules d’eau – deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène, ou H2O – disposées selon un schéma régulier. Les molécules d’eau de la glace amorphe sont sous une forme désorganisée ressemblant à un liquide.
« La glace est de l’eau gelée et contient des molécules de H2O. H2O est un bloc de construction moléculaire très polyvalent qui peut former de nombreuses structures différentes en fonction de la température et de la pression », a déclaré Christoph Salzmann, professeur de physique et de chimie des matériaux à l’University College de Londres, auteur principal de la recherche publiée cette semaine dans la revue Science.
« Sous pression, les molécules se tassent plus efficacement, c’est pourquoi il existe de nombreuses formes différentes de glace », a ajouté M. Salzmann.
Pratiquement toute la glace sur Terre existe sous sa forme cristalline familière – pensez aux glaçons dans votre limonade. Mais la glace amorphe est de loin la forme d’eau la plus courante dans l’espace. Les scientifiques ont identifié 20 formes différentes de glace cristalline et trois formes de glace amorphe – une de faible densité (découverte dans les années 1930), une de haute densité (découverte dans les années 1980) et la nouvelle forme intermédiaire.
La glace amorphe sur Terre pourrait être confinée dans les couches supérieures glaciales de l’atmosphère.
« Presque toute la glace dans l’univers est amorphe et sous une forme appelée glace amorphe de faible densité », a déclaré Salzmann. « Elle se forme lorsque l’eau se condense sur des grains de poussière dans l’espace. Les comètes sont également des glaces amorphes. L’eau liquide nécessite des conditions très particulières, comme sur la Terre. Mais il existe également des preuves de la présence d’océans souterrains à l’intérieur de certaines lunes glacées du système solaire. »
Le broyage à billes est utilisé dans les industries pour broyer ou mélanger des matériaux. Les chercheurs ont utilisé cette technique pour fabriquer environ 8 grammes de la nouvelle glace et en ont conservé une partie au froid.
La question est de savoir où cette forme de glace pourrait exister dans la nature. Les chercheurs supposent que le type de forces qu’ils ont exercées sur la glace ordinaire en laboratoire pourrait exister sur des lunes glacées comme Europe de Jupiter ou Encelade de Saturne.
« Nous avons fabriqué de la glace MDA pour la première fois. Les échantillons de cette glace dans notre laboratoire doivent donc être les seuls sur Terre », a déclaré Salzmann.
« Nous pensons qu’elle peut exister dans certaines des lunes glacées du système solaire. Le broyage des billes induit des forces de cisaillement dans les cristaux de glace lorsqu’ils entrent en collision avec les billes d’acier. Dans les lunes de glace, les forces de marée des géants gazeux (Jupiter et Saturne) sont en jeu et nous nous attendons à ce qu’elles induisent des forces de cisaillement similaires dans les coquilles de glace des lunes, comme lors du fraisage des billes », ajoute Salzmann.
Ces recherches pourraient permettre de mieux comprendre l’eau, un élément chimique essentiel à la vie.
« Le fait que cette nouvelle forme de glace ait une densité similaire à celle de l’eau liquide – et puisse donc être le bon modèle pour comprendre l’eau sans le mouvement du liquide – est probablement l’aspect le plus important de cette découverte », a déclaré Angelos Michaelides, professeur de chimie à l’Université de Cambridge et co-auteur de l’étude.
« Puisque le MDA est également un état désordonné comme l’eau liquide, la question se pose de savoir s’il s’agit réellement d’eau liquide mais à basse température », a déclaré Salzmann. « En s’appuyant sur cela, le MDA offre la possibilité de peut-être enfin comprendre l’eau liquide et ses nombreuses anomalies. »
(Reportage de Will Dunham, édition de Rosalba O’Brien)