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Ils recréent de la « glace superionique » retrouvée dans certaines planètes

Lever de soleil sur Uranus photographié par Voyager 2. Crédits : Nasa

Une équipe a récemment recréé de la glace noire et chaude dite « superionique » en laboratoire. Ces travaux sont nécessaires pour appréhender cette phase de l’eau retrouvée au plus profond de certaines planètes comme Uranus et Neptune. Les détails de l’étude sont publiés dans la revue Nature Physics.

La glace dite « superionique » se forme sous des températures et des pressions extrêmement élevées. Ces conditions entraînent la séparation des molécules d’eau en leurs ions hydrogène et oxygène constitutifs. Les ions oxygène s’organisent ensuite en un réseau en forme de cube autour duquel les ions hydrogène se déplacent librement. Cela confère à la glace une conductivité relativement élevée et une faible densité, ainsi qu’une couleur plus foncée.

Cette phase de l’eau est théorisée depuis des décennies, mais ce n’est qu’en 2019 que les scientifiques ont réussi à produire de la glace superionique en laboratoire pour la première fois. À cette époque, les résultats de l’expérience n’avaient en revanche duré qu’une fraction de seconde.

Récemment, des chercheurs de l’Université de Chicago et de la Carnegie Institution de Washington ont réussi à fabriquer de la glace superionique stable suffisamment longtemps pour être étudiée plus en détail.

Une pression moins élevée que prévu

Dans le cadre de ces travaux, les chercheurs ont pressé un échantillon d’eau dans une cellule à enclume de diamant au Laboratoire national d’Argonne, puis cette eau a été chauffée avec des lasers. Enfin, un puissant laser à rayons X (Source de photons avancée ou APS) a été utilisé pour imager la disposition des atomes dans l’échantillon afin de déterminer les différents types de phases traversés par l’échantillon.

Au terme de cette expérience, les chercheurs avaient bel et bien produit de la glace superionique. Celle-ci aurait commencé à apparaître à des températures comprises entre 627 °C et 1 627 °C et à des pressions de 20 GPa. Curieusement, les chercheurs pensaient que cette phase n’apparaîtrait qu’à des pressions beaucoup plus élevées.

glace superionique
La configuration expérimentale qui a produit de la glace superionique stable. Crédits : Vitali Prakapenka

Toujours est-il que l’équipe a pu cartographier très précisément les propriétés de cette nouvelle glace, qui constitue une nouvelle phase de la matière, grâce à plusieurs outils puissants. Il reste cependant encore beaucoup de travail pour explorer pleinement cet état superionique. Des propriétés telles que sa conductivité, sa viscosité et sa stabilité restent encore mystérieuses. Les chercheurs sont également curieux de savoir comment cette glace pourrait se comporter une fois mélangée avec des sels ou d’autres minéraux.

À terme, toutes ces connaissances pourraient aider les scientifiques à comprendre comment certaines géantes de glace comme Uranus et Neptune se forment et évoluent. Ces « manteaux de glace superionique » pourraient même générer leur champ magnétique.