Les planètes énigmatiques du système solaire externe peuvent abriter une étrange forme de glace d’eau à la fois liquide et solide. Maintenant, les chercheurs ont créé cette étrange "eau superionique" ici sur Terre.
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L'expérience ajoute du poids à une théorie selon laquelle la glace superionique, qui peut conduire l'électricité comme le métal, peut expliquer les champs magnétiques asymétriques d'Uranus et de Neptune. Les chercheurs décrivent leurs résultats dans une étude publiée cette semaine dans la revue Nature Physics.
Comme Kenneth Chang le rapporte dans le New York Times, l’eau est une molécule faussement simple constituée de trois atomes seulement: deux hydrogènes et un oxygène liés en forme de V. Lorsque de nombreuses molécules d'eau se rassemblent, leur structure collective peut changer en fonction de l'état dans lequel elles se trouvent. En liquide, les V se déplacent. Lors de la congélation, ils forment un réseau cristallin plus spacieux, ce qui explique la tendance à la dilatation de la glace.
Les chercheurs qui ont étudié les propriétés structurelles de l'eau ont découvert près de 20 formes différentes de cristaux de glace, avec des molécules d'eau disposées dans des configurations allant de désordonnées à hexagonales ou cubiques. (Heureusement, personne n’a les propriétés mortelles et glaçantes de l’océan de fiction Ice-nine imaginé par Kurt Vonnegut pour Cat's Cradle .)
Les molécules d'eau de la glace superionique sont si serrées que leurs atomes d'oxygène forment un réseau rigide, écrit Change. Les atomes d'hydrogène, portant une charge positive, sont alors libres de le traverser. Les ions hydrogène qui circulent peuvent également transporter du courant électrique.
«C'est comme si la glace d'eau était partiellement fondue», a déclaré à The New York Times, Raymond Jeanloz, l'un des auteurs du journal et professeur de sciences de la Terre et des planètes à l'Université de Californie à Berkeley.
Pour créer de l'eau superionique, Jeanloz et ses collègues ont comprimé la glace d'eau entre deux diamants au Laboratoire national Lawrence Livermore à 25 000 fois les pressions que nous subissons sur Terre, selon un communiqué de presse du laboratoire. La glace sous pression a ensuite pris l'avion avec son bagage à main pour rejoindre le laboratoire d'énergétique laser de l'Université de Rochester à New York. Six rayons laser intenses ont injecté une impulsion de lumière ultraviolette dans l'échantillon, envoyant des ondes de choc qui ont davantage comprimé la substance et l'ont chauffée.
À environ 1, 9 million de fois la pression atmosphérique, les chercheurs ont observé un pic de densité et de température, écrit Emily Conover pour Science News . Ce changement est la preuve que l'échantillon a fondu, tout comme les calculs théoriques prédiraient s'il s'agissait de glace superionique. L'échantillon a également conduit l'électricité.
Les géants de la glace Uranus et Neptune peuvent transporter de la glace superionique dans leurs manteaux, un phénomène qui générerait des champs magnétiques qui diffèrent de ceux générés au cœur de la planète, comme le fait la situation sur Terre, écrit Chang pour The New York Times.
L'expérience peut également avoir des implications plus proches de chez soi. Jeanloz dit au Times que la glace superionique pourrait conduire à de nouveaux matériaux. "Lorsque l'on commence à valider ce genre de prédiction, cela donne l'espoir qu'on pourrait commencer à penser à la conception de nouveaux matériaux", dit-il, "où vous pouvez me dire quelles propriétés vous voulez et où quelqu'un peut maintenant utiliser un ordinateur pour déterminer quel type matériel, quels types d'éléments vous devez assembler et comment ils doivent être rassemblés pour obtenir ces propriétés. "
