🧊 Découverte d'une nouvelle forme de glace: l'eau peut geler à température ambiante

L'identification récente d'une architecture moléculaire inédite de l'eau, stabilisée à une température proche de la nôtre mais sous une compression titanesque, ouvre des perspectives inattendues sur la physique des corps glacés du Système solaire. Cette avancée majeure remet en cause notre perception classique de la solidification aqueuse.

La découverte de cette nouvelle phase solide, nommée glace XXI, est le fruit d'une collaboration internationale exploitant des instruments de pointe. Les scientifiques ont reproduit en laboratoire des pressions comparables à celles régnant dans les profondeurs de certaines lunes extraterrestres. Leur objectif était de cartographier les transitions structurales de l'eau lors de compressions et décompressions ultra-rapides. Cette approche dynamique a permis d'observer des états intermédiaires jusqu'alors insaisissables, éclairant d'un jour nouveau les mécanismes de cristallisation sous contrainte extrême.

Les secrets d'une cristallisation inhabituelle

La méthode expérimentale a reposé sur l'utilisation combinée de cellules à enclume de diamant et du laser à rayons X européen XFEL. Les chercheurs ont comprimé des échantillons d'eau à près de vingt mille fois la pression atmosphérique en quelques millisecondes seulement. Cette rapidité d'exécution a empêché la formation immédiate des phases stables attendues, permettant à l'eau de demeurer liquide dans un état de surcompression exceptionnel.

L'analyse structurale réalisée grâce au synchrotron PETRA III a révélé l'organisation moléculaire singulière de la glace XXI. Sa maille élémentaire de forme tétragonale, comprenant 152 molécules d'eau, constitue une architecture sans équivalent parmi les phases cristallines connues. Cette configuration émerge spécifiquement lors de la transition entre l'eau surcomprimée et la glace VI, se maintenant temporairement malgré son caractère métastable. Sa persistance à température ambiante représente une particularité physico-chimique notable.

La métastabilité de cette phase solide suggère l'existence potentielle d'autres organisations cristallines transitoires encore non répertoriées. Les chercheurs soulignent que la voie de cristallisation empruntée par l'eau dépend étroitement du degré de surcompression atteint avant la nucléation. Ces travaux, détaillés dans Nature Materials, établissent que la diversification structurale des glaces dépasse le cadre des basses températures, s'étendant également aux environnements pressurisés tempérés.

Implications pour les mondes glacés du Système solaire

La présence de glace VI dans les profondeurs de certaines lunes glacées comme Europe ou Ganymède est envisagée depuis longtemps par les planétologues. Sa structure moléculaire déformée pourrait servir de précurseur à des phases métastables similaires à la glace XXI. La découverte de cette nouvelle configuration cristalline renforce l'hypothèse selon laquelle les manteaux glacés des corps célestes abritent une diversité structurale insoupçonnée. Ces arrangements moléculaires influencent potentiellement leurs propriétés thermiques et mécaniques.

Les conditions générant la glace XXI pourraient exister naturellement au sein des océans subglaciaires des satellites naturels de Jupiter et de Saturne. Les mouvements convectifs et les variations pressionnelles dans ces environnements confinés reproduiraient partiellement le protocole expérimental des chercheurs. La présence de phases métastables modifierait la conductivité thermique et la rhéologie des couches glacées, affectant potentiellement leur dynamique interne et les échanges énergétiques avec l'océan liquide sous-jacent.

Cette avancée ouvre des perspectives pour l'interprétation des données des missions spatiales futures. La sonde JUICE de l'Agence spatiale européenne, actuellement en route vers Jupiter, pourrait fournir des observations compatibles avec l'existence de ces phases inhabituelles. La compréhension des propriétés physiques de la glace XXI et de ses homologues potentiels permettrait d'affiner les modèles de structure interne des corps glacés, éclairant notamment les mécanismes qui maintiennent leurs océans à l'état liquide.