Les planètes géantes pourraient abriter de l’eau en phase "super ionique"

L'eau dans l'état "super ionique" serait aussi dure que le fer et émettrait une lueur jaune. Les chimistes ont recréé les conditions qui existe à l'intérieur des planètes géantes de notre système solaire. Ils ont prouvé que l'eau à l'intérieur de ces planètes (comme Neptune) se comporterait de façon surprenante.

Les conditions au sein de telles planètes sont extrêmes: une chaleur de plus de 1000 °C et une pression 100 000 fois supérieure à celle dont nous avons l'habitude. Les substances ordinaires pourraient se comporter de manière très étrange à l'intérieur de ces mastodontes. Des études expérimentales couplées à des simulations sur ordinateurs l’ont montré pour l’eau.

Depuis quelques années on sait que l'eau dans de telles conditions ne se comporterait pas comme un solide ou un liquide normal mais existerait dans une phase "super ionique", où les atomes d'oxygène seraient essentiellement figés, mais où les atomes d'hydrogène tourbillonneraient autour à grande vitesse.

Laurence Fried et ses collègues du laboratoire national Lawrence Livermore en Californie ont essayé d’obtenir de l'eau dans cet état. Pour obtenir les immenses pressions nécessaires, l'équipe a utilisé un dispositif qui a "broyé" l'eau entre deux diamants. Puis l’eau a été chauffée à l’aide d’un rayon laser infrarouge. Se faisant, les chercheurs contrôlaient la fréquence à laquelle les molécules d'eau vibraient, et surveillaient une variation brusque dans la fréquence qui signalerait un changement d'état (de phase) de l'eau. "Nous pouvions déterminer des frontières de phase, mais nous ne savions pas vraiment ce qu’il en était de l'autre côté de la frontière", note Fried.

Une structure en treillis

Les chercheurs ont également étudié des modèles informatiques du comportement des atomes, qui ont suggéré que l'eau entre effectivement dans une phase super ionique, un état étrange entre le solide et le liquide. La traque d'un groupe d'environ 60 atomes simulés a pris des semaines, et a exigé une puissance de calcul équivalente à 1000 ordinateurs domestiques.

Le modèle a prouvé que lorsque la température et la pression augmentent, les molécules se brisent et se présentent en une structure non moléculaire plus dense que la glace normale. Au-delà, il devient super ionique. "C’est difficile à imaginer", reconnaît Fried. "La meilleure façon de se le représenter est un treillis d’atomes d’oxygène figés, entourés d’atomes d’hydrogène en mouvement" explique-t-il. Si l’eau présentait une telle phase sur Terre, elle exploserait ou disparaîtrait soudainement. Mais à l'intérieur d'une planète géante elle serait dure comme le fer et si chaude qu'elle brillerait d’un jaune lumineux.

Structure de l’eau chauffée et sous pression
à l’état normal / super ionique

"Si l'eau super ionique existe vraiment aux coeurs des planètes gazeuses géantes", spécule Fried, "il pourrait y en avoir dans cet état plus qu'il n’y en a à l’état normal dans le reste du système solaire. De plus, son excellente conductivité électrique pourrait expliquer les énormes champs magnétiques des planètes telles que Neptune et Uranus".

GÉ

Gédéon 26 mars 2005, 11:27

Peut-on encore parler d'eau?

Si toutes les molécules sont complètement fragmentées, pour ne laisser qu'un plasma d'ions oxygène et hydrogène, quelle est encore le rapport avec la molécule covalente (même si on sait qu'elles sont partiellement ionisées naturellement) ? Et quid du mélange avec les autres atomes forcément présents?

Ces scientifiques ont étudié le comportement de la molécule d'eau dans des conditions extrême de T & P; soit!

A partir de là, l'extrapolation de leurs résultats aux conditions qui règnent sur ou dans les géantes gazeuses ressemble fort à une spéculation gratuite.

Bon, d'accord! J'arrête de couper les cheveux en quatre!

Une petite question néanmoins: le rayonnement jaune annoncé correspond-t-il au rayonnement du corps noir aux températures testées?

Makushimu 26 mars 2005, 12:00

Une petite question néanmoins: le rayonnement jaune annoncé correspond-t-il au rayonnement du corps noir aux températures testées?

Un corps noir absorbe exactement toutes les longueurs d'onde et ne peut donc pas émettre de rayonnement jaune, quelles que soient les conditions de pression et de température.

Je suis de l'avis qu'à 1000 °C et sous 100000 atm, les liaisons moléculaires sont rompues et que l'on devrait observer une soupe d'oxygène et d'hydrogène atomiques. Cela m'étonne beaucoup de voir une certaine organisation de la matière dans ces conditions...

Gedeon 30 mars 2005, 10:09

Makushimu
Un corps noir absorbe exactement toutes les longueurs d'onde et ne peut donc pas émettre de rayonnement jaune, quelles que soient les conditions de pression et de température.

C'est faux! Et je m'étonne que personne n'aie réagit à cette affirmation.

Tout corps chauffé émet un rayonnement électromagnétique dans toutes les longueurs d'ondes du spectre. La puissance rayonnée pour chaque longueur d'onde dépend uniquement de la température, ce qui explique que la couleur varie en fonction de la température.

Le bout de fer qu'on chauffe rayonne dans l'infrarouge, puis dans le rouge, le jaune, etc au fur et à mesure que la température augmente.

Une petite recherche sur internet convaincra les sceptiques.

Ca sert à quoi que Kirchoff, Planck, Stefan, Bolzman et les autres se décarcassent!

Adrien 30 mars 2005, 16:41

Toutafé, un corps noir est un corps qui absorbe tout le rayonnement qu'il recoit mais rien n'est dit sur ses emissions. D'ailleurs le Soleil est considéré comme un corps noir

GÉ

Gédéon 31 mars 2005, 08:19

Un petit extrait piqué sur Wikipédia:

"Le corps noir est donc un objet idéal qui absorberait toute l'énergie électromagnétique qu'il reçoit, sans en réfléchir ou en transmettre. Il n'est fait aucune autre hypothèse sur la nature de l'objet. La lumière étant une onde électromagnétique, elle est absorbée totalement et donc l'objet devrait donc apparaître noir, d'où son nom.

L'objet qui se rapproche le plus de ce modèle est l'intérieur d'un four percé sur l'une de ses faces d'un petit trou; en effet, on observe la surface de l'objet, peu importe que celle-ci soit à l'extérieur ou bien soit une cavité intérieure. C'est d'ailleurs un four qui fut utilisé par Wien pour déterminer les lois d'émission électromagnétique en fonction de la température. Les parois de l'intérieur de l'enceinte émettent toutes sortes de rayonnement, de l'infrarouge à l'ultraviolet. En se réfléchissant de paroi en paroi et d'absorptions en émissions successives, un équilibre se crée. Le trou pratiqué dans l'enceinte laisse s'échapper une fraction de rayonnement qui se trouve à l'intérieur de cette cavité.

Le corps noir rayonne donc de l'énergie : puisqu'il absorbe toute l'énergie électromagnétique qu'il reçoit, il doit nécessairement en céder, sinon, sa température augmenterait sans cesse. La caractéristique principale est que le spectre de l'énergie rayonnée (c'est-à-dire la répartition de la quantité d'énergie en fonction de la longueur d'onde) ne dépend que de la température et de rien d'autre. C'est ce qu'on appelle le rayonnement du corps noir.

Cette émission est due à l'agitation des atomes. En effet, la température mesure l'agitation des atomes (ceux-ci « oscillent » autour de leur position). Ce faisant, chaque atome se comporte comme un dipôle vibrant (dipôle formé par le noyau et le nuage électronique), qui rayonne donc de l'énergie."

Ajoutons que le "corps noir" est une vue de l'esprit et que toutes les entités réelles sont plutôt considérés comme des "corps gris".

Merci d'avoir réagit!