Une nouvelle forme de glace découverte de manière inattendue lors d'une expérience

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La recherche illustre à quel point les scientifiques ont encore beaucoup à apprendre sur une molécule aussi simple que l’eau.

Par Kenneth Chang

Secouée et réfrigérée – mais non agitée – l’eau gelée ordinaire se transforme en quelque chose de différent : une forme de glace nouvellement découverte, composée d’un fouillis de molécules aux propriétés uniques.

"C'est complètement inattendu et très surprenant", a déclaré Christoph Salzmann, professeur de chimie à l'University College de Londres en Angleterre et auteur d'un article publié jeudi dans la revue Science décrivant la glace.

L'eau est une molécule simple qui a été étudiée attentivement par les scientifiques pendant des siècles : deux atomes d'hydrogène dépassant à un angle de 104,5 degrés en forme de V à partir d'un atome d'oxygène central.

Cette nouvelle découverte montre une fois de plus que l’eau, une molécule sans laquelle la vie ne pourrait exister, cache encore des surprises scientifiques qui restent à révéler. Cette expérience utilisait un équipement relativement simple et peu coûteux pour révéler une forme de glace qui pourrait exister ailleurs dans le système solaire et dans tout l'univers.

Dans la vie de tous les jours, nous rencontrons trois formes d’eau : un gaz vaporeux comme la vapeur, de l’eau liquide qui coule et de la glace dure et glissante. La glace de notre vie quotidienne est constituée de molécules d’eau alignées selon un motif hexagonal, et ces réseaux hexagonaux s’empilent parfaitement les uns sur les autres. La structure hexagonale n’est pas très compacte, c’est pourquoi la glace est moins dense que l’eau liquide et flotte.

Avec des permutations de température et de pression en dehors de ce qui se produit généralement sur Terre, les molécules d’eau peuvent être poussées vers d’autres structures cristallines. Les scientifiques connaissent désormais 20 formes cristallines d’eau. La 20ème forme de glace a été découverte l'année dernière.

En outre, les chercheurs ont également documenté deux types de glace contenant des molécules mélangées, ce qu’ils appellent des matériaux amorphes. Parce que l’une des glaces amorphes est plus dense que l’eau, on l’appelle glace amorphe de haute densité ; l'autre, de densité inférieure à celle de l'eau, est de la glace amorphe de faible densité. On ne trouve pas de glace amorphe sur Terre, mais elles pourraient être répandues dans l'espace, dans les comètes, les nuages ​​interstellaires et les mondes glacés comme Europe, une lune de Jupiter.

Il existe même un type d’eau à la fois liquide et solide. En 2018, des scientifiques ont annoncé la création d’une « eau superionique », à la fois solide et liquide.

Le Dr Salzmann et ses collègues ne cherchaient pas à enrichir le catalogue des glaces à l'eau. Ils voulaient plutôt étudier de très petits cristaux de glace, car de minuscules morceaux de quelque chose possèdent parfois des propriétés très différentes des plus gros morceaux de la même substance.

Alexander Rosu-Finsen, chercheur postdoctoral dans le groupe de recherche du Dr Salzmann et auteur principal de l'article scientifique, a donc commencé à briser la glace. La glace d'eau a d'abord été refroidie dans de l'azote liquide à moins 320 degrés Fahrenheit, puis placée dans un récipient avec des billes d'acier. Une machine secouait ensuite la glace et les billes d'acier, encore refroidies à des températures ultra-froides, d'avant en arrière à raison de 20 fois par seconde, pulvérisant la glace en minuscules morceaux, un processus connu sous le nom de broyage à billes.

Considérez-le comme un shaker high-tech.

Le Dr Rosu-Finsen a ensuite ouvert le conteneur.

"Et voilà, quelque chose de complètement inattendu s'est produit", a déclaré le Dr Rosu-Finsen, qui est maintenant rédacteur en chef adjoint de la revue Nature Reviews Chemistry.

La matière blanche à l’intérieur ressemblait à ce à quoi on pourrait s’attendre à voir de la glace brisée, mais elle avait été transformée.

Le matériau était désormais plus dense et une grande partie de la structure cristalline avait été détruite, produisant un matériau amorphe. La densité, cependant, ne correspondait pas aux glaces amorphes de haute et basse densité déjà connues. Curieusement, cela se situe entre les deux ; en fait, sa densité était presque exactement la même que celle de l’eau liquide. Jusqu’à présent, toutes les formes solides de glace, cristallines ou amorphes, étaient soit nettement plus denses, soit moins denses que l’eau liquide.