En 2018, des scientifiques avaient confirmé l’existence de la glace super-ionique — une phase étrange de l’eau à la fois solide et liquide, emprisonnée dans une maille cubique où des atomes d’hydrogène évoluent librement. Les chercheurs estiment que cette glace se situe profondément à l’intérieur d’Uranus et de Neptune. Ils ont donc tenté de reproduire cette glace sur Terre. Place à une physique déconcertante.
Inutile de dire que les conditions profondes à l’intérieur des géants glacés sont aussi extrêmes que possible. Pour simuler cet environnement, des physiciens ont utilisé des rayons X par synchrotron afin d’atteindre des températures allant jusqu’à 4 274 °F (2 357 °C) et des pressions pouvant monter jusqu’à deux millions de fois la pression atmosphérique terrestre au niveau de la mer, leurs résultats étant publiés dans une étude récente de Physical Review Letters. Ce qu’ils ont obtenu était une forme de glace super-ionique qui avait été « répétitivement prédite par des études théoriques », selon une colonne Synopsis accompagnante.
« Explorer le diagramme de phase de la glace d’eau sous pression a constamment stimulé les développements expérimentaux de pointe au cours du siècle passé », écrit l’équipe, qui comprend le physicien Alexis Forestier de l’Université Paris-Saclay en France, dans l’article.
La glace, mais sophistiquée
Pour l’instant, les scientifiques ont identifié au total 22 types de glace, le plus récent étant la glace XXI en 2025. (Ce chiffre inclut la glace Ih, la même substance que les glaçons dans votre café glacé et la neige sur les sommets.) En termes simples, des variations de pression et de température obligent l’eau à adopter des formes cristallines distinctes, et la plupart n’ont été créées et observées que dans des expériences en laboratoire.
En forgeant ces formes de glace, les scientifiques peuvent ensuite utiliser leurs observations pour déduire la nature de la glace ailleurs — notamment dans des objets cosmiques lointains au sein ou en dehors de notre système solaire. Pour cette expérience particulière, l’équipe a exploré les prédictions concernant la glace X, qui, selon des travaux antérieurs, serait entrée dans un état super-ionique qui « étend la stabilité de la glace face à la température », rendant cet état directement pertinent pour l’intérieur des géantes glacées, selon l’article.
Glace littéralement super-ionique
Encore une fois, ces types spéciaux de glace n’existent que sous des conditions extrêmes. L’équipe a injecté de l’eau ultrapure dans une cellule en diamant, comprimant la cellule diamant et la soumettant à des lasers à rayons X. Au cours de deux sessions, les chercheurs ont suivi de près les minuscules changements dans l’agencement moléculaire du cristal d’eau. Le cristal a commencé à manifester un comportement super-ionique — comme prévu par les travaux théoriques — au-delà d’environ 2 780 °F (1 526 °C) et 200 gigapascals (GPa).
Voici ce qui est ensuite devenu étrange. À mesure que la pression et la chaleur augmentaient dans la cellule, les cristaux de glace ont basculé d’une configuration à l’autre et ont fini par s’aligner de manière cohérente avec les théories précédentes sur la glace super-ionique.
Selon l’article, le processus ressemble au comportement des gaz nobles comprimés, tandis que le cristal obtenu adopte une géométrie hexagonale compacte. Dans cette configuration, le réseau est composé d’atomes d’oxygène, tandis que les atomes d’hydrogène se déplacent librement à travers les molécules.
Cela dit, il faudra probablement des décennies d’avancées scientifiques — voire plus — pour établir sans équivoque que la glace présente sur Neptune ou Uranus est de ce type. C’est un point que reconnaît l’équipe dans l’article, où les chercheurs invitent à de futurs travaux théoriques sur la plasticité et la conductivité de la glace super-ionique. Au minimum, ces perspectives guideront nos modèles sur le fonctionnement des objets cosmiques glacés, ajoutent-ils.
