Depuis des générations, notre expérience de la glace s’est limitée à sa forme la plus courante : la glace hexagonale (Ih), celle qui refroidit les boissons et rend les routes hivernales dangereuses. Mais les scientifiques brisent ces frontières familières, créant plus de 20 structures cristallines exotiques de glace qui n’existent que sous des pressions et des températures extrêmes. Ces formes, peu susceptibles d’être rencontrées dans la vie quotidienne, révèlent l’étonnante complexité cachée dans la molécule la plus simple sur Terre : H₂O.
Le monde étonnamment complexe de l’eau
Au cœur de toutes les variétés de glace se trouve la molécule d’eau elle-même, constituée d’un atome d’oxygène lié à deux atomes d’hydrogène selon un angle de 104,5 degrés. Ce qui change entre les différentes formes de glace, ce n’est pas la molécule, mais la manière dont ces molécules interagissent via de faibles liaisons hydrogène. Ces liaisons, exceptionnellement sensibles à la température et à la pression, dictent l’arrangement en structures cristallines.
Ces arrangements peuvent aller du prisme hexagonal de la glace commune aux réseaux cubiques, rhomboédriques et tétragonaux, tous dictés par le comportement de ces liaisons hydrogène. Cette sensibilité donne à l’eau ce que les chercheurs appellent un « comportement quantique », ce qui signifie que de petits changements dans les conditions peuvent forcer les molécules à adopter des relations radicalement différentes.
Comment les scientifiques créent de la glace exotique
Pour déverrouiller ces formes cachées, les scientifiques emploient des conditions extrêmes. Cela inclut l’application de pressions jusqu’à 3 000 fois la pression atmosphérique ou l’eau de refroidissement jusqu’à -330 °F (-200 °C) avec des additifs comme l’hydroxyde de potassium, parfois pendant des semaines à la fois.
La dernière avancée, publiée dans Nature Materials, est Ice XXI, une structure cristalline fugace et en blocs formée sous une compression intense. Les chercheurs ont observé cette forme transitoire à l’aide d’un laser à électrons libres à rayons X, essentiellement une caméra à grande vitesse capable de capturer des phénomènes qui n’existent que pendant de simples instants.
“Observer les choses à un rythme très, très rapide nous permet d’observer des phénomènes étranges et merveilleux”, explique Ashkan Salamat, physico-chimiste à l’Université du Nevada à Las Vegas.
Au-delà de la Terre : là où des glaces exotiques pourraient exister
Bien que ces structures de glace exotiques ne soient pas présentes naturellement sur Terre, elles peuvent être présentes à l’intérieur de planètes ou de lunes lointaines. Au plus profond de Neptune, ou piégés dans des lunes glacées, les pressions et les températures pourraient permettre à ces structures de se former.
Mais pour l’instant, le laboratoire reste la principale frontière de la découverte. Comme le souligne Salamat, “il y a encore des choses nouvelles et passionnantes que nous pouvons découvrir”. Cette recherche élargit notre compréhension de la matière dans des conditions extrêmes et laisse entrevoir la possibilité de formes de glace encore plus étranges qui restent à découvrir.
La quête des glaces exotiques n’est pas qu’un exercice académique. Il révèle les propriétés fondamentales de l’eau et de la matière elle-même, repoussant les limites de ce que nous pensions possible dans la molécule la plus simple mais la plus cruciale de l’univers.
