diamant

Publié le 2025-11-11 20:32:00. Des chercheurs ont réussi à créer une nouvelle forme de glace, baptisée « glace XXI », non pas en la refroidissant, mais en la comprimant à des pressions extrêmes, ouvrant de nouvelles perspectives sur la composition des lunes glacées de notre système solaire.

• Une équipe internationale a synthétisé une 21e forme de glace à température ambiante en comprimant de l’eau entre deux diamants.
• La clé de cette découverte réside dans l’application d’une pression colossale, environ 20 000 fois la pression atmosphérique normale.
• Cette nouvelle phase de glace pourrait aider à comprendre la dynamique interne des lunes glacées comme Titan et Ganymède.

La glace, dans son état le plus familier, semble être un sujet bien maîtrisé : de l’eau gelée, tout simplement. Pourtant, les laboratoires de haute pression du XFEL européen en Allemagne ont récemment été le théâtre d’une découverte surprenante. Une équipe internationale de scientifiques a réussi à fabriquer une nouvelle forme de glace, la « glace XXI », dans des conditions qui défient l’intuition : à température ambiante.

Loin de recourir au froid intense, les chercheurs ont « simplement » soumis de l’eau à une pression phénoménale, en la comprimant entre deux diamants. Cette manipulation a conduit à la formation de cette 21e structure cristalline connue de l’eau, un matériau qui, malgré sa simplicité apparente, se révèle d’une complexité étonnante.

Cette avancée, publiée dans la revue Nature Materials, enrichit notre compréhension des processus de formation de la glace. Selon un communiqué de presse du XFEL européen, la pression exercée atteignait environ deux gigapascals (soit 20 000 fois la pression atmosphérique normale).

Pour parvenir à cette nouvelle phase, les scientifiques ont utilisé une cellule à enclume en diamant, un dispositif agissant comme une presse microscopique capable de générer des pressions comparables à celles que l’on retrouve au cœur des planètes et des lunes. L’eau était ainsi piégée entre deux diamants, dont la dureté exceptionnelle permettait de la comprimer à des niveaux extraordinaires.

La procédure consistait à appliquer des impulsions de pression de quelques millisecondes, suivies de brèves périodes de relâchement d’une seconde. Ce cycle a été répété plus de mille fois afin d’observer la réaction de l’eau. Les molécules d’eau, bien que maintenues à température ambiante, se sont alors brièvement organisées en une structure cristalline inédite, plus compacte que la glace conventionnelle.

La capture de ces transformations éphémères a nécessité l’utilisation du XFEL européen en Allemagne, le plus grand laser à rayons X au monde. Ce dernier fonctionne comme une caméra ultra-rapide, capable de prendre des images à l’échelle de la microseconde, permettant ainsi d’enregistrer la formation de la structure cristalline en temps réel grâce à des impulsions de rayons X ultracourtes.

« La compression rapide de l’eau lui permet de rester à l’état liquide jusqu’à des pressions plus élevées, où elle aurait déjà dû se cristalliser en glace VI », a expliqué Geun Woo Lee, chercheur à l’Institut coréen de recherche sur les normes et les sciences (KRISS) et responsable de l’étude, cité dans le communiqué.

La glace VI est une autre phase exotique de l’eau, susceptible d’exister à l’intérieur des lunes glacées telles que Titan et Ganymède. Il est intéressant de noter que la glace XXI semble constituer une étape intermédiaire sur le chemin vers la glace VI, une sorte de « détour » temporaire, comme le décrivent Lee et ses collègues.

Cette phase métastable n’existe que quelques dizaines de microsecondes avant de se transformer en glace VI. Des expériences complémentaires menées à la source de photons PETRA III ont confirmé que la glace XXI possède une structure cristalline tétragonale, formée de blocs de 152 molécules d’eau, un arrangement sans précédent parmi les phases de glace connues.

Bien que sa durée de vie soit limitée en laboratoire, la découverte de la glace XXI pourrait avoir des implications importantes pour la compréhension des processus se déroulant dans différentes régions du système solaire. Sur les lunes lointaines, où les pressions et les températures fluctuent considérablement, ces phases éphémères pourraient aider à élucider la dynamique interne de ces mondes gelés, du mouvement de leurs océans souterrains à la répartition des contraintes dans leur croûte.

« Nos découvertes suggèrent qu’il pourrait exister un plus grand nombre de phases de glace métastables à haute température et leurs voies de transition associées, ce qui pourrait apporter de nouvelles informations sur la composition des lunes glacées », a déclaré Rachel Husband, physicienne de l’équipe DESY HIBEF.

En somme, cette découverte offre un éclairage nouveau sur les transitions de phase de l’eau, une substance omniprésente dont le comportement est bien plus complexe qu’il n’y paraît. « Il reste de nombreuses questions sur la manière dont un matériau aussi simple peut donner naissance à autant de phases cristallines différentes », a souligné Lee, cité par ZME Science. « Les chercheurs cherchent à comprendre les mécanismes détaillés de la cristallisation de l’eau en glace. »

« Il reste de nombreuses questions sur la manière dont un matériau aussi simple peut donner naissance à autant de phases cristallines différentes. »

Geun Woo Lee, chercheur à l’Institut coréen de recherche sur les normes et les sciences (KRISS)

Référence :

Yun-Hee Lee et al. Multiple freezing–melting pathways of high-density ice through the room-temperature ice XXI phase. Nature Materials, 2025.