Publié le 16 novembre 2025. Des chercheurs sud-coréens ont identifié une 21e forme de glace, une découverte majeure qui pourrait éclairer la composition des lunes glacées de Jupiter et Saturne et ouvrir la voie à de nouveaux matériaux aux propriétés inédites.
- Une nouvelle phase de glace, baptisée Ice XXI, a été observée pour la première fois à des pressions supérieures à 2 gigapascals (2 GPa) et à température ambiante.
- Cette découverte a été rendue possible grâce à une technologie de compression dynamique innovante et à l’utilisation du XFEL européen, un laser à électrons libres de pointe.
- Les propriétés de Ice XXI pourraient fournir des indices sur les conditions existant au sein des calottes glaciaires des lunes glacées du système solaire externe.
L’Institut coréen de recherche sur les normes et la science (KRISS) a annoncé avoir observé, pour la première fois, la formation et la fonte répétées de l’eau à des pressions extrêmement élevées, tout en maintenant une température ambiante. Ces transitions rapides, enregistrées en quelques microsecondes (µs, un millionième de seconde), ont révélé une nouvelle voie de cristallisation et l’existence d’une phase de glace jusqu’alors inconnue : Ice XXI.
L’eau se transforme généralement en glace lorsque la température descend en dessous de 0°C. Cependant, la pression peut également induire la cristallisation. Au-delà de 0,96 GPa à température ambiante, l’eau se transforme par exemple en Ice VI. Ce processus de congélation modifie le réseau de liaisons hydrogène entre les molécules d’eau, donnant naissance à une multitude de structures cristallines en fonction de la pression et de la température.
Depuis un siècle, les scientifiques ont identifié 20 phases cristallines différentes de la glace en jouant sur ces paramètres. Ces phases se manifestent dans une large gamme de températures, dépassant les 2 000 K, et de pressions, excédant les 100 GPa. La zone située entre la pression atmosphérique (0 GPa) et 2 GPa est particulièrement complexe, regroupant plus de dix phases de glace.
L’équipe du Groupe de métrologie spatiale du KRISS a réussi à créer un état liquide super-comprimé, où l’eau reste liquide à température ambiante malgré une pression supérieure à 2 GPa. Cette prouesse a été rendue possible grâce à une cellule dynamique à enclume en diamant (dDAC) développée par le KRISS. Les cellules à enclume en diamant classiques, qui augmentent la pression en serrant des vis, peuvent introduire des gradients de pression et des perturbations mécaniques. La dDAC du KRISS minimise ces problèmes en réduisant les chocs mécaniques et en comprimant l’échantillon en seulement 10 millisecondes (ms), permettant ainsi à l’eau d’atteindre des pressions élevées tout en restant liquide.
En collaboration avec des partenaires internationaux, dont le XFEL européen et le DESY, les chercheurs ont utilisé la dDAC et le XFEL pour observer la cristallisation de l’eau super-comprimée avec une précision de la microseconde. Ces observations ont révélé des voies de cristallisation inédites à température ambiante, aboutissant à la formation de Ice XXI, la 21e forme cristalline de glace identifiée à ce jour.
Les chercheurs ont également déterminé la structure détaillée de Ice XXI, qui présente une cellule unitaire inhabituellement grande et complexe. Sa géométrie cristalline est un réseau rectangulaire aplati, avec des bords de base de longueur identique.
Ce projet, impliquant 33 chercheurs de Corée du Sud, d’Allemagne, du Japon, des États-Unis et d’Angleterre, a été dirigé par le Dr Lee Geun Woo du KRISS.
« La densité de Ice XXI est comparable aux calottes glaciaires à haute pression des lunes glacées de Jupiter et de Saturne. Cette découverte pourrait fournir de nouveaux indices pour explorer les origines de la vie dans des conditions extrêmes dans l’espace. »
Dr Lee Yun-Hee, scientifique principal au KRISS
« En combinant notre technologie dDAC développée en interne avec le XFEL, nous avons pu capturer des instants fugaces qui étaient inaccessibles avec les instruments conventionnels. La recherche continue sur les ultra-hautes pressions et d’autres environnements extrêmes ouvrira de nouvelles frontières scientifiques. »
Dr Lee Geun Woo, scientifique principal et enquêteur principal au KRISS
Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue Nature Materials (facteur d’impact : 38,5) en octobre 2025. Le projet a été financé par le Conseil national de recherches en science et technologie (NST) dans le cadre d’un programme de développement de matériaux et de technologies de mesure à haute température pour moteurs-fusées de classe 4000 K.
* Il est à noter que, jusqu’à présent, 20 phases de glace (de Ice I à Ice XX) avaient été identifiées. Ice I existe sous deux formes structurelles : Ice Ih hexagonale et Ice Ic cubique.
**La dDAC est un appareil haute pression qui utilise une paire d’actionneurs diamantés et piézoélectriques pour contrôler et observer dynamiquement les changements de pression dans un échantillon d’eau microscopique.