Qu est-ce que la glace haute densité ?

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La glace haute densité

Lorsque l’on abaisse la température de l’eau sous la pression atmosphérique standard, la glace ordinaire ou glace Ih se forme théoriquement à 0 °C, mais il arrive que de l’eau très pure, exempte de tout germe de condensation, reste liquide jusqu’aux alentours de -40 °C : c’est le phénomène de surfusion. Entre -40 °C et -130 °C, la durée de vie de l’eau liquide est très faible .Dans ce « noman’s land », les chercheurs ne savent plus trop quelle est sa structure car ils n’ont plus les moyens de l’observer.

A des températures plus basses, refroidie brutalement, l’eau se transforme en glace amorphe, c’est-à-dire que les molécules ne sont plus arrangées selon tin ordre bien précis comme dans les cristaux, mais ont repris leur liberté. La glace, qui ressemble à un liquide figé, possède une structure qui rappelle celle du verre. Elle est dite basse densité car elle flotte dans l’eau liquide. Lorsqu’on la chauffe toujours à la pression ordinaire, on obtient une variété cristalline cubique dite le, avant de retrouver la glace Ih vers -80 °C.

Les choses se compliquent à haute pression. Selon les conditions de température, en obtient une vingtaine de glaces différentes, cristallines ou amorphes, qui différent par l’agencement des molécules d’eau. La majorité d’entre elles ont une densité supérieure à l’unité et couleraient si elles étaient plongées dans l’eau ordinaire, à supposer que leur structure ne rechange pas à son contact.

Les glaces cristallines sont repérées par des chiffres romains. Les variétés notées II et III furent découvertes par G. Tammann, de l’Université de Leipzig, à partir de 1900, les V et VI par P.W. Bridgman de l’Université d’Harvard en 1912, suivie par la IV, métastable, dans les années trente et la VII en 1937. Cette glace VII, dont densité atteint 1,7, est une glace chaude qui se constitue vers 100 °C. A l’opposé, les dernières en date, les glaces XIII et XIV, créées par l’équipe de christoph Salzmann et ses collaborateurs d’Oxford, il y a trois ans environ, sont froide car obtenues vers -160 °C. À des pressions avoisinant cent gigapascals, c’est à dire un million de fois la pression atmosphérique standard, la distance entre les molécules d’eau est si petite qu’elles perdent leur individualité. Chaque atome d’hydrogène se partage entre les deux atomes d’oxygène voisins et c’est ainsi que la glace X, par exemple, est de l’oxyde d’hydrogène.

A côté de ces glaces structurées, on rencontre les glaces amorphes haute densité, voir très haute densité. La glace haute densité s’obtient en refroidissant la glace ordinaire à -200 °C, sous une pression de un gigapascal.

Les recherches sur les variétés de glaces sont fondamentales pour comprendre la nature de la liaison hydrogène. Elles intéressent non seulement les physiciens i lu solide et les biologistes, mais aussi les astrophysiciens et les exobiologistes. Des formes cristallines de glace haute pression et basse température seraient présentes sur les planètes extérieures et leurs satellites. La glace amorphe, pour sa part, se formerait plutôt dans le milieu interstellaire, froid et dilué, ce qui a dû faciliter l’essor d’une chimie spatiale. Les substances organiques peuvent réagir dans la glace amorphe alors que la glace cristalline les expulse.