À 35 millions de PSI, l'eau change de structure en laboratoire

Dans un laboratoire de Las Vegas, un échantillon d'eau est placé entre deux diamants, le matériau le plus dur connu, et comprimé jusqu'à atteindre 35 millions de livres par pouce carré (PSI). Un pneu de voiture supporte environ 30 PSI. À cette pression, l'eau cesse de se comporter comme celle d'un verre posé sur une table de cuisine.

La règle habituelle de la physique est simple. Comprimer un matériau rapproche ses atomes, ce qui produit normalement des arrangements plus ordonnés et plus symétriques. L'eau transgresse cette règle. L'équipe de l'Université du Nevada à Las Vegas (UNLV) a constaté qu'à mesure que la pression augmente, l'eau devient une version d'elle-même à symétrie plus faible, et sa chimie change avec sa structure. Ces travaux, menés par le physicien Ashkan Salamat, directeur du Nevada Extreme Conditions Lab, sont publiés dans Communications Chemistry.

La pression n'a pas été choisie au hasard. Selon Salamat, son équipe a reproduit des conditions proches de celles qui règnent sur Neptune ou Uranus, les dites géantes de glace, dont l'intérieur est composé d'eau chaude à caractère métallique, d'ammoniac et de méthane. Les données des sondes du programme Voyager donnent aux scientifiques une idée de la composition de ces planètes ainsi que de leur pression et de leur température internes, mais aucune sonde ne peut plonger dans leurs atmosphères ou leur croûte. Le laboratoire est le seul endroit où cette chimie peut être observée directement.

La méthode est précise mais étroite. Les échantillons ont été étudiés par spectroscopie, qui analyse la façon dont la matière interagit avec la lumière, tandis que les rayons X ont révélé la disposition des atomes. Les résultats sont des mesures de laboratoire, obtenues sur quelques échantillons soumis à une compression extrême. L'équipe de Salamat décrit à quoi pourrait ressembler l'eau au cœur d'une planète et souligne que, si la pression était relâchée, l'eau reprendrait probablement une structure plus courante sur Terre.

Pour l'instant, les premiers bénéficiaires sont les chercheurs qui modélisent l'intérieur des géantes de glace : ils disposent désormais de mesures du comportement de l'eau dans des conditions où aucun instrument ne peut aller. L'étude ne fixe aucune échéance pour une application et ne revendique aucun usage pratique au-delà de ce tableau scientifique. Salamat formule l'ambition sur le long terme : « Quand nous atteindrons enfin ces mondes, que verrons-nous ? » En attendant, la réponse se construit échantillon comprimé après échantillon.