La nouvelle forme de glace est amorphe. Contrairement à la glace cristalline ordinaire où les molécules s’organisent selon un motif régulier, dans la glace amorphe, les molécules se présentent sous une forme désorganisée qui ressemble à un liquide.

Dans cet article, publié en La science, l’équipe a créé expérimentalement une nouvelle forme de glace amorphe et en a réalisé un modèle à l’échelle atomique en simulation informatique. Les expériences ont utilisé une technique appelée broyage à billes, qui broie la glace cristalline en petites particules à l’aide de billes de métal dans un bocal en acier. Le broyage à billes est régulièrement utilisé pour fabriquer des matériaux amorphes, mais il n’avait jamais été appliqué à la glace.

L’équipe a découvert que le broyage à boulets créait une nouvelle forme de glace amorphe qui, contrairement à toutes les autres glaces connues, avait une densité similaire à celle de l’eau liquide et dont l’état ressemblait à de l’eau sous forme solide. Ils ont nommé la nouvelle glace glace amorphe de densité moyenne (MDA).

Pour comprendre le processus à l’échelle moléculaire, l’équipe a utilisé la simulation informatique. En imitant la procédure de broyage à billes via un cisaillement aléatoire répété de la glace cristalline, l’équipe a réussi à créer un modèle informatique de MDA.

« Notre découverte de MDA soulève de nombreuses questions sur la nature même de l’eau liquide et il est donc très important de comprendre la structure atomique précise de MDA », commente le co-auteur, le Dr Michael Davies, qui a réalisé la modélisation informatique. « Nous avons trouvé des similitudes remarquables entre le MDA et l’eau liquide. »

Un juste milieu

Les glaces amorphes ont été suggérées comme modèles pour l’eau liquide. Jusqu’à présent, il existait deux principaux types de glace amorphe : la glace amorphe à haute densité et la glace amorphe à basse densité.

Comme leurs noms l’indiquent, il existe un grand écart de densité entre eux. Cet écart de densité, combiné au fait que la densité de l’eau liquide se situe au milieu, a été la pierre angulaire de notre compréhension de l’eau liquide. Cela a conduit en partie à la suggestion que l’eau se compose de deux liquides : un liquide de haute et un liquide de basse densité.

L’auteur principal, le professeur Christoph Salzmann, a déclaré: « La sagesse acceptée est qu’aucune glace n’existe dans cet écart de densité. Notre étude montre que la densité de MDA se situe précisément dans cet écart de densité et cette découverte peut avoir des conséquences considérables pour notre compréhension du liquide. l’eau et ses nombreuses anomalies. »

Un matériau géophysique à haute énergie

La découverte du MDA soulève la question : où pourrait-il exister dans la nature ? Les forces de cisaillement se sont révélées être la clé de la création de MDA dans cette étude. L’équipe suggère que la glace ordinaire pourrait subir des forces de cisaillement similaires dans les lunes de glace en raison des forces de marée exercées par des géantes gazeuses telles que Jupiter.

De plus, le MDA affiche une propriété remarquable qui ne se retrouve pas dans d’autres formes de glace. En utilisant la calorimétrie, ils ont découvert que lorsque le MDA recristallise en glace ordinaire, il libère une quantité extraordinaire de chaleur. La chaleur dégagée par la recristallisation du MDA pourrait jouer un rôle dans l’activation des mouvements tectoniques. Plus largement, cette découverte montre que l’eau peut être un matériau géophysique à haute énergie.

Le professeur Angelos Michaelides, auteur principal de Cambridge, a déclaré : « On dit que la glace amorphe en général est la forme d’eau la plus abondante dans l’univers. La course est maintenant lancée pour comprendre quelle quantité de MDA et à quel point la MDA est géophysiquement active. . »