Les scientifiques planétaires créent deux nouvelles formes de glace extraterrestre

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Le chercheur de l’Université de Washington, Baptiste Journaux, et ses collègues pensent que les substances nouvellement créées pourraient se former à la surface et au fond des océans profonds sur les lunes glacées de Jupiter, Europa et Ganymède.

Cette image d'Europe, la plus petite des quatre grandes lunes de Jupiter, montre des stries rouges à travers la surface ; la découverte de nouveaux types de glace salée pourrait expliquer la matière de ces stries et fournir des indices sur la composition de l'océan couvert de glace d'Europe. Crédit image : NASA / JPL-Caltech / Institut SETI.

Cette image d’Europe, la plus petite des quatre grandes lunes de Jupiter, montre des stries rouges à travers la surface ; la découverte de nouveaux types de glace salée pourrait expliquer la matière de ces stries et fournir des indices sur la composition de l’océan couvert de glace d’Europe. Crédit image : NASA / JPL-Caltech / Institut SETI.

“Il est rare de nos jours d’avoir des découvertes fondamentales en science”, a déclaré le Dr Journaux.

“Le sel et l’eau sont très bien connus dans les conditions terrestres. Mais au-delà de cela, nous sommes totalement dans le noir.

“Et maintenant, nous avons ces objets planétaires qui ont probablement des composés qui nous sont très familiers, mais dans des conditions très exotiques.”

«Nous devons refaire toute la science minéralogique fondamentale que les gens ont faite dans les années 1800, mais à haute pression et à basse température. C’est une période passionnante.

À des températures froides, l’eau et les sels se combinent pour former un réseau glacé salé rigide, connu sous le nom d’hydrate, maintenu en place par des liaisons hydrogène.

Le seul hydrate connu auparavant pour le chlorure de sodium était une structure simple avec une molécule de sel pour deux molécules d’eau.

Mais les deux nouveaux hydrates, trouvés à des pressions modérées et à de basses températures, sont étonnamment différents.

On a deux chlorures de sodium pour 17 molécules d’eau ; l’autre a un chlorure de sodium pour 13 molécules d’eau

Cela expliquerait pourquoi les signatures de la surface des lunes de Jupiter sont plus « aqueuses » que prévu.

“Il a la structure que les scientifiques planétaires attendaient”, a déclaré le Dr Journaux.

“La découverte de nouveaux types de glace salée est importante non seulement pour la science planétaire, mais aussi pour la chimie physique et même la recherche énergétique, qui utilise des hydrates pour le stockage de l’énergie.”

Journaux et al. découvert deux nouveaux cristaux fabriqués à partir d'eau et de sel de table à basse température, en dessous d'environ moins 50 degrés Celsius; la structure connue (à gauche) a une molécule de sel (boules jaunes et vertes) pour deux molécules d'eau (boules rouges et roses) ; la structure centrale a deux molécules de chlorure de sodium pour 17 molécules d'eau et reste stable même si la pression tombe à un vide proche, comme cela existerait sur une surface lunaire ; la structure de droite a une molécule de chlorure de sodium pour 13 molécules d'eau et n'est stable qu'à haute pression. Crédit image : Baptiste Journaux / Université de Washington.

Journaux et al. découvert deux nouveaux cristaux fabriqués à partir d’eau et de sel de table à basse température, en dessous d’environ moins 50 degrés Celsius; la structure connue (à gauche) a une molécule de sel (boules jaunes et vertes) pour deux molécules d’eau (boules rouges et roses) ; la structure centrale a deux molécules de chlorure de sodium pour 17 molécules d’eau et reste stable même si la pression tombe à un vide proche, comme cela existerait sur une surface lunaire ; la structure de droite a une molécule de chlorure de sodium pour 13 molécules d’eau et n’est stable qu’à haute pression. Crédit image : Baptiste Journaux / Université de Washington.

L’expérience de l’équipe consistait à comprimer un tout petit peu d’eau salée entre deux diamants de la taille d’un grain de sable, pressant le liquide jusqu’à 25 000 fois la pression atmosphérique standard.

Les diamants transparents ont permis à l’équipe d’observer le processus à travers un microscope.

“Nous essayions de mesurer comment l’ajout de sel modifierait la quantité de glace que nous pourrions obtenir, car le sel agit comme un antigel”, a expliqué le Dr Journaux.

«Étonnamment, lorsque nous avons mis la pression, ce que nous avons vu, c’est que ces cristaux auxquels nous ne nous attendions pas ont commencé à se développer. Ce fut une découverte très fortuite. »

De telles conditions de froid et de haute pression créées en laboratoire seraient courantes sur les lunes de Jupiter, où les scientifiques pensent que 5 à 10 km de glace couvriraient des océans jusqu’à plusieurs centaines de km d’épaisseur, avec des formes de glace encore plus denses possibles au fond.

“La pression ne fait que rapprocher les molécules, de sorte que leur interaction change – c’est le principal moteur de la diversité des structures cristallines que nous avons trouvées”, a déclaré le Dr Journaux.

Une fois les hydrates nouvellement découverts formés, l’une des deux structures est restée stable même après la libération de la pression.

“Nous avons déterminé qu’il reste stable à la pression standard jusqu’à environ moins 50 degrés Celsius”, a déclaré le Dr Journaux.

“Donc, si vous avez un lac très saumâtre, par exemple en Antarctique, qui pourrait être exposé à ces températures, cet hydrate nouvellement découvert pourrait y être présent.”

Les conclusions apparaîtront dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.

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