Comment la glace "superionique" peut-elle être à la fois solide et liquide ?

La glace superionique n’a rien à voir avec la glace que nous connaissons. Pour exister, elle nécessite des conditions physiques extrêmes : des températures de plusieurs milliers de degrés et des pressions de l’ordre de plusieurs centaines de gigapascals, soit un million de fois la pression atmosphérique terrestre. Ces conditions ne sont réunies naturellement que dans les profondeurs de certaines planètes, comme Uranus et Neptune.

Sa particularité tient à sa structure atomique étrange. Composée, comme toute glace, de molécules d’eau (H₂O), elle adopte dans cet état un comportement radicalement nouveau. Les atomes d’oxygène forment un réseau cristallin rigide, immobile, qui donne à la matière une apparence solide. Mais à l’intérieur de ce squelette figé, les atomes d’hydrogène deviennent mobiles : ils se déplacent rapidement entre les atomes d’oxygène, un peu comme les électrons dans un métal. C’est cette mobilité partielle qui rend la glace superionique à la fois solide et fluide.

Cette propriété inhabituelle lui confère un autre trait remarquable : elle conduit l’électricité. Les ions hydrogène, chargés positivement, circulent librement, ce qui permet à des courants électriques de se former, exactement comme dans un électrolyte liquide. Cette conductivité la distingue radicalement des autres formes de glace, généralement isolantes. C’est aussi ce qui rend la glace superionique potentiellement active dans la génération de champs magnétiques planétaires, comme ceux, particulièrement chaotiques, observés sur Uranus ou Neptune.

Autre curiosité : la glace superionique est noire et opaque. Contrairement à la glace claire et translucide que nous connaissons, celle-ci absorbe la lumière. Ce comportement optique est dû à la structure électronique désordonnée introduite par les ions mobiles et la température élevée. En laboratoire, des scientifiques sont parvenus à créer ce type de glace en utilisant des lasers à impulsion très courte pour chauffer et comprimer de la glace d’eau entre deux pointes de diamant. La transition vers l’état superionique a été détectée grâce à des changements dans l’opacité du matériau et dans sa réponse électrique.

La glace superionique pourrait représenter l’un des états de la matière les plus répandus dans l’univers, bien qu’inexistant à la surface de la Terre. Dans les couches profondes des planètes géantes, où pression et température atteignent les niveaux requis, elle pourrait occuper des volumes colossaux. En étudiant ce matériau, les scientifiques espèrent mieux comprendre la composition interne de nombreuses planètes, mais aussi les mécanismes dynamiques qui régissent leur évolution.

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