Des chercheurs ont découvert deux nouvelles formes de « glace salée » qui se forment lorsque de l’eau et du sel ordinaire sont combinés dans des conditions de froid et de haute pression. Ces structures étranges – qui ont été créées en laboratoire en comprimant de l’eau salée entre deux diamants – pourraient se trouver à la surface et dans les profondeurs des lunes glacées et océaniques autour de Jupiter et de Saturne. Outre leur importance pour la science des planètes, ces découvertes pourraient également avoir des répercussions sur l’étude de la chimie physique et même sur la recherche énergétique, dans laquelle ces treillis chimiques, appelés hydrates, sont utilisés pour le stockage de l’énergie.
L’auteur de l’article et scientifique planétaire, le professeur Baptiste Journaux de l’Université de Washington : « Il est rare aujourd’hui d’avoir des découvertes fondamentales en science.
« Le sel et l’eau sont très bien connus dans les conditions de la Terre. Mais au-delà, nous sommes totalement dans le noir.
« Et maintenant nous avons ces objets planétaires qui ont probablement des composés très familiers pour nous, mais dans des conditions très exotiques.
« Nous devons refaire toute la science minéralogique fondamentale que les gens faisaient dans les années 1800, mais à haute pression et basse température. C’est une période passionnante. »
Comme l’explique le professeur Journaux, à des températures froides, l’eau et les sels se combinent pour former un réseau rigide, salé et glacé – appelé hydrate – qui est maintenu par des liaisons hydrogène.
Jusqu’à présent, le chlorure de sodium (sel de table) n’était connu que pour former un hydrate, une structure relativement simple qui comporte une molécule de sel pour deux molécules d’eau.
Cependant, les deux nouveaux hydrates découverts par les chercheurs à des pressions modérées et à basse température sont très différents.
L’un comporte deux molécules de sel pour 17 d’eau, et l’autre une molécule de chlorure de sodium pour 13 molécules d’eau.
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Dans leur étude, le professeur Journaux et ses collègues ont placé une minuscule goutte de sel entre deux diamants qu’ils ont utilisés pour comprimer le liquide jusqu’à 25 000 fois la pression atmosphérique.
Le professeur Journaux a déclaré : « Nous avons essayé de mesurer comment l’ajout de sel changerait la quantité de glace que nous pourrions obtenir, puisque le sel agit comme un antigel.
« De manière surprenante, 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. C’était une découverte très fortuite. »
De plus, a-t-il noté, « il a la structure que les scientifiques planétaires attendaient ».
Les signatures chimiques de la surface de la lune de Jupiter semblent plus « aqueuses » que prévu – un fait qui pourrait s’expliquer par des rapports eau/glace différents trouvés dans les hydrates à plus haute pression découverts par le professeur Journaux et son équipe.
En fait, selon les chercheurs, le type de conditions froides et de haute pression qu’ils ont reproduit dans leur presse à diamant serait commun sur les lunes joviennes, où les scientifiques pensent que des croûtes de glace de trois à six miles d’épaisseur cachent des océans jusqu’à plusieurs centaines de miles de profondeur.
Il est même possible que, au fond de ces mers, des formes de glace encore plus denses existent.
Le professeur Journaux explique : « La pression rapproche les molécules, donc leur interaction change – c’est le principal moteur de la diversité des structures cristallines que nous avons trouvées. »
L’équipe a constaté que l’un des deux hydrates est même resté stable après le relâchement de la pression appliquée sur la presse en diamant.
Le professeur Journaux a déclaré : « Nous avons déterminé qu’il reste stable à la pression standard jusqu’à environ -50C ». [-58F].
« 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. »
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Leur étude initiale étant terminée, les chercheurs cherchent maintenant à produire – ou à collecter – des échantillons plus importants de ces nouveaux hydrates.
Cela leur permettrait d’analyser les structures chimiques plus en détail et de déterminer si leurs signatures correspondent à celles qui ont été détectées sur les lunes glacées de Jupiter.
Le professeur Journaux a déclaré : « Ce sont les seuls corps planétaires, autres que la Terre, où l’eau liquide est stable à des échelles de temps géologiques, ce qui est crucial pour l’émergence et le développement de la vie.
« Ils sont, à mon avis, le meilleur endroit dans notre système solaire pour découvrir la vie extraterrestre.
« Nous devons étudier leurs océans et intérieurs exotiques pour mieux comprendre comment ils se sont formés, ont évolué et peuvent conserver de l’eau liquide dans les régions froides du système solaire, si loin du Soleil. »
Deux missions à venir prévoient d’explorer les lunes joviennes : Jupiter Icy Moons Explorer de l’Agence spatiale européenne, qui sera lancée en avril prochain, et Europa Clipper de la NASA, dont le décollage est prévu en octobre de l’année prochaine.
Parallèlement, la NASA prévoit une autre mission, Dragonfly, qui sera lancée vers Titan, le satellite de Saturne, en 2026.
Selon les chercheurs, une meilleure compréhension des produits chimiques que ces missions vont rencontrer peut aider à affiner leur approche de la recherche de signatures de vie extraterrestre.
Les résultats complets de l’étude ont été publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.