Cette nouvelle forme de glace est si flexible qu’elle peut se tordre et se détordre sans se briser

Une équipe de chercheurs chinois est récemment parvenue à produire les microfibres de glace d’eau les plus élastiques qui soient. Celles-ci s’approchent de sa limite théorique en matière de flexibilité.

Des microfibres de glace d’eau déformables

La glace d’eau n’est pas exactement connue pour sa flexibilité. C’est même tout le contraire : elle est rigide et cassante, se fracturant et se brisant facilement. Théoriquement, sa déformation élastique maximale devrait être d’environ 15 %. Mais dans le monde réel, celle-ci s’avère inférieure à 0,3 %, en raison des imperfections structurelles des cristaux de glace, qui augmentent leur fragilité. Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Science, des scientifiques de l’université de Zhejiang ont donc cherché à réduire au maximum ces défauts.

L’expérience consistait à placer une aiguille en tungstène dans une chambre ultra-froide, à environ -50 °C, ce qui était beaucoup plus froid que ce qui avait été tenté auparavant. De la vapeur d’eau a été libérée dans la chambre et un champ électrique a été appliqué. Celui-ci a attiré les molécules d’eau vers la pointe de l’aiguille, où elles se sont cristallisées, formant une microfibre d’une largeur maximale d’environ 10 micromètres, inférieure au diamètre d’un cheveu humain.

L’étape suivante a consisté à abaisser la température entre -70 °C et -150 °C. Sous ces basses températures, les chercheurs ont essayé de plier les fibres de glace. À -150 °C, ils ont constaté qu’une microfibre de 4,4 micromètres de diamètre était capable de se plier en une forme presque circulaire, d’un rayon de 20 micromètres. Cela suggère une déformation élastique maximale de 10,9 %, beaucoup plus proche de la limite théorique que les tentatives précédentes. Mieux encore, lorsque les chercheurs ont relâché la glace, elle a repris sa forme initiale.

Séquence vidéo montrant l’élasticité surprenante de la glace conçue par les chercheurs

Une transition de phase réversible

Bien que la glace puisse nous sembler identique, sa structure cristalline peut varier considérablement. Chaque configuration de molécules dans un cristal de glace est connue sous le nom de phase, et il existe un grand nombre de ces phases, dont les transitions peuvent se produire dans diverses conditions liées à la pression et à la température.

L’équipe a ici observé la transition d’une forme de glace connue sous le nom de glace Ih, la forme cristalline hexagonale de la glace ordinaire telle qu’on la trouve dans la nature, à la forme rhomboédrique de la glace II, formée par la compression de la glace Ih. S’étant produite lors de flexions brusques de la microfibre de glace à des températures inférieures à -70 °C, celle-ci était également réversible. Selon les chercheurs, l’approche employée pourrait constituer une nouvelle façon d’étudier la dynamique interne de la glace.

Différentes applications envisagées

Cette glace flexible « quasi parfaite » a également été utilisée comme guide d’ondes pour la lumière, en fixant une lumière optique à une extrémité de la microfibre. Plusieurs longueurs d’onde ont été transmises aussi efficacement que les guides d’ondes sur puce de pointe tels que le nitrure de silicium et la silice, ce qui suggère que les microfibres de glace pourraient être utilisées comme guides d’ondes flexibles pour les longueurs d’onde optiques à basse température.

« Nous pourrions également envisager l’utilisation de ces microfibres de glace élastiques comme capteurs à basse température pour étudier, par exemple, l’adsorption moléculaire sur la glace, les changements environnementaux, la variation structurelle et la déformation de la surface de la glace », concluent les chercheurs.

Par Yann Contegat, le 14 juillet 2021