La glace-9 de Vonnegut peut-elle exister ? 14


Je viens de découvrir chez Ask A Mathematician/Physicist une réponse à la question que je me posais depuis la lecture du “Berceau du Chat”, encore un vieux mais bon livre de S.F [1]. Je traduis l’article complet:

Question: Est-il possible de créer une substance comme la Glace-neuf de Kurt Vonnegut, qui pourrait se lier à l’eau, en particulier l’eau de mer et se répliquer comme un virus en solidifiant les océans et toute l’eau sur Terre?

Réponse du Physicien : Non. En fait il existe une Glace IX, mais elle n’a rien de spécial.

Les cristaux sont en général “auto-réplicants”. Une fois qu’un cristal est présent, la matière première environnante qui se place dans dans le réseau cristallin cause une baisse de l’énergie totale, mais bizarrement il faut dépenser un peu d’énergie pour commencer le cristal.  Vous pouvez voir ceci en action avec de l'eau surfondue : l’eau est tellement froide qu’elle devrait geler, mais aucun arrangement des molécules d’eau ne permet de commencer le cristal de glace.

Eau surfondue gelant au contact de glace existante

Le premier minuscule cristal qui démarre la boule de neige est appelé un “germe”. Souvent il n’est pas nécessaire car des impuretés de l’environnement peuvent ressembler à du cristal et les groupes d’atomes prêts à cristalliser peuvent s’y déposer. On appelle ces impuretés des “sites de nucléation”.

Il pourrait paraître étrange de parler de formes d’eau solide différentes de la “glace” habituelle, mais il faut se souvenir que de nombreuses substances sont capables de cristalliser de plusieurs manières. Par exemple le saphir et le rubis sont fait d’exactement la même matière, l’oxyde d’aluminium, simplement arrangé différemment en fonction de l’environnement dans lequel ils se forment. (Note du 10.11.12: ceci n’est pas correct. Comme Ethaniel l’a soulevé dans un commentaire.)

L’oxyde d’aluminium sous formes saphir et rubis

L’eau en particulier cristallise sous un nombre surprenant de formes. Jusqu’ici, on a découvert 15 formes différentes de glace d’eau, mais une seule peut se former naturellement sur la Terre, la Glace-I.  Même au fond de la fosse des Mariannes, la pression n’est de loin pas suffisante pour une autre forme de glace.

Les différents états de l’eau et de la glace en fonction de la pression et de la température. La ligne rouge horizontale correspond à la pression à la surface de la Terre

Une règle générale est que si quelque chose veut cristalliser et se trouve dans un environnement ou c’est possible, ça arrivera. Même s’il n’y a pas de germe cristallin présent, un site de nucléation apparaîtra tôt ou tard et le cristal pourra se former et croître.

L’idée de la glace-9 de Vonnegut est qu’il pourrait exister une forme cristalline de l’eau qui cristallise rapidement à la pression et température de la surface terrestre. Si ça se pouvait, alors à un certain moment en quelques milliards d’années, à un certain endroit de nos gigantesques océans, un petit cristal de glace-9 aurait du apparaître et envahir le monde.

Nous avons déjà vu ça sur d’autres mondes précisément baptisés “lunes glacées”. Par exemple, Europe a beaucoup d’eau, et son environnement (pression et température) permet la formation de glace-I. Sans surprise, Europe a subi il y a longtemps une “catastrophe du type Glace-I” qui a solidifié toute son eau, du moins à sa surface.

Pour résumer, si l’eau terrestre avait trouvé un moyen de cristalliser à température ambiante, elle l’aurait fait dès que possible, il y a très longtemps.

Bon, je retiens quand même qu’on a toujours pas démontré que la glace-I correspond à un minimum global d’énergie de l’eau à pression/température ambiante, et que le fait que la glace-I soit la seule des 15 (?) à avoir une densité inférieure à 1 permet de maintenir le suspense science-fictionnesque.

Référence: Kurt Vonnegut "Le Berceau du chat" (1972) Seuil ISBN:9782020016216 WorldCat Goodreads Google Books