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Le mélange eau-méthanol est d'une grande importance en biochimie et dans l'industrie. Il intéresse aussi beaucoup les planétologues et les cosmochimistes. Ces derniers sont confrontés à ce mélange aussi bien lorsqu'ils étudient les réactions chimiques dans la couche de glace entourant des grains de poussières silicatés ou carbonés (présents dans les nuagesnuages moléculaires ou dans les comètes), que dans le cas des lunes glacées du Système solaire. On pense en effet que le méthanol est présent de façon importante dans les solutions aqueusessolutions aqueuses intervenant dans l'activité cryovolcanique des lunes glacées de notre Système solaire, comme Encelade et Triton.
Pour comprendre le comportement des glaces à l'intérieur de ces petits corps glacés, le planétologue Dominic Fortes a donc entrepris d'étudier la structure des cristaux de monohydrate de méthanol dans certaines conditions de températures et de pressionpression. Pour cela, il a soumis les échantillons de cette glace à des faisceaux de neutrons aussi bien à l'institut Laue-Langevin, en France, qu'avec la source de neutronsneutrons d'Isis du Rutherford Appleton Laboratory près Oxford.
Les cryovolcans en éruption sur Encelade, la lune de Saturne. © Nasa-JPL
Une compressibilité linéaire négative
En mesurant les changements structuraux dans les cristaux de méthanol pour différentes gammes de températures et de pression, le chercheur a découvert qu'ils pouvaient se dilater énormément dans une direction tout en se contractant dans les deux autres, ou inversement, alors qu'ils étaient soumis à une pression isotropeisotrope. Cette expansion inattendue (allongement et contraction) sous une pression uniforme est connue comme la compressibilité linéaire négative (CLN). C'est une propriété rarissime en physiquephysique du solidesolide puisqu'on ne connaît guère plus d'une quinzaine d'exemples du même genre.
Malheureusement, on n'explique pas très bien l'origine de ce phénomène. Comprendre en laboratoire sur Terre le comportement de ce matériaumatériau à l'origine du cryovolcanismecryovolcanisme dans le Système solaire est donc un bon moyen pour résoudre cette énigme et se servir de la connaissance acquise pour fabriquer d'autres matériaux possédant cette CLN.
Une vue d'artiste des cryovolcans d'Encelade en éruption. © Michael Carroll
Un bonus inattendu
Or, de tels matériaux sont envisagés depuis des années d'un point de vue théorique pour réaliser des sortes de nanocommutateurs pour des nanocircuits électroniques. Il faudrait seulement qu'ils soient commercialement viables et qu'ils puissent fonctionner dans des conditions physiques standards.
Pour Dominic Fortes, « cette découverte était absolument inattendue. En tant qu'astrogéologue, mes recherches se concentrent sur la compréhension des mécanismes à la base des éruptions volcaniqueséruptions volcaniques dans le Système solaire externe. Si mes résultats ouvrent des portesportes pour la science appliquée sur la Terre, c'est un vrai bonus ».
