La glace déclenche des tempêtes : cette découverte explique l'origine de la foudre !
Une équipe internationale a découvert que la glace peut produire de l'électricité en se déformant, et qu'avec du sel, cette capacité est décuplée. Cette découverte nous aide non seulement à comprendre comment la foudre se forme, mais ouvre également la voie à de nouvelles technologies pour les environnements froids.
La glace joue généralement un rôle assez discret dans notre quotidien : elle rafraîchit les boissons, forme les glaciers et complique les randonnées hivernales. On l’imagine rarement comme une véritable centrale électrique. Pourtant, un groupe de chercheurs a découvert que ce matériau courant recèle un super-pouvoir caché : elle peut produire de l’électricité.
L’étude, publiée dans la revue Nature Physics et menée par des équipes de l’Institut catalan de nanosciences et de nanotechnologies (ICN2), de l’Université autonome de Barcelone, de l’Université Xi’an Jiaotong (Chine) et de l’Université Stony Brook (États-Unis), montre que la glace est un matériau flexoélectrique.
En résumé, cela signifie que lorsqu’elle est pliée ou déformée de manière irrégulière, elle libère une charge électrique. Et le plus surprenant : combinée au sel, cet effet est multiplié par mille.
Flexoélectricité : en se pliant, on génère de l'électricité
Le terme peut paraître compliqué, mais l'idée est simple. Il existe des matériaux qui, lorsqu'ils sont pressés, génèrent de l'électricité ; on les appelle piézoélectriques. Le quartz en est l'exemple classique. La glace n'appartient pas à ce groupe, mais il s'avère qu'elle possède une propriété similaire : la flexoélectricité.
Au lieu de nécessiter une pression uniforme, comme les matériaux piézoélectriques, la glace réagit aux déformations irrégulières, comme la flexion ou la torsion. En laboratoire, des chercheurs ont constaté qu'une fine couche de glace génère une différence de potentiel électrique lorsqu'elle est pliée. Et lorsqu'ils ont répété l'expérience avec de la glace salée, l'électricité produite était énorme.
Nous savons que la foudre se forme lorsqu'une différence de potentiel électrique suffisante s'accumule dans un nuage. Cette charge est liée à la collision de particules de glace, qui deviennent alors électrifiées. Le problème est que le mécanisme exact a toujours été difficile à cerner.
La flexibilité semble être la pièce manquante. Lorsqu'ils entrent en collision, les cristaux de glace se déforment irrégulièrement, ce qui génère une charge électrique. En laboratoire, les mesures de l'équipe ont coïncidé avec celles observées lors de véritables orages. Autrement dit, la courbure de la glace dans le nuage pourrait être la véritable source de la foudre.
La glace ferroélectrique : une autre superpuissance
L’étude a également révélé autre chose : à des températures extrêmement basses, inférieures à -113°C, la glace peut devenir ferroélectrique.
Dans cet état, sa surface développe une polarisation électrique qui peut être inversée par l'application d'un champ externe, un comportement similaire à celui d'un aimant. La glace acquiert ainsi un second « mode électrique » : la flexoélectricité à haute température (jusqu'à 0 °C) et la ferroélectricité dans des conditions de gel extrêmes.
La glace atteint alors le niveau des matériaux avancés utilisés aujourd'hui dans les capteurs et les condensateurs.
Le sel comme multiplicateur
La glace pure est déjà impressionnante, mais mélangée au sel, les résultats sont stupéfiants. Avec une concentration suffisante, l'électricité produite peut être jusqu'à mille fois supérieure à celle de la glace normale et un million de fois plus intense que le sel seul.
Le secret réside dans la façon dont les ions de sel se déplacent au sein de la structure cristalline de la glace et dans la fine pellicule d'eau qui la recouvre. Ce mouvement irrégulier des charges crée des courants internes qui amplifient l'effet électrique.
Cette découverte ouvre deux perspectives intéressantes. D'une part, elle fournit un cadre physique pour mieux comprendre les orages, un sujet clé en météorologie. D'autre part, elle suggère que la glace pourrait devenir un matériau utile pour la conception d'appareils électroniques dans des environnements extrêmement froids.
Futuriste ? Peut-être, mais pas impossible. Sur les planètes et les lunes glacées, où la glace est abondante, cette propriété pourrait être exploitée comme source d'énergie ou intégrée à des capteurs conçus pour fonctionner dans des conditions extrêmes.